Исследователи опровергли пятидесятилетнюю доктрину о регуляции клеточной мембраны

Клеточная мембрана — это граница между жизнью и не-жизнью. Её способность адаптироваться к изменениям окружающей среды важна для всех форм жизни. До сих пор общепринятым было мнение, что клетки реагируют на изменения температуры, ощущая текучесть (флюидность) своих мембран. Однако новое исследование показало, что лежащая в основе гипотеза, ставшая общепринятой доктриной, неверна.

Клеточная мембрана — это защитный барьер толщиной всего в несколько нанометров (1 нм = 10^-6 мм), состоящий из белков и двух жидких слоев нерастворимых в воде липидов. Её целостность и функция критически важны для выживания клетки.

«Клеточные мембраны — это удивительные материалы с причудливыми свойствами, которые трудно представить. Они чрезвычайно мягкие, но могут выдерживать давление, в сотни раз превышающее атмосферное. При этом они обладают жидкоподобными свойствами и способностью к самовосстановлению», — объясняет профессор Роберт Эрнст.

Мембрана — это саморегулирующаяся система, способная оптимизировать свой состав под любые условия окружающей среды. Например, мембраны клеток в копытах северного оленя, стоящего в арктической мерзлоте, состоят из совершенно другого набора липидов, чем мембраны в его мозге, где температура стабильна.

Около 50 лет учёные предполагали, что ключевую роль в этой адаптивности играет именно жидкий характер мембраны. Согласно теории «гомеовязкостной адаптации», когда при понижении температуры мембрана становится более вязкой или даже замерзает, клетка, почувствовав это, производит другой набор липидов, который не так легко замерзает.

«К сожалению, это не то, что происходит на самом деле», — говорит Роберт Эрнст.

В международном исследовании под руководством Стефани Баллвег учёные изолировали мембранный сенсор Mga2 из пекарских дрожжей и изучили его реакцию на текучесть мембраны.

«Согласно преобладающей гипотезе, этот сенсор должен был запускать ответ всякий раз, когда вязкость мембраны увеличивалась. Но мы наблюдаем не это», — объясняет Эрнст.

Оказалось, что текучесть не имеет значения. Активация сенсора определяется плотностью упаковки атомов липидов в особой области мембраны. Это позволяет сенсору различать насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты в мембранных липидах.

Это открытие опровергает центральное предположение гипотезы «гомеовязкостной адаптации», просуществовавшей полвека. Успех исследования стал возможен благодаря междисциплинарному сотрудничеству экспертов в области физики, материаловедения, биохимии и генетики.

Теперь учёные по всему миру могут пересмотреть важный вопрос о том, как мембраны регулируют функцию мембранных белков и как липидный состав влияет на коммуникацию между клетками, с новой точки зрения.