Célula

Balsas lipídicas

Balsas de lípidos.

Una, balsa lipídica o acumulación lipídica Traduccion correcta de "Lipid Raft" o "Lipid Rafts" ('lipid raft en inglés) es un microdominio de lamembrana plasmática cuya fluidez es mucho menor a la de su entorno. Se encuentran enriquecidos en colesterol, fosfolípidos saturados y proteínas de membrana. Si bien su tamaño es variable, típicamente poseen unos 50 nm de diámetro.- .......................................................:https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Balsas_lip%C3%ADdicas&printable=yes

Balsas de membrana (membrane rafts)

Según la definición acordada en 2006 en el Keystone Symposium of Lipid Rafts and Cell Function, las balsas de membrana "son dominios pequeños (10-200 nm), heterogéneos y muy dinámicos enriquecidos en esfingolípidos y esteroles que compartimentan los procesos celulares. A veces, las pequeñas balsas se estabilizan y forman estructuras más grandes mediante interacciones proteína-proteína y proteína-lípido". Se trata, por tanto, de microdominios especializados de la membrana tanto en su composición como en su funcionalidad, también conocidos como balsas lipídicas (lipid rafts).

En los esfingolípidos de estas balsas abundan los ácidos grasos saturados que se empaquetan estrechamente con el colesterol haciendo que estas zonas sean más ordenadas y menos fluidas (con temperaturas de fusión más altas) que otras zonas de la membrana en las que haya más glicerofosfolípidos; ese alto empaquetamiento de las cadenas aciladas es esencial para la organización de la balsa lipídica pues hace que estas regiones ricas en esfingolípidos formen una fase "líquida ordenada" (Lo) rodeada por dominios ricos en glicerofosfolípidos que constituyen una estructura "líquida desordenada" (Ld).

En la figura se muestra el esquema de una balsa de membrana:

A = espacio intracelular o citosol;
B = espacio extracelular, luz del Golgi o de vesícula;
1 = membrana sin balsa lipídica;
2 = balsa de membrana;
3 = proteína transmembrana asociada a la balsa lipídica;
4 = proteína fuera de la balsa de membrana;
5 = restos glucídicos (en glicoproteínas o glicolípidos;
6 = proteína con anclaje GPI;
7 = colesterol;
8 = glicolípido.

Las balsas de membrana están implicadas en muchos procesos celulares, fundamentalmente en la dinámica (o tráfico) de membranas y sus componentes, y en la señalización celular; también son sitios de entrada para virus y toxinas y puntos de ensamblaje y salida para ciertos virus.

En las balsas de membrana se concentran proteínas citoplásmicas miristoiladas o palmitoiladas o proteínas de la superficie celular con anclajes GPI, que en muchos casos son proteínas implicadas en la transducción de señales (proteínas G, receptores de factores de crecimiento, distintas quinasas: Src, PKC, MAPK, etc.), que en las balsas se colocalizan e interaccionan con otros componentes de los sistemas de señalización celular.

La membrana plasmática de las células está hecho de una combinación de glicoesfingolípidos y los receptores de proteínas organizadas en microdominios glicolipoproteína denominadas balsas de lípidos. Estos microdominios de membrana especializados compartimentan los procesos celulares, sirviendo como la organización de centros para el ensamblaje de moléculas de señalización, influir en la fluidez de membrana y el tráfico de proteínas de membrana, y la regulación de la neurotransmisión y el tráfico del receptor. Las balsas de lípidos son más ordenados y cuidadosamente embalados de la bicapa que rodea, pero flotan libremente en la bicapa de la membrana. Aunque es más común en la membrana plasmática, las balsas de lípidos también han sido reportados en otras partes de la célula, tales como aparato de Golgi y lisosomas.

