Cellen onder druk: hoe lipiden en eiwitten reageren op mechanische stress in membranen

AmsterdamWetenschappers van de Universiteit van Genève werken samen met het Institut de Biologie Structurale de Grenoble en de Universiteit van Fribourg aan inzicht in hoe cellen omgaan met fysieke stress. Met behulp van cryo-elektronenmicroscopie onderzochten ze hoe lipiden en eiwitten zich gedragen in het celmembraan onder mechanische druk. Dit onderzoek verduidelijkt hoe kleine gebieden van het membraan verschillende lipiden kunnen organiseren om specifieke reacties in cellen te activeren.

Het onderzoek richt zich op twee hoofdbestanddelen:

• Microdomeinen in membranen
• Het eiwitraamwerk van eisosomen

Celmembranen zijn cruciaal voor het behoud van de integriteit en goede werking van cellen. Tot voor kort was het mechanisme hiervan niet volledig bekend. Dit onderzoek biedt nieuwe inzichten. De plasmamembraan fungeert als een barrière maar moet ook flexibel zijn. Deze flexibiliteit wordt mogelijk gemaakt door de lipiden en eiwitten in de membraan. Hun rangschikking verandert afhankelijk van de externe omgeving, wat helpt om de spanning en losheid van de membraan in balans te houden.

Kleine delen van celmembranen, bekend als microdomeinen, bevatten specifieke lipiden en eiwitten. Deze gebieden zijn cruciaal voor het waarnemen van veranderingen in de fysieke eigenschappen van het celmembraan. Een onderzoeksteam onder leiding van Robbie Loewith van de Universiteit van Genève (UNIGE) gebruikte cryo-elektronenmicroscopie om deze interacties gedetailleerd te bestuderen. Deze techniek houdt in dat de monsters worden ingevroren bij -200°C, waardoor de membranen in hun natuurlijke staat blijven voor nadere inspectie.

De studie maakte gebruik van bakkersgist (Saccharomyces cerevisiae), omdat het gemakkelijk te kweken is, genetisch veranderd kan worden en veel celprocessen heeft die lijken op die van hogere organismen. Het onderzoek richtte zich op een specifiek gedeelte van het celmembraan dat ondersteund wordt door een eiwitmantel genaamd eisosomen.

Lees ook:

Vandaag · 03:39

De geheimen onder het oppervlak van Uranus en Neptunus onthuld: gelaagde mysteries ontdekt

Eisosomen helpen cellen om beschadiging aan hun membranen te verwerken. Het team is erin geslaagd om eisosomen zonder hun natuurlijke membraanlipiden te zuiveren en te bestuderen. Dit is een belangrijke stap vooruit in het begrijpen van de werking van deze structuren.

Wetenschappers ontdekten dat de rangschikking van lipiden in bepaalde gebieden verandert wanneer cellen onder mechanische stress staan. Wanneer de eiwitstructuur genaamd de eisosome zich uitstrekt, herschikken de lipiden zich en waarschijnlijk komen er signaalmoleculen vrij die de cel helpen zich aan te passen aan de stress. Dit proces verklaart hoe cellen fysieke stress omzetten in chemische signalen door de interactie tussen eiwitten en lipiden.

Deze bevindingen zijn van groot belang. Door te begrijpen hoe cellen mechanische stress waarnemen en erop reageren, kunnen we nieuwe methoden ontwikkelen om het overleven en de functie van cellen te verbeteren. Dit kan cruciaal zijn voor medisch onderzoek en het ontwikkelen van behandelingen voor ziekten die gerelateerd zijn aan hoe cellen met stress omgaan.

Deze studie introduceert nieuwe methoden om de organisatie van membranen te onderzoeken. Eiwitten en lipiden bewegen zich binnen membranen om kleine gebieden te vormen. Deze gebieden helpen cellen specifieke biochemische taken uit te voeren, vooral bij het activeren van communicatieroutes tijdens stress.