Estructura y Función de Dominios Lipídicos en Biomembranas

Abstract

Hace algunos años se propuso que en las biomembranas existen microdominios segregados lateralmente denominados “rafts” con una composición lipídica y proteica diferente a la del resto de la membrana. En este trabajo nos planteamos dos estrategias diferentes para abordar el estudio de los rafts. Por una parte utilizamos un sistema biológico sencillo (la membrana eritrocitaria) para investigar las propiedades de los rafts mediante la obtención de DRMs (Membranas Resistentes al Detergente) con detergentes no-iónicos en frío. Analizamos la influencia de la composición lipídica y del ordenamiento de la membrana en la capacidad del detergente de extraer material a partir de la membrana. Observamos una fuerte dependencia de la susceptibilidad a la solubilización con detergente tanto con la composición lipídica original de la membrana como con el ordenamiento lipídico de la misma. Encontramos que las DRMs están enriquecidas en esfingomielina y colesterol, y presentan un mayor ordenamiento lipídico que la membrana original. También detectamos fuertes vinculaciones entre el citoesqueleto y las vesículas de lípidos insolubles Por otro lado realizamos un estudio de las interacciones de la proteína GAP-43 (reportada como perteneciente a rafts de neuronas e involucrada en el crecimiento neuronal) con sistemas modelo de membrana. Aquí estudiamos la relevancia de las interacciones proteína-lípido. Mediante ensayos de interacción de GAP-43 con sistemas modelo de membrana encontramos que la interacción de la proteína con la bicapa lipídica depende tanto de interacciones hidrofóbicas como electrostáticas y detectamos una mayor afinidad de GAP-43 por los sistemas lipídicos ordenados en comparación con los sistemas fluidos.

A few years ago it was suggested that laterally segregated microdomains, called rafts, exist at biomembranes, with a lipid and protein composition different from the rest of the membrane. In this work we propose two different strategies to address the study of rafts. On the one hand we use a simple biological system (the erythrocyte membrane) to investigate the properties of rafts by obtaining DRMs (Detergent Resistant Membranes) with cold non-ionic detergent. We analyze the influence of lipid composition and membrane ordering on the ability of detergent to extract material from the membrane. We observed a strong dependence of the susceptibility to detergent solubilization with both the lipid composition of the original membrane, mainly the relative contents of sphingomyelin and cholesterol, and with the membrane lipid ordering. We found that DRMs are enriched in sphingomyelin and cholesterol, and their lipid order is larger than that of the original membrane. Also we found strong linkages between the cytoskeleton and the insoluble lipid vesicles. In addition we conducted a study of interactions of the protein GAP-43 (reported as belonging to neuron rafts and involved in neuronal growth) with model membrane systems. Here we studied the relevance of protein-lipid interactions. By testing the interaction of GAP-43 with model membrane systems we found that the protein interaction with the lipid bilayer depends on both hydrophobic and electrostatic interactions, and we detected a greater affinity of GAP-43 by ordered lipid systems compared to fluid ones.