Propiedades de las balsas lipídicas

Una diferencia clave entre las balsas de lípidos y las membranas plasmáticas de los que se derivan es composición de lípidos. La investigación ha demostrado que las balsas de lípidos contienen generalmente de 3 a 5 veces la cantidad de colesterol que se encuentra en la bicapa rodea. Además, las balsas de lípidos se enriquecen en los esfingolípidos tales como esfingomielina, que típicamente se eleva en un 50% en comparación con la membrana plasmática. Para compensar los niveles elevados de esfingolípidos, los niveles de fosfatidilcolina que se reducen los resultados en los niveles de lípidos que contienen colina similares entre las balsas y la membrana de plasma circundante. El colesterol interactúa preferentemente, aunque no exclusivamente, con esfingolípidos debido a su estructura y la saturación de las cadenas de hidrocarburos. Aunque no todos los fosfolípidos dentro de la balsa están completamente saturado, las cadenas hidrófobas de los lípidos contenidos en las balsas son más saturados y apretujada de la bicapa rodea. El colesterol es el "pegamento" que mantiene la dinámica balsa juntos. Debido a la naturaleza rígida del grupo esterol, preferentemente colesterol particiones en las balsas de lípidos donde las cadenas acilo de los lípidos tienden a ser más rígidos y menos en un estado fluido. Una propiedad importante de los lípidos de membrana es su carácter anfipático. Lípidos anfipáticos tienen un, grupo de cabeza hidrófilo polar y una región no polar, hidrófobo. La figura de la derecha muestra la forma invertida en forma de cono de la esfingomielina y la forma de cono de colesterol basado en el área de espacio ocupado por las regiones hidrófobas e hidrófilas. Cabe señalar que el colesterol tiene la capacidad para empacar en entre los lípidos en balsas, que sirve como un espaciador molecular y llenando los vacíos entre los esfingolípidos asociados.

Rietveld y Simons balsas de lípidos relacionados en membranas modelo a la inmiscibilidad de fases líquidas ordenada y desordenada. La causa de esta inmiscibilidad es incierto, pero la inmiscibilidad se cree que minimizar la energía libre entre las dos fases. Los estudios han demostrado que hay una diferencia en el grosor de las balsas de lípidos y la membrana que rodea lo que resulta en falta de coincidencia hidrófobo en el límite entre las dos fases. Esta altura errores de fase, se ha demostrado que aumenta la tensión de la línea que puede conducir a la formación de plataformas de balsa más grandes y más circular para minimizar el coste energético de mantenimiento de las balsas como una fase separada. Otros eventos espontáneos, tales como la curvatura de la membrana y la fusión de pequeñas balsas en balsas más grandes, también pueden minimizar la tensión de la línea.

Según una definición temprana de las balsas lipídicas, las balsas de lípidos se diferencian del resto de la membrana plasmática. De hecho, los investigadores han planteado la hipótesis de que las balsas de lípidos se pueden extraer de una membrana plasmática. La extracción se aprovecharía de la resistencia balsa lipídica a los detergentes no iónicos, tales como Triton X-100 o Brij-98 a bajas temperaturas. Cuando se añade un detergente tal a las células, la membrana de fluido se disolverá mientras que las balsas lipídicas pueden permanecer intactas y podría ser extraída.

Debido a su composición y resistencia a los detergentes, las balsas de lípidos también se llaman complejos o excavaciones detergente insoluble glycolipid enriquecidos o detergente resistentes membranas. Sin embargo, la validez de la metodología de resistencia a los detergentes de membranas ha sido cuestionada recientemente debido a ambigüedades en los lípidos y las proteínas recuperadas y la observación de que también pueden causar áreas sólidas que se forman donde no había ninguno previamente.

