Жасуша мембраналарындағы липидтік аймақтардың құрамы мен қасиеттері

Кіріспе

Жасуша мембраналарындағы үйлесімдер

Жасушалардың плазмалық мембраналары гликосфинголипидтер, холестерин және белок рецепторларының гликолипопротеин липидтерінің микродомендері деп аталатын липидтік рафттарда (салыстарда) ұйымдастырылған комбинацияларын қамтиды. Олардың жасушалық мембраналарда болуы күмәнді. Шындығында, Кервин мен Овердуин липидтік рафттар – бұл дұрыс түсінілмеген белок аралдары екенін, олар протеолипидтік код арқылы қалыптасады деп санайды. Дегенмен, олардың сигнал молекулаларын жинау үшін ұйымдастыру орталықтары ретінде қызмет ету арқылы жасушалық процестерді бөліп, ақуыз рецепторлары мен олардың эффектторларының сигнал трандукциясы үшін қажетті кинетикалық жағдайға ие өзара әрекеттесуін қамтамасыз ететін мамандандырылған мембраналық микродомендер екендігі ұсынылған. Липидтік рафттар мембраналық сұйықтыққа және мембраналық белоктардың тасымалдануына әсер етеді, соның арқасында нейротрансмиссия және рецепторлардың тасымалдануы реттеледі. Липидтік рафттар айналадағы қос қабатқа қарағанда тәртіпті және тығыз жиналған, бірақ мембраналық қос қабат ішінде еркін қозғалады. Липидтік рафттар жасуша мембранасында жиі кездеседі, сонымен қатар Голги аппараты және лизосомалар сияқты жасушаның басқа бөліктерінде де кездеседі.

Қасиеттері

Липидтік салдар мен олардың пайда болған плазмалық мембраналары арасындағы маңызды айырмашылық – липидтік құрамы. Зерттеулер көрсеткендей, липидтік салдардағы холестерин мөлшері, оларды қоршап тұрған қос қабаттағы холестерин мөлшерінен 3-5 есе артық. Сондай-ақ, липидтік салдар сфинголипидтерге, мысалы, сфингомиелинге бай, ол плазмалық мембранаға қарағанда әдетте 50%-ға жоғары болады. Сфинголипидтердің жоғары деңгейін теңдестіру үшін фосфатидилхолин деңгейі төмендейді, нәтижесінде липидтік салдар мен оны қоршаған плазмалық мембрана арасында холин құрамындағы липидтердің деңгейі шамалас болады. Холестерин құрылысы мен көмірсутекті тізбектердің қанықтығына байланысты, сфинголипидтермен басымдықпен, бірақ емес, өзара әрекеттеседі. Липидтік салдардағы барлық фосфолипидтер толығымен қанық болмаса да, липидтік салдардағы гидрофобтық тізбектер, оларды қоршап тұрған қос қабатқа қарағанда қанығырақ және тығыз жиналған. Оң жақтағы суретте сфингомиелиннің гидрофобтық және гидрофильді аймақтардың алатын кеңістігіне негізделген, инвертті конус тәрізді пішіні және холестериннің конус тәрізді пішіні көрсетілген. Холестерин липидтер арасындағы липидтік салдарға жиналып, молекулалық аралық ретінде қызмет етеді және байланысты сфинголипидтер арасындағы бос кеңістіктерді толтырады. Бұл араласпаушылықтың себебі белгісіз, бірақ араласпаушылық екі фаза арасындағы еркін энергияны азайтуға көмектеседі деп есептеледі. Зерттеулер липидтік салдардың және оны қоршап тұрған мембрананың қалыңдығының өзгеше екенін көрсетті, бұл екі фазаның шекарасында гидрофобтық үйлесімсіздікке алып келеді. Бұл фазалық биіктіктегі үйлесімсіздік сызықтық кернеуді арттырады, бұл липидтік салдарды жеке фаза ретінде сақтаудың энергетикалық шығындарын азайту үшін үлкен және дөңгелек липидтік салдар платформаларын құруға әкелуі мүмкін. Мембрананың қисылуы және кішкентай липидтік салдардың үлкен липидтік салдарға бірігуі сияқты басқа да спонтанды оқиғалар сызықтық кернеуді азайтуға көмектеседі. Липидтік салдарды плазмалық мембранадан бөліп алуға болады деп болжанған. Бөліп алу липидтік салдардың төмен температурада (мысалы, 4°C) иондық емес жуғыш заттарға, мысалы, Triton X 100 немесе Brij 98-ге қарсы тұру қабілетін пайдаланады. Мұндай жуғыш зат жасушаларға қосылғанда, сұйық мембрана еріп, липидтік салдар бұзылмай қалуы мүмкін және оларды бөліп алуға болады. Құрамы мен жуғыш затқа қарсы тұру қабілетіне байланысты липидтік салдар жуғыш заттарда ерімейтін гликолипидтерге толы кешендер (GEM), DIG немесе жуғыш затқа төзімді мембраналар (DRM) деп те аталады. Алайда, мембраналардың жуғыш затқа төзімді әдістемесінің дұрыстығына қатысты күмән туды, себебі алынған липидтер мен ақуыздардағы түсініксіздіктер және олардың бұрын болмаған жерлерде қатты аймақтардың пайда болуы байқалды.

