Неожиданная асимметрия липидного бислоя ставит под сомнение понимание мембран клеток млекопитающих
Новое исследование показывает, что липидные бислои в мембранах млекопитающих могут иметь более асимметричный состав, чем считалось ранее. Эта асимметрия в количестве липидов обеспечивается уникальными свойствами холестерина и наделяет биомембраны специфическими свойствами и физиологическими ролями.
«Эта работа ставит под сомнение одно из основных предположений клеточной биологии, показывая, что плазматическая мембрана — гибкий бислой, окружающий клетку, — может иметь резко различающееся количество фосфолипидов в своих двух листках», — говорит Милка Докторова, первый автор исследования, опубликованного в Cell.
Несмотря на свою тонкость, клеточные мембраны состоят из двух различных слоёв — листков. В то время как два листка искусственных мембран почти всегда одинаковы, живые мембраны почти всегда асимметричны: в их листках содержатся очень разные липиды.
«Наши клетки тратят огромное количество энергии на поддержание такого расположения, которое имеет решающее значение для жизни клетки и её коммуникации», — отмечает Докторова.
Большинство знаний о том, как разные типы липидов влияют на свойства мембраны, получены из исследований с модельными мембранами. Но эти модельные мембраны почти всегда имеют два листка с идентичным липидным составом и свойствами, что резко контрастирует с реальными асимметричными клеточными мембранами.
Разное количество липидов
Хотя уже 50 лет известно, что два листка клеточной мембраны состоят из разных типов липидов, исследователи предполагали, что в этих двух листках примерно одинаковое количество липидов.
Однако лаборатория мембранной биологии Левентала (США) и лаборатория биофизики клеточных мембран Докторовой (Стокгольмский университет, Швеция) обнаружили, что это предположение, по их собственным словам, «в целом неверно, а для мембран млекопитающих — кардинально ошибочно».
Оказывается, два аспекта позволяют иметь очень разное количество липидов в наших мембранах. Листки могут растягиваться и сжиматься, чтобы соответствовать друг другу, «больше похоже на губчатую булочку, чем на хрустящий крекер». Кроме того, холестерин, самый распространённый липидный компонент наших мембран, может действовать как буфер и перераспределяться между двумя листками, поддерживая прочный барьер, несмотря на химический и физический дисбаланс.
Новое понимание клеточных мембран
Это открытие не только противоречит старым предположениям, лежащим в основе нынешнего понимания клеточных мембран, но и даёт ключевое представление о том, как работают такие мембраны и для чего нужна их асимметрия. Группа исследовала несколько таких следствий, обнаружив, что асимметрия мембраны является критическим регулятором механизмов, с помощью которых клетки решают, откладывать ли холестерин в жировые депо.
«Такие депо — называемые жировыми каплями — имеют решающее значение для здоровья и болезней, связывая фундаментальную клеточную биофизику с клинической значимостью», — говорит Докторова.