Historia

Hasta 1982, se acepta ampliamente que los fosfolípidos y proteínas de membrana fueron distribuidos al azar en las membranas celulares, de acuerdo con el modelo de mosaico fluido Singer-Nicolson, publicado en 1972. Sin embargo, microdominios de membrana se postularon en la década de 1970 utilizando métodos biofísicos por Stier y Sackmann y Klausner y Karnovsky. Estos microdominios se atribuyeron a las propiedades físicas y la organización de mezclas de lípidos por Stier y Sackmann y Israelachvili et al. En 1974, los efectos de la temperatura sobre el comportamiento de la membrana se habían llevado a la propuesta de "racimos" de lípidos en las membranas y en 1975, los datos sugieren que estos grupos podrían ser regiones "cuasicristalinos" dentro de la molécula de lípido líquido cristalino más libremente dispersado. En 1978, los estudios de difracción de rayos X condujeron a un mayor desarrollo de la idea de "cluster", la definición de los microdominios como "lípidos en un estado más ordenado". Karnovsky y compañeros de trabajo formalizado el concepto de dominios de lípidos en las membranas en 1982 - estudios de Karnovsky mostraron heterogeneidad en el decaimiento curso de la vida de 1,6-difenil-1 ,3,5-hexatrieno, que indicaron que había múltiples fases en el medio ambiente de lípidos de la membrana. Un tipo de microdominios está constituida por colesterol y esfingolípidos. Ellos se forman debido a la segregación de estos lípidos en una fase separada, demostrado por Biltonen y Thompson y sus compañeros de trabajo. Estos microdominios se demostró que también existen en las membranas celulares. Más tarde, Kai Simons en el Laboratorio Europeo de Biología Molecular en Alemania y Gerrit van Meer, de la Universidad de Utrecht, Países Bajos reorientar los intereses de estos microdominios de membrana, enriquecida con lípidos y colesterol, glicolípidos y esfingolípidos, presentes en las membranas celulares. Posteriormente, llamaron a estos microdominios, "balsas lipídicas". El concepto original de las balsas se utilizó como una explicación para el transporte de colesterol desde la red trans del Golgi a la membrana plasmática. La idea fue desarrollada más formalmente en 1997 por Simons y Ikonen. En el Simposio de Keystone de balsas de lípidos y la función celular 2006, balsas de lípidos se definieron como "dominios pequeños, heterogéneos, muy dinámico, esteroles y esfingolípidos enriquecido que compartimentar los procesos celulares. Balsas pequeños a veces pueden ser estabilizadas para formar plataformas más grandes a través de proteínas interacciones de las proteínas "En los últimos años, los estudios de lípidos balsa han tratado de resolver muchas de las cuestiones clave que causan controversia en este campo, incluyendo el tamaño y la duración de las balsas.

Otras preguntas aún por responder son:

• ¿Cuáles son los efectos de los niveles de proteína de membrana?
• ¿Cuál es la función fisiológica de las balsas de lípidos?
• ¿Qué efecto tiene el flujo de lípidos de membrana han de formación balsa?
• ¿Qué efecto tienen la dieta y los medicamentos tienen en balsas de lípidos?
• ¿Qué efecto tienen las proteínas localizadas en los límites de la balsa tienen en balsas de lípidos?

Los tipos más comunes de las balsas lipídicas

Hay dos tipos de balsas lipídicas Se han propuesto: balsas lipídicas planas y caveolae. Balsas planares se definen como un proceso continuo con el plano de la membrana plasmática y por su falta de características morfológicas distintivas. Caveolae, por otro lado, son invaginaciones en forma de frasco de la membrana plasmática que contienen proteínas caveolina y son las estructuras más fácilmente observados en las balsas lipídicas. Caveolinas se expresan ampliamente en el cerebro micro-vasos del sistema nervioso, células endoteliales, astrocitos, oligodendrocitos, células de Schwann, los ganglios de la raíz dorsal y las neuronas del hipocampo. Balsas planares contienen proteínas Flotillin y se encuentran en las neuronas donde caveolae está ausente. Ambos tipos tienen la composición lipídica similares. Flotillin y caveolinas tienen la capacidad de reclutar moléculas de señalización en las balsas de lípidos, jugando así un papel importante en la transducción de señales de neurotransmisores. Se ha propuesto que estos microdominios espacialmente organizan las moléculas de señalización para promover interacciones cinéticamente favorables que son necesarias para la transducción de señales. Por el contrario, estos microdominios pueden separar moléculas de señalización, las interacciones inhibidoras y las respuestas de señalización de amortiguación.