One key difference between lipid rafts and the plasma membranes from which they are derived is lipid composition. Research has shown that lipid rafts contain 3 to 5 fold the amount of cholesterol found in the surrounding bilayer. Also, lipid rafts are enriched in sphingolipids such as sphingomyelin, which is typically elevated by 50% compared to the plasma membrane. To offset the elevated sphingolipid levels, phosphatidylcholine levels are decreased which results in similar choline containing lipid levels between the rafts and the surrounding plasma membrane. Cholesterol interacts preferentially, although not exclusively, with sphingolipids due to their structure and the saturation of the hydrocarbon chains. Although not all of the phospholipids within the raft are fully saturated, the hydrophobic chains of the lipids contained in the rafts are more saturated and tightly packed than the surrounding bilayer. The figure to the right shows the inverted cone like shape of sphingomyelin and the cone like shape of cholesterol based on the area of space occupied by the hydrophobic and hydrophilic regions. Cholesterol can pack in between the lipids in rafts, serving as a molecular spacer and filling any voids between associated sphingolipids. The cause of this immiscibility is uncertain, but the immiscibility is thought to minimize the free energy between the two phases. Studies have shown there is a difference in thickness of the lipid rafts and the surrounding membrane which results in hydrophobic mismatch at the boundary between the two phases. This phase height mismatch has been shown to increase line tension which may lead to the formation of larger and more circular raft platforms to minimize the energetic cost of maintaining the rafts as a separate phase. Other spontaneous events, such as curvature of the membrane and fusing of small rafts into larger rafts, can also minimize line tension. have hypothesized that the lipid rafts can be extracted from a plasma membrane. The extraction would take advantage of lipid raft resistance to non ionic detergents, such as Triton X 100 or Brij 98 at low temperatures (e. g., 4 °C). When such a detergent is added to cells, the fluid membrane will dissolve while the lipid rafts may remain intact and could be extracted. Because of their composition and detergent resistance, lipid rafts are also called detergent insoluble glycolipid enriched complexes (GEMs) or DIGs or Detergent Resistant Membranes (DRMs). However the validity of the detergent resistance methodology of membranes has recently been called into question due to ambiguities in the lipids and proteins recovered and the observation that they can also cause solid areas to form where there were none previously.

Функция

Субстратты ұсынудың реттелуі. Липидтік саллар пальмитоилденген белоктарды плазмалық мембрананың ретсіз аймағынан шетке қарай ығыстырады. Пальмитат арқылы локализацияның бұзылуы белоктың ретсіз аймақтағы байланысу серігіне немесе субстратына әсер етуіне мүмкіндік береді, бұл белсендіру механизмі субстратты ұсыну деп аталады. Мысалы, белок көбінесе пальмитоилденіп, фосфатидил инозитол 4,5-бифосфатқа (PIP2) байланысады. PIP2 полиқанықпаған және липидтік салдарда орналаспайды. Плазмалық мембранада PIP2 деңгейі артқанда, белок PIP2 кластерлеріне жылжиды, онда оны PIP2 тікелей белсендіре алады (немесе PIP2-мен байланысқан басқа молекула). Басқа да функциялар болуы мүмкін.

