Dinámico, aunque estructurado: La membrana celular de tres décadas después de que el modelo de Singer-Nicolson

El modelo de membrana mosaico fluido demostró ser una hipótesis muy útil para explicar muchos, pero ciertamente no todos, los fenómenos que tienen lugar en las membranas biológicas. Nuevos datos experimentales muestran que la compartimentación de componentes de la membrana puede ser tan importante para la transducción de señal efectiva como es la fluidez de la membrana. En este trabajo, queremos rendir homenaje al modelo de Singer-Nicolson, que está cerca de su 30 º aniversario, en honor a sus características básicas, mosaicismo'''' y'' difusión'', que predice el interspersion de las proteínas y los lípidos y su capacidad para someterse reordenamiento dinámico mediante el movimiento browniano. Al mismo tiempo, se proponen modificaciones basadas en los datos cuantitativos, destacando la frecuencia predestinada genéticamente, pero flexible, estructura multinivel implementación de un gran complejidad de las funciones celulares. Este nuevo'' dinámicamente estructurado mosaico modelo'' tiene las siguientes características: el énfasis se desplaza de fluidez al mosaicismo, que, en nuestra interpretación, significa que los patrones no aleatorios codistribución de tipos específicos de proteínas de membrana que forman racimos pequeña escala a nivel molecular y en gran escala clusters (grupos de racimos, islas) a nivel submicrométrico. Las fuerzas de cohesión, que mantienen estos conjuntos como elementos principales de las membranas, se originan desde dentro de una estructura de microdominio, donde lípido-lípido, proteína-proteína, y las interacciones proteína-lípido, así como sub-y supramembrane (matriz de citoesqueleto, extracelular, otros) efectores celulares, muchos de ellos predestinados genéticamente, desempeñan papeles igualmente importantes. El concepto de la fluidez en el modelo original ahora se interpreta como la permisividad de la arquitectura de continua, la reestructuración dinámica de los grupos moleculares-y higherlevel de acuerdo con las necesidades de la célula y como evocado por el medio ambiente.

Dogmas científicos, permiten modelos solos, rara vez sobreviven más de un cuarto de siglo sin modificaciones significativas. Alrededor de su 30 aniversario, el tiempo parece estar madura para, al menos, un modesto modificación de un viejo paradigma. El modelo de membrana mosaico fluido Singer-Nicolson (modelo SN) (1) predice la libertad lateral y de rotación y la distribución aleatoria de los componentes moleculares en la membrana. Las membranas habían sido considerados por el modelo SN como'' una solución orientada bidimensional de proteínas integrales. . . en la bicapa de fosfolípido viscosa'' (1-3). Ahora se sabe, sin embargo, que esta libertad de la proteína (y de lípidos) la movilidad está lejos de ser sin restricciones. Uno de los primeros indicios de una distribución no aleatoria de proteínas fue proporcionada por el descubrimiento de cocapping (4). La evidencia emergente sobre jerárquicamente construidas complejos de proteínas supramoleculares (5-7) obstaculizada la difusión de las proteínas en la membrana (8-10), y la existencia de distintos dominios de la membrana denominadas balsas'''' (11) también contradice el modelo SN. (2) han señalado acertadamente, "La mayoría de las proteínas de membrana no gozan de la difusión lateral continuo y sin restricciones. . . . En su lugar, las proteínas se difunden de una forma más complicada que indica una heterogeneidad considerable en la estructura de la membrana lateral, al menos en una escala nanométrica.'' La gran variedad de especies moleculares de fosfolípidos, las diferencias en sus formas moleculares y propiedades físicas, y su distribución asimétrica en la bicapa de la membrana, indican una heterogeneidad molecular y la posible formación de microdominios de membrana (12).

