Lípidos: Artículo Científico

Los científicos descubren que los lípidos controlan las proteínas y la curvatura de la membrana celular

Muchos procesos biológicos se basan en ciertas características de las membranas celulares, y muchas enfermedades aprovechan las propiedades específicas de la membrana para distorsionar las paredes celulares.  Desde hace tiempo se sabe que las proteínas regulan cómo toman forma las estructuras lipídicas dentro de las membranas, y ​​la investigación sobre el manejo del comportamiento de las membranas – tales como el caso de los medicamentos anti-virales – supuso que ese era el factor principal.

Un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Illinois y del Laboratorio Nacional Argonne han descubierto ahora que la relación es inversa: que los lípidos en realidad afectan la forma de las proteínas dentro de las membranas, afectando también de esa manera, la forma de las membranas en sí.  David Gidalevitz, autor principal del estudio publicado en Physical Review Letters , cree que “estos procesos de membrana son esenciales para muchas funciones biológicas básicas. Entenderlas nos ayudará a comprender la biología que subyace a muchas de las enfermedades importantes”.

Más detalles de Argonne:

Gp41 es responsable de unirse las membranas anfitrionas y de crear un poro a través del cual el ARN viral se inserta en la célula para propagar el virus. A nivel molecular, esto significa que la proteína viral debe insertarse en la membrana e inducir la curvatura de la membrana para crear el poro. La medición cuidadosa de la forma en que la proteína penetra la monocapa lipídica le permitió al equipo estudiar cómo los lípidos y las proteínas se afectan entre sí durante el proceso de inserción.

Sorprendentemente, aunque los investigadores esperaban que el Gp41 indujera la curvatura en la monocapa de lípidos para formar el poro, encontraron que los experimentos en los que la monocapa contenía más colesterol, demostraban que los lípidos realmente afectaban la estructura de la proteína. Es decir, a medida que aumentaban las concentraciones de colesterol, se disminuía el área ocupada por la proteína y la proporción de lípidos a proteínas era mayor, lo que sugiere que la proteína se estaba compactando de manera diferente a medida que se insertaba en la monocapa, dependiendo de su composición lipídica.

El fragmento de Gp41 que el equipo utilizó demostró ser capaz de adoptar una de dos estructuras diferentes conocidas como hélice-α u hoja-β. Sus mediciones son consistentes con un cambio estructural de helicoidal α a hoja β, a medida que aumenta la concentración de colesterol, tal como se muestra en la figura.

La composición de la monocapa de lípidos también determina qué tan profundamente ha penetrado la proteína su superficie. En monocapas que carecían por completo de colesterol, la proteína penetró muy superficialmente; sin embargo, al aumentar el colesterol, aumentó la profundidad de inserción de la proteína en la monocapa.

Sorprendentemente, la energía libre superficial requerida para la inserción en la membrana sin colesterol era la misma que para la inserción profunda en la membrana rica en colesterol, sugiriendo que el cambio estructural de la proteína ayudó a superar la mayor rigidez de la membrana rica en colesterol.

“Estos datos sugieren que el colesterol está induciendo un cambio conformacional en la proteína, y creemos que cuando el colesterol está presente, las proteínas de fusión cambian para formar una especie de ancla en la membrana, de manera de mantener al virus en su lugar para la fusión”, dijo Gidalevitz, autor principal del artículo publicado en la revista Physical Review Letters .

A continuación, el grupo espera ampliar estos resultados en los experimentos que adapten su técnica a bicapas lipídicas mas complejas con diferentes composiciones de lípidos, y a proteínas diferentes, incluyendo el islote de amiloide polipéptido formador de amilina vinculado a la diabetes tipo 2. “Estos procesos de membrana son esenciales para muchas funciones biológicas básicas”, dijo Gidalevitz. “Comprenderlos nos ayudará a entender la biología que subyace a muchas enfermedades importantes.”