Сигналды трандукциялаудағы рөлі

Сигналды трандукцияның ерекшелігі мен дәлдігі жасушалардың қоршаған ортадағы өзгерістерге тиімді жауап беруі үшін маңызды. Бұл, ішінара, сигналдық жолдарға қатысатын ақуыздардың әртүрлі орналасуы арқылы жүзеге асырылады. Плазмалық мембранада, бөлшектеудің бір тәсілі липидтік салдарды пайдаланады. Липидтік салдарды қарастырудың бір логикалық жолы – кішкентай салдарлар лиганд байланысынан кейін жеке рецепторлар үшін шоғырланған платформалар құрауы мүмкін. Зерттеушілер липидтік салдардың көптеген сигналдық трандукция процестеріне қатысқанын анықтады, мысалы, иммуноглобулин E сигнализациясы, T-жасуша антиген рецепторы сигнализациясы, B-жасуша антиген рецепторы сигнализациясы, EGF рецепторы сигнализациясы, инсулин рецепторы сигнализациясы және т.б. Осы принциптерді көрсету үшін липидтік салдарды қамтитын сигналдық жолдардың егжей-тегжейлі мысалдары төменде сипатталған.

Иммуноглобулин E сигнализациясы

Иммуноглобулин Е (IgE) сигнализациясы – сигнализация процесіне қатысқан липидтік салдардың алғашқы нақты дәлелденген мысалы. Бұған дәлел ретінде Fc эпсилон рецепторларының (FcεR) Triton X 100-дегі тұрақты күйден кросс-байланыс күйіне дейін ерігіштігінің төмендеуі, метил-β-циклодекстринмен беткейлік холестериннің азайтылуы арқылы IgE сигнализациясының тоқтатылуы және тағы да басқалары жатады. Бұл сигнализация жолы былай сипатталады: IgE алдымен өзінің Fc сегменті арқылы мастоциттер мен базофильдердің плазмалық мембранасында орналасқан Fc эпсилон рецепторларына (FcεR) байланысады. FcεR – бір α, бір β және екі γ тізбегінен тұратын тетрамер.

Т-күҙәндік антиген рецепторларының сигнализациясы

Т-клеткалық антиген рецепторы (ТКР) – Т-лимфоциттерінің (Т-клеткаларының) бетінде кездесетін молекула. Ол αβ гетеродимерлерінен, CD3 (γδε) кешенінен және ξ гомодимерінен тұрады. α және β кішібірліктерінде антигенді ұсынатын жасушалардың (АЖЖ) бетіндегі I және II класты үлкен гистоқоғамдылық кешені (МГК) ақуыздары арқылы ұсынылған пептидтерге байланысатын клеткадан тыс орындар бар. CD3 және ξ кішібірліктері цитоплазмалық ITAM мотивтерін қамтиды. Сигнал беру процесінде МГК-нің ТКР-ге байланысуы екі немесе одан да көп рецепторларды біріктіреді. Бұл байланыс, IgE сигнализациясына ұқсас, екі рет ацилденген, рецептор емес Src-тәрізді тирозинкиназаларды ITAM тирозин қалдықтарын фосфорилдеу үшін тартады. Lyn-ді тартумен қатар, ТКР сигнализациясы Fyn-ді де тартады. Осы процедурадан кейін ZAP 70 (IgE сигнализациясынан да ерекшеленеді) фосфорилденген ITAM-ға байланысады, бұл оның және LAT-тың белсендірілуіне әкеледі. LAT белсенділігі сигнал күшейтудің көзі болып табылады. IgE және Т-клеткалық антиген рецепторларының сигнализациясы арасындағы тағы бір айырмашылық – Lck-тің ТКР-мен белсендірілуі салға жиналуын күшейте алады, соның салдарынан сигнал күшейеді. Бұл сигнализацияны төмендетудің бір мүмкін механизмі цитозольді киназа Csk-тің салға байланысты белок CBP-ге байланысуын қамтиды. Содан кейін Csk фосфорилирлеу арқылы Src отбасылық киназаларын басады.

