Nieuwe studie toont aan dat membraanflexibiliteit afhangt van hoe strak lipiden zijn verpakt

Celmembranen wiegen, beschermen en poortwachtcellen. Membranen kunnen zelfs beïnvloeden hoe een cel zich gedraagt.

Maar het eigen grillige gedrag van Membranes heeft wetenschappers al jaren verbaasd.

Blijkt dat het allemaal om perspectief draait: toen de teamleden van de natuurkundige Rana Ashkar keken hoe membranen zich op nanoschaal gedragen, konden ze uniforme biofysische wetten identificeren die membranen al die tijd hebben nageleefd.

Gepubliceerd in Natuurcommunicatiedeze bevindingen hebben significante implicaties voor methoden voor ziekteninterventiemethoden, toepassingen voor geneesmiddelen, kunstmatige celtechnologieën en de volgende fase van membraanbiofysica.

Compositie-shifting superhelden

Voornamelijk samengesteld uit vetverbindingen die lipiden worden genoemd, zijn membranen zeer adaptief. Ze kunnen hun lipidesamenstelling veranderen in reactie op omgevingsfactoren, reageren – soms in slechts enkele uren – op veranderingen in dieet, druk of temperatuur. Deze eigenschap, Homeostase genoemd, houdt de steden van uw cellen die gelukkig onder verschillende omstandigheden neuriën.

Om te begrijpen hoe homeostase werkt, hebben wetenschappers geprobeerd het te kaderen in de context van een belangrijk fysiek principe dat zegt dat de structuur van het membraan de fysieke eigenschappen moet beïnvloeden.

Is logisch, toch? Waar iets van is gemaakt, moet van invloed zijn op hoe het zich gedraagt.

En toch, jarenlang, ontwijkden membranen deze wet hardnekkig.

De minachting van de wet werd volledig getoond toen wetenschappers cholesterol in modelcelmembranen injecteerden, de structuur veranderden, om te zien of het de eigenschap van een membraan zou beïnvloeden, zoals de flexibiliteit of elasticiteit. De resultaten waren overal op het bord – sommige membranen verstijfden, terwijl anderen dat niet deden.

Het is niet het type lipide, maar hoe je het inpakt

“Het veroorzaakte een dilemma in het veld,” zei Ashkar. “Op de een of andere manier veranderde cholesterol de structuur van sommige membranen maar niet hun elastische eigenschappen.”

De wijdverbreide veronderstelling was dat verschillende soorten lipiden anders op cholesterol reageerden. Maar Ashkar was niet overtuigd. Ze besloot iets anders te proberen. Eerdere studies keken naar membraanelasticiteit met behulp van macroscopische metingen. Het team van Ashkar keek dichterbij. Veel dichterbij.

Met behulp van neutronen en röntgenfoto’s ontdekten teamleden dat wat de elasticiteit beïnvloedt, niet het type lipide is, maar hoe strak verpakt ze zich in het membraan bevinden.

Bepaalde soorten lipiden verzetten zich om druk te zijn, terwijl anderen zo strak kunnen worden geschoven als sardines. En de verpakkingsdichtheid is de primaire factor die de flexibiliteit van het membraan beïnvloedt, die op zijn beurt de levensvatbaarheid van cellen reguleert.

Om deze bevindingen verder te bevestigen, werkten Ashkar en haar team samen met het lab van Michael Brown aan de Universiteit van Arizona en het lab van Milka Doktorova aan de Universiteit van Stockholm. Hun nucleaire resonantie -experimenten en computationele studies volgden dezelfde wetten verkregen door het Ashkar Lab.

“Membranen kunnen een opmerkelijke complexiteit van de samenstelling hebben, maar wat echt belangrijk is om hun elasticiteit te bepalen of te voorspellen is hoe verpakt ze zijn”, zei Ashkar. “En dat is een zeer, zeer krachtig ontwerpprincipe dat cellen lijken te volgen en dat we nu kunnen toepassen in technische levensechte kunstmatige cellen.”