Balsas de lípidos y la transducción de señales

La transducción de señales a nivel celular se refiere a cualquier proceso por el cual una célula convierte un tipo de señal o estímulo en otro. El movimiento de la señal o estímulo puede ser simple, como la que se asocia con moléculas receptoras. Más complejo de transducción de señales implica el acoplamiento de las interacciones ligando-receptor a muchos eventos intracelulares. Estos eventos incluyen fosforilaciones por cinasas de tirosina y/o serina/treonina quinasas. La especificidad y la fidelidad de la transducción de señal son esenciales para que las células responden de manera eficiente a los cambios en su entorno. Esto se logra en parte por la localización diferencial de las proteínas que participan en vías de señalización. En la membrana plasmática, un enfoque de compartimentación utiliza balsas de lípidos. Una forma razonable considerar las balsas lipídicas es que las pequeñas balsas pueden formar plataformas de concentración después de la activación de unión al ligando de los receptores individuales. Si la activación del receptor se lleva a cabo en una balsa de lípidos, el complejo de señalización está protegido de las enzimas no balsa tales como fosfatasas de membrana. En general, balsa reclutas proteínas de unión a un nuevo micro-medio ambiente para que el estado de fosforilación pueden ser modificados por quinasas y fosfatasas locales para dar señalización corriente abajo. Las balsas de lípidos se han encontrado por los investigadores para estar involucrado en muchos procesos de transducción de señales, tales como inmunoglobulina E de señalización, señalización del receptor de células T antígeno, células B señalización del receptor de antígeno, la señalización del receptor de EGF, receptor de señalización de la insulina y así sucesivamente. Con el fin de ilustrar estos principios, se describen a continuación ejemplos detallados de vías de señalización que implican las balsas de lípidos.

Inmunoglobulina E de señalización

Inmunoglobulina E señalización es la primera balsas lipídicas demostrado convincentemente que involucran procesos de señalización. Evidencias de este hecho incluye disminución de la solubilidad de los receptores de Fc-epsilon en Triton X-100 en el estado estable al estado de reticulación, la formación de parches suficientemente grandes como para ser visualizadas por microscopía de fluorescencia a partir de gangliósidos y proteínas ancladas a GPI, la abolición de la IgE de señalización por el colesterol superficie agotamiento con metil - ciclodextrina y así sucesivamente. Esta vía de señalización puede ser descrito de la siguiente manera: primero se une la IgE a los receptores de Fc-epsilon que residen en la membrana plasmática de las células cebadas y los basófilos a través de su segmento Fc. FCER es un tetrámero consiste de uno un, uno y dos? cadenas. Es monomérica y se une una molécula de IgE. La IgE se une una cadena y las otras tres cadenas contienen motivos de activación de tipo inmunitario del receptor de tirosina. Entonces antígenos oligoméricos se unen al receptor de la IgE unida a la reticulación de dos o más de estos receptores. Esta reticulación se movilizan doblemente aciló no receptor Src tirosina quinasa Lyn para fosforilar ITAM. Después de eso, Syk tirosina quinasas de la familia se unen estos residuos de fosfotirosina de ITAM para iniciar la cascada de señalización. Syk puede, a su vez, activar otras proteínas tales como LAT. A través de la reticulación LAT puede reclutar a otras proteínas en la balsa y ampliar aún más la señal.