В-күҙәндік антиген рецепторларының сигнализациясы

В-клеткалық антиген рецепторы (ВКР) – мембранаға байланған Ig (mIg) молекуласы және екі полипептидтің дисульфидтік байланысқан Igα Igβ гетеродимері арасындағы кешен. Igα және Igβ әрқайсысы аминқышқылдық мотивтерді қамтиды, ол ITAM деп аталады, оның тізбегі D/ExxYxxL/Ix7YxxL/I. В-клеткалық антиген рецепторларының сигналдану процесі иммуноглобулин E және Т-клеткалық антиген рецепторларының сигналдануына ұқсас. Көптеген жағдайларда, BCR-ден басқа, липидтік салдарлар В-клеткаларының белсендірілуіне қатысты жасуша бетіндегі көптеген оқиғаларда маңызды рөл атқарады деп есептеледі. Олардың функцияларына BCR арқылы сигнал беру, корецепторлармен осы сигнал беруді модуляциялау, CD40 арқылы сигнал беру, BCR-ге байланысқан антигеннің эндоцитозы және оның соңғы эндосомаларға антигеннен алынған пептидтерді II класс MHC молекулаларына жүктеуді жеңілдету үшін бағыттауы, осы пептид/MHC II кешендерінің жасуша бетіне бағытталуы және олардың Т-клеткаларына антигенді ұсынуға қатысуы жатады. SV40 жасуша бетінде байланысу үшін екі түрлі рецепторды пайдаланады: липидтік салдарда орналасқан ганглиозид GM1 және негізгі гистоқонфликтілік (MHC) I классының молекуласы. EV1 α2β1 интегралды жасушалық рецептор ретінде пайдаланады. Адамның Т-лимфотроптық вирусы I типті (HTLV 1) глюкоза тасымалдаушы 1 (GLUT 1) арқылы жасушаларға еніп, Адамның Т-лимфотроптық вирусы I типті (HTLV 1) клеткаларға глюкоза тасымалдаушы 1 (GLUT 1) арқылы енеді. Эбола вирусы және Марбург вирусы жасушалық рецептор ретінде GPI-ге бекітілген белок – фолат рецепторы α (FRα) –н пайдаланады. В гепатиті вирусы 2 типті комплемент рецепторларын (CR2, CD21 деп аталады) таниды. Адамның герпес вирусы 6 (HHV 6) адам жасушасының бетіне CD46 байланысады. Осы вирустық рецепторлардың барлығы липидтік салдарда орналасқан немесе инфекциядан кейін липидтік салдарға көшіріледі. Адамның иммуножеткіліксіздік вирусы (АИВ), жыныстық жолмен жұғатын жануарлар вирусы ретінде, алдымен эпителийлік жасушалардың кедергісінен өтуі керек, олар CD4 және хемокин рецепторларын экспрессияламайды, өнімді инфекцияны орнату үшін. Эпителийлік жасушалардағы АИВ 1 қабықша гликопротеинінің баламалы рецепторы – липидтік салдарда байытылған гликосфинголипид галактозил керамиді (GalCer).

SARS-CoV-2 вирусы

COVID-19-ға себепші SARS CoV 2 вирусы липидтік салдарды пайдаланып эндоцитоз арқылы жасушаға енетіні анықталды. Омикрон варианты да негізінен эндоцитоз арқылы, болжам бойынша липидтік салдар арқылы жасушаға енеді. Гидроксихлорохин АСЕ2-нің эндоциттік липидтермен байланысуын бұғаттап, SARS CoV 2 вирусының жасушаға енуіне кедергі келтіреді.