MADRID, 29 Jul. (EUROPA PRESS) -
Las membranas celulares desempeñan un papel crucial en el mantenimiento de la integridad y la funcionalidad de las células. Sin embargo, los mecanismos por los que desempeñan estas funciones aún no se comprenden por completo. Ahora, científicos de la Universidad de Ginebra en Suiza (UNIGE), en colaboración con el Instituto de Biología Estructural de Grenoble (IBS) en Francia y la Universidad de Friburgo (UNIFR) en Alemania, han utilizado la criomicroscopía electrónica para observar cómo los lípidos y las proteínas de la membrana plasmática interactúan y reaccionan al estrés mecánico.
Este trabajo muestra que, dependiendo de las condiciones, pequeñas regiones de la membrana pueden estabilizar varios lípidos para desencadenar respuestas celulares específicas. Estos descubrimientos, publicados en la revista Nature , confirman la existencia de dominios lipídicos bien organizados y comienzan a revelar el papel que desempeñan en la supervivencia celular.
Las células están rodeadas por una membrana (la membrana plasmática) que actúa como barrera física, pero que también debe ser maleable. Estas propiedades se deben a los componentes que constituyen las membranas (lípidos y proteínas), cuya organización molecular varía según el entorno externo. Este dinamismo es fundamental para el funcionamiento de la membrana, pero debe equilibrarse con precisión para garantizar que la membrana no se vuelva ni demasiado tensa ni demasiado blanda. Se cree que la forma en que las células detectan los cambios en las propiedades biofísicas de la membrana plasmática implica la presencia de microrregiones en la membrana (conocidas como microdominios), que se supone que poseen un contenido y una organización específicos de lípidos y proteínas.
El equipo dirigido por Robbie Loewith, profesor titular del Departamento de Biología Molecular y Celular de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, está interesado en cómo los componentes de la membrana plasmática interactúan entre sí para garantizar que las propiedades biofísicas generales de la membrana permanezcan optimizadas para el crecimiento y la supervivencia celular.
"Hasta ahora, las técnicas disponibles no nos permitían estudiar los lípidos en su entorno natural dentro de las membranas. Gracias al Centro de Imagen Dubochet (DCI) de las Universidades de Ginebra, Lausana, Berna y EPFL, hemos podido afrontar este reto utilizando la criomicroscopía electrónica", explica Robbie Loewith. Esta técnica permite congelar las muestras a -200 °C para retener las membranas en su estado nativo, que luego se pueden observar con un microscopio electrónico.
Los científicos utilizaron levadura de panadería ('Saccharomyces cerevisiae'), un organismo modelo que se utiliza en muchos laboratorios de investigación porque es muy fácil de cultivar y manipular genéticamente. Además, la mayoría de sus procesos celulares fundamentales reflejan los de los organismos superiores. Este estudio se centró en un microdominio de membrana específico, rodeado por una capa de proteínas conocida como eisosomas. Se cree que estas estructuras son capaces de secuestrar o liberar proteínas y lípidos para ayudar a las células a resistir y/o señalar daños a la membrana, utilizando procesos que antes se desconocían.
"Por primera vez hemos conseguido purificar y observar eisosomas que contienen lípidos de la membrana plasmática en su estado nativo. Se trata de un verdadero avance en nuestra comprensión de su funcionamiento", explica Markku Hakala, estudiante de posdoctorado en el Departamento de Bioquímica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y coautor del estudio.
Mediante criomicroscopía electrónica, los científicos observaron que la organización lipídica de estos microdominios se altera en respuesta a estímulos mecánicos. "Descubrimos que cuando se estira la red proteica de los eisosomas, se altera la compleja disposición de los lípidos en los microdominios. Esta reorganización de los lípidos probablemente permite la liberación de moléculas de señalización secuestradas para activar mecanismos de adaptación al estrés. Nuestro estudio revela un mecanismo molecular por el cual el estrés mecánico puede convertirse en señalización bioquímica a través de interacciones proteína-lípido con un detalle sin precedentes", afirma entusiasmada Jennifer Kefauver, investigadora postdoctoral en el Departamento de Biología Molecular y Celular y primera autora del estudio.
Este trabajo abre muchas nuevas vías para el estudio del papel primordial de la compartimentación de la membrana, es decir, el movimiento de proteínas y lípidos dentro de las membranas para formar subcompartimentos conocidos como microdominios. Este mecanismo permite a las células realizar funciones bioquímicas especializadas, en particular la activación de vías de comunicación celular en respuesta a los diversos tipos de estrés a los que pueden estar expuestas.