Receptor de antígeno de células T de señalización

Receptor de antígeno de células T es una molécula que se encuentra en la superficie de los linfocitos T. Se compone de un-CD3 complejos heterodímeros, y?-Homodímero. Los unos-y - subunidades contiene sitios de unión para los péptidos extracelulares que se presentan por el complejo mayor de histocompatibilidad de clase proteínas de clase I y II en la superficie de las células presentadoras de antígeno. El CD3 y -? Subunidades contiene motivos ITAM citoplasmáticas. Durante el proceso de señalización, la unión a MHC TCR trae dos o más receptores juntos. Esta reticulación, de forma similar a la IgE de señalización, a continuación, reclutar doblemente acilada no receptor-Src como tirosina quinasas para fosforilar residuos de tirosina ITAM. Además de reclutar a Lyn, señalización del TCR también recluta Fyn. Después de este procedimiento, ZAP-70 se une a ITAM fosforilados, lo que conduce a su propia activación y la activación LAT. Activación LAT es la fuente de la amplificación de la señal. Otra diferencia entre la IgE y la señalización del receptor de células T antígeno es Lck que la activación por TCR podría resultar en más grave agrupación balsa por lo tanto más amplificación de la señal. Un posible mecanismo de la regulación negativa de la señalización consiste en la unión de quinasa citosólica Csk a la balsa asociada a la proteína CBP. Csk puede entonces suprimir las quinasas de la familia Src mediante fosforilación.

De células B antígeno del receptor de señalización

Receptor de antígeno de células B es un complejo entre una molécula de Ig unida a la membrana y un disulfuro-ligado Iga-Ig heterodímero de dos polipéptidos. Iga y Ig cada uno contiene una secuencia de aminoácidos, llamados ITAM, cuya secuencia es D/ExxYxxL/Ix7YxxL/I. El proceso de la señalización del receptor de células B antígeno es similar a la inmunoglobulina E de señalización y la señalización del receptor de células T antígeno. Comúnmente se cree que, aparte de BCR, balsas lipídicas desempeñan un papel importante en muchos de los eventos de la superficie celular involucradas en la activación de células B. Sus funciones incluyen la señalización por BCR, la modulación de que la señalización por co-receptores, la señalización de CD40, la endocitosis del antígeno unido a la BCR y su encaminamiento a endosomas tardíos para facilitar la carga de los péptidos derivados de antígenos a las moléculas de MHC de clase II, de enrutamiento de los péptido/complejos a la superficie de la célula, y su participación en la presentación de antígenos a las células T de MHC-II.

Visualización de las balsas lipídicas

Una de las principales razones de la controversia sobre las balsas de lípidos se ha debido a los desafíos de estudiar las balsas de lípidos en las células vivas, que no están en equilibrio termodinámico. Las balsas de lípidos son microdominios pequeños que van desde 10 hasta 200 nm de tamaño. Debido a su tamaño está por debajo del límite de difracción clásica de un microscopio de luz, balsas de lípidos han demostrado ser difíciles de visualizar directamente. Actualmente se estudian las membranas sintéticas, sin embargo, hay muchos inconvenientes en el uso de estas membranas. En primer lugar, las membranas sintéticas tienen una menor concentración de proteínas en comparación con las biomembranas. Además, es difícil modelar las interacciones de membrana-citoesqueleto que están presentes en biomembranas. Otros obstáculos son la falta de recursos naturales asimetría y la imposibilidad de estudiar las membranas en condiciones de no equilibrio. A pesar de esto, la microscopía de fluorescencia se utiliza extensamente en el campo. Por ejemplo, fluoróforos conjugados con la toxina del cólera subunidad B, que se une al componente de balsa gangliósido GM1 se utilizan ampliamente. También se utilizan tintes membrana lipófilos que cualquiera de las particiones entre balsas y la membrana mayor, o cambiar sus propiedades fluorescentes en respuesta a la fase de membrana. Laurdan es uno de los principales ejemplos de tales un colorante. Las balsas también pueden ser etiquetados por la expresión genética de las proteínas de fusión fluorescentes tales como Lck-GFP.

La manipulación de colesterol es una de las técnicas más ampliamente utilizadas para el estudio de las balsas de lípidos. El secuestro, el agotamiento y la eliminación y la inhibición de la síntesis de colesterol son formas de colesterol son manipulados en los estudios de lípidos balsa. Estos estudios permiten las observaciones de los efectos sobre la señalización de neurotransmisores en la reducción de los niveles de colesterol.

