Onderzoek uitgevoerd door Toyohashi University of Technology in samenwerking met Tohoku University heeft het fusieproces van proteoliposomen met een kunstmatige lipidedubbellaag en het mechanisme achter dit proces opgehelderd. In aanvulling, de onderzoekers ontdekten ook dat de domeinen die uit alle celmembraancomponenten bestaan, bestaan ​​als "eilanden" geïsoleerd van het kunstmatige membraan. Deze bevindingen zullen leiden tot een beter begrip van de functies van membraaneiwitten, die een belangrijk doelwit vormen voor de ontwikkeling van geneesmiddelen, evenals de ontwikkeling van experimentele technieken. De resultaten van dit onderzoek zijn gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten op 20 dec. 2017.

Alle uitwisselingen van materialen, signalen, en energie in en uit cellen om biologische activiteit te behouden, wordt uitgevoerd door membraaneiwitten en lipiden op het celmembraan. Aangezien deze processen een sterke invloed hebben op de neurotransmissie en het metabolisme, ze zijn belangrijke onderzoeksdoelen op het gebied van biologie, medicijnontwikkeling en medicijnontwikkeling. Componenten van het celmembraan inclusief membraaneiwitten en lipiden zijn over het algemeen afgeleid van gekweekte cellen, en sferische structuren van lipide dubbellaagse membranen met inbegrip van deze afgeleide eiwitten worden proteoliposomen genoemd.

Omdat membraaneiwitten hun structuur en functies behouden door in een lipidedubbellaag te blijven, kunstmatige lipidedubbellagen worden vaak gebruikt voor het meten van de functies van membraaneiwitten zonder hun activiteit te beïnvloeden. Na de fusie van proteoliposomen met een kunstmatige lipidedubbellaag, de celmembraanomgeving moet behouden blijven; experimentele omstandigheden voor deze fusie zijn afgeleid door verzameld empirisch bewijs.

De onderzoeksgroep onder leiding van Ryugo Tero, universitair hoofddocent aan Toyohashi University of Technology in samenwerking met Tohoku University, ontdekte dat "eilanden" gemaakt van celmembraancomponenten groeien in een kunstmatige lipidedubbellaag door observatie van de fusie van proteoliposomen afgeleid van gekweekte cellen met een kunstmatige lipidedubbellaag. Verder, ze ontdekten ook dat de kunstmatige lipidedubbellaag en proteoliposomen niet mengen, en dat membraaneiwitten en lipiden in het celmembraan geïsoleerde domeinen vormden weg van de kunstmatige lipidedubbellaag. De grootte en verdeling van deze "eilanden" bleken afhankelijk te zijn van het type cellen waarvan de proteoliposomen waren afgeleid. In aanvulling, ze verduidelijkten ook dat microdomeinen (domeinen met een specifieke samenstelling van lipiden) dienen als een specifieke plaats voor de fusie van proteoliposomen.

Universitair hoofddocent Ryugo Tero zegt:"We waren zeer verrast toen we de verspreiding zagen van donkere eilanden gemaakt van celmembraancomponenten in een zee van de heldere kunstmatige lipidedubbellaag gelabeld met fluorescentie. De fosfatidylcholine, fosfatidylethanolamine en cholesterol die in dit onderzoek zijn gebruikt om de kunstmatige lipidedubbellaag te maken, zijn belangrijke componenten in het celmembraan. Hoewel proteoliposomen ook dezelfde lipidecomponenten bevatten, het was heel vreemd om te ontdekken dat ze niet met elkaar vermengden. Dit resultaat biedt zeer waardevolle informatie omdat de celmembraancomponenten niet in de omgeving worden gemengd en verspreid, maar vormen clusters in de kunstmatige lipidedubbellaag. Door gebruik te maken van deze experimentele techniek, bijvoorbeeld, we konden ook het fenomeen van collaboratieve interactie tussen meerdere eiwitten en lipiden in het celmembraan waarnemen."

Professor Ayumi Hirano-Iwata van de Tohoku University zegt:"In onze studie van ionenkanalen, de belangrijkste factor die het succespercentage van metingen beïnvloedt, is of proteoliposomen fuseren met een kunstmatige lipidedubbellaag of niet. Elke keer dat we het type cellen of membraaneiwitten veranderden, waren we op zoek naar de juiste experimentele omstandigheden. Door het membraanfusieproces en het mechanisme ervan te begrijpen, zoals verduidelijkt door deze studie, de efficiëntie van onze experimenten zal sterk worden verbeterd."

De onderzoeksgroep is van mening dat het fusieproces van proteoliposomen en het mechanisme dat door dit onderzoek wordt opgehelderd, het onderzoek naar ionkanalen en membraaneiwitten, die belangrijke doelen zijn voor de ontwikkeling van geneesmiddelen, zal versnellen. In aanvulling, de "eilanden" gemaakt van celmembraancomponenten zullen nuttige informatie opleveren voor het begrijpen van complexe biologische reacties waarbij meerdere eiwitten en lipiden betrokken zijn, evenals voor de ontwikkeling van high-throughput membraaneiwitscreeningtechnologie.