Móvil Metodología Biológica y Biofísica Molecular Avanzada Proporciona datos cuantitativos sobre la organización estática y dinámica de las membranas dinámica de la membrana

es decir, la movilidad en constante cambio y las relaciones de proximidad de las moléculas de lípidos y proteínas en la membrana plasmática, tienen un impacto significativo en los procesos celulares esenciales, tales como la activación, el reconocimiento de ligando-receptor, la presentación de antígeno, las interacciones intercelulares (por ejemplo, entre el objetivo y las células asesinas), etc mediciones cuantitativas de la dinámica de la membrana son posibles con la recuperación de la fluorescencia después de photobleaching (13, 14), técnicas de rastreo de partícula individual (8 , 15, 16), y las trampas ópticas por pinzas láser (13, 17, 18). Espectroscopia de correlación de fluorescencia, un método con la tradición en el estudio de la cinética de la reacción y las interacciones moleculares en solución (19, 20), también se ha aplicado al estudio de los sistemas celulares recientemente (21, 22). El método permite la determinación de la concentración absoluta molecular, la movilidad y comobility en pequeños elementos, confocal de volumen de células vivas (23). Microscopía de escaneo láser confocal (24) en el borde de sus límites de resolución resultó ser exitosa en la determinación de la distribución desigual de la superficie celular de diversos antígenos. La microscopía de barrido óptico de campo cercano (NSOM), un método ideal para evaluar la localización de las proteínas de membrana en la resolución de varias decenas de nanómetros, también ha ido ganando espacio en la investigación de la membrana citoplasmática (25-28), aunque, como Edidin (29 ) señala,'' mientras NSOM promete mucho, su aplicación a la biología es acerca de dónde microscopía electrónica de hace 40 o 50 años''. Estas metodologías apoyadas por procesamiento digital de imágenes añaden información valiosa a los datos dinámicos sobre la distribución espacial y compartimentación de constituyentes de la membrana. En general, estos enfoques proporcionan pruebas de la distribución de dominio-como de los lípidos y las proteínas en las membranas biológicas (17, 30, 31).

Las restricciones en la movilidad lateral de ambos lípidos y proteínas componentes fueron estudiados ampliamente por el uso de la fluorescencerecovery-después de photobleaching técnica, la medición de la difusión de componentes de la membrana de las zonas marcadas con fluorescencia nonbleached en un pequeño punto, blanqueada.

Parámetros de la difusión lateral de moléculas de MHC (9) eran altamente dependiente del tamaño de la blanqueada in situ. Debido a que se espera que la tasa de difusión en una bicapa lipídica que ser independiente de este tamaño, una explicación plausible es la estructura de dominios de tipo mosaico de las membranas biológicas que limitan el camino libre de obstáculos de las proteínas y puede ser en parte responsable de los arreglos de clúster de membrana proteínas.

 Figura 1. Las proteínas experimentan diferentes tipos de restricciones a la difusión traslacional en la membrana plasmática. La vista de la membrana se muestra desde abajo. A, proteínas que muestran una acumulación preferencial en microdominios lípidos pueden ser confinados a la zona de la microdominio si la energía de activación de pasar el dominio de barrera es mayor que la energía

cinética de la proteína. La medida en que pasar una barrera dominio se prohíbe, se determina por la preferencia de la proteína para el medio ambiente de lípidos: si la proteína interactúa preferentemente con avidez y con los lípidos de la microdominio, puede ser reacios a dejar. B y C, El citoesqueleto es también importante en la restricción de la libre, la difusión lateral de proteínas de membrana. Las proteínas cuyo dominio intracelular está siempre son incapaces de pasar a través de una valla compuesta por afilament del citoesqueleto (B), mientras que las proteínas con un dominio intracelular corta son libres de moverse a través de dicha guía (C). D, asociaciones de proteínas experimentan fuerza más viscoso, por lo tanto, su velocidad de difusión traslacional es generalmente más pequeño que el de las proteínas monoméricas.

Seguimiento individual-partícula sigue el pie'''' al azar de una partícula de oro fijado a una proteína de la superficie celular. Para el receptor de la transferrina y E-cadherina, se determinó un paso sin barrera de 400 nm (8), mientras que para la clase mutante de tipo salvaje y cytoplasmatically truncada I MHC, se midieron 600 y 1700 nm, respectivamente (13), lo que indica que , para las proteínas membranespanning, el camino libre de obstáculos está en el mismo rango y que las barreras a la libre'''' difusión están presentes 2-3 nmbelow la bicapa de la membrana. Como se muestra en la figura. 1, elementos del citoesqueleto y moléculas intracytosolic con conexiones funcionales a los receptores de cellsurface tienen la capacidad, bien sea para reducir la velocidad o parar completamente el movimiento lateral de las proteínas transmembrana.