Sharma y sus colegas utilizaron la combinación de imágenes de alta resolución y modelos matemáticos para dar la idea de que las proteínas de la balsa se organizan en nanoclusters de alta densidad con radios que van más de 5-20 nm. Usando las mediciones de fluorescencia de transferencia de energía de resonancia entre las mismas sondas, Sharma y sus colegas informaron de que una fracción de las proteínas ancladas a GPI se organizan en grupos de alta densidad de radio de 4-5 nm, cada uno que consta de unas pocas moléculas y las diferentes proteínas ancladas a GPI. Para combatir los problemas de pequeño tamaño y carácter dinámico, sola partícula y el seguimiento molécula, usando cámaras CCD sensibles enfriados y microscopía de reflexión total interna está llegando a la fama. Esto permite que la información de la difusividad de las partículas en la membrana que se extrae así como corrales de membrana reveladores, las barreras y los sitios de confinamiento.

Otras técnicas ópticas son también utilizados: correlación de fluorescencia y espectroscopia de correlación cruzada se pueden utilizar para obtener información de la movilidad fluoróforo en la membrana, la transferencia de energía de resonancia de fluorescencia se puede detectar cuando fluoróforos están en estrecha proximidad y técnicas de las pinzas ópticas pueden dar información sobre la viscosidad de la membrana.

También se utilizan microscopía de fuerza atómica, microscopía de conductancia iónica, interferometría de doble polarización, la resonancia magnética nuclear a pesar de microscopía de fluorescencia sigue siendo la técnica dominante. En el futuro se espera que super-resolución de la microscopía, tales como el agotamiento de emisión estimulada o diversas formas de microscopía de iluminación estructurada puede superar los problemas impuestos por el límite de difracción.

Otras técnicas utilizadas en el análisis de las balsas de lípidos incluyen ELISA, Western Blot, y FACS.

La controversia sobre las balsas lipídicas

El papel de las balsas en la señalización celular, el tráfico, y la estructura aún tiene que ser determinada a pesar de muchos experimentos que implican varios métodos diferentes, y su existencia es controvertido a pesar de todo lo anterior.

Argumentos en contra de la existencia de las balsas de lípidos se incluyen los siguientes:

• En primer lugar, una tensión de línea debe existir entre el La y fases Lo. Esta línea se ha visto en las membranas modelo, pero no se ha observado fácilmente en sistemas celulares.

• En segundo lugar, no existe un consenso en el tamaño de balsa lipídica, que se ha informado en cualquier lugar entre 1 y 1000 nanómetros.

• En tercer lugar, la escala de tiempo de lípidos balsa existencia es desconocida. Si existen balsas de lípidos, que sólo pueden ocurrir en una escala de tiempo que es irrelevante para los procesos biológicos.

• En cuarto lugar, toda la membrana puede existir en la fase de Mín.

Una primera refutación a este punto sugiere que la fase Mín de las balsas está más firmemente compactado debido a la unión de hidrógeno intermolecular entre exhibido esfingolípidos y colesterol que no se ve en otros lugares.

Una segunda pregunta argumento de la eficacia del diseño experimental que interrumpir las balsas lipídicas. Pike y Miller discuten los posibles peligros de la utilización de agotamiento de colesterol para determinar la función de lípidos balsa. Señalaron que la mayoría de los investigadores estaban usando métodos agudos de agotamiento de colesterol, lo que altera las balsas, pero también perturban otro lípido conocido como PIP2. PIP2 juega un papel importante en la regulación del citoesqueleto de las células, e interrumpiendo PIP2 causas muchos de los mismos resultados que este tipo de agotamiento de colesterol, incluyendo la difusión lateral de las proteínas en la membrana. Debido a que los métodos interrumpen ambas balsas y PIP2, Kwik et al. llegó a la conclusión de que la pérdida de una función celular particular, después de la depleción de colesterol no necesariamente puede atribuirse únicamente a la interrupción de lípidos balsa, como otros procesos independiente de las balsas también pueden verse afectadas. Por último, aunque se cree que las balsas lipídicas estar conectado de alguna manera a las proteínas, Edidin argumenta que las proteínas atraen a los lípidos en la balsa por la interacción de las proteínas con las cadenas de acilo de los lípidos, y no al revés.