La transferencia de energía de resonancia fluorescente (FRET) Destacados asociaciones a escala nanométrica en la membrana celular

Se ha sugerido que las proteínas de membrana se pueden codistribuidas no aleatoria, y sin embargo, este patrón no aleatorio codistribución dinámico incluso puede ser controlada genéticamente (32-35). Esta hipótesis ha sido apoyada por una cantidad significativa de datos experimentales (36, 37). Un activo importante en el estudio de estas codistributions fue la aplicación de FRET a los sistemas celulares. En FRET, un colorante fluorescente excitado (donante) dona energía a un colorante aceptor si la distancia de separación entre ellos es 1-10 nm. En la década de 1970, las lectinas de la superficie celular fueron los primeros en ser investigado por FRET (38, 39). Desde principios de la década de 1980, la adquisición de datos más sistemática y mejor establecido y los métodos de evaluación de FRET se introdujeron en citometría de flujo (35, 40). Un método cuantitativo se introdujo en microscopía de fluorescencia digital que explota las diferencias en la cinética de fotoblanqueo de tintes donantes en presencia y ausencia de aceptores (36, 41). Recientemente, un nuevo método, basado en sistemática normalizada y mediciones de FRET entre pares de receptores individuales produciendo un mapa del receptor por triangulación, se ha introducido para describir la topología exacta de dos dimensiones de grupos de receptores (7, 37). El homo-y heteroassociations de MHC de clase I y II (42), el receptor de IL-2 de la subunidad y la molécula de adhesión intercelular 1 (43-45), las moléculas de MHC y receptores de transferrina (46), antígenos CD4 y CD8 (47, 48 ), el receptor de antígeno de células T (TCR) complejo CD3 (49), las moléculas de tetraspan (CD53, CD81, CD82) y CD20 con MHC de clase I y clase II (50), las tres subunidades del receptor de múltiples subunidades de IL-2 (37), el receptor de factor de necrosis tumoral (51), Fas (CD95;. ref 52), y muchos otros han sido analizados en detalle. Se encontraron muchos receptores para ser premontados sin oligómeros de unión de ligandos, incluyendo los receptores

del factor de necrosis tumoral, Fas, y TCR. Resultados para el receptor de IL-2 indicaron que sus subunidades están preensamblados en T células y no requieren la agregación inducida por citoquinas. Esta colocalización fue significativamente modulada por la unión de las normas internacionales pertinentes. Además, hay evidencia de que la IL-15 receptor de la subunidad, que comparte las subunidades - y-con IL-2R, también pueden formar estructuras supramoleculares premontado con IL-2R y el común'''' de cadena (53-55 ). Estos datos (37) han cuestionado el paradigma aplicado con frecuencia que los receptores de múltiples subunidades se ensamblan bajo la influencia de sus ligandos específicos y apoyan un modelo alternativo en el que grupos de receptores premontados facilitar respuestas biológicas más rápido y más fuerte, porque no hay necesidad de que la difusión lateral de los receptores a asociarse.

Microscopía Electrónica y microscopía de barrido-Force revelan Clusters submicrometer de receptores de membrana

FRET mediciones detectar asociaciones moleculares en el 1 - a la gama de 10 nm. Aplicación combinada de electrones y microscopía scanningforce hizo posible el descubrimiento de un nuevo y más alto nivel jerárquico de la agrupación de receptores en las células linfoides (36). La distribución de etiquetas Inmunoelectrónica unidos a receptores mostró un patrón no aleatorio, que difiere de la distribución de Poisson asumido para las moléculas dispersas al azar. El método también se utiliza en condiciones cercanas a las fisiológicas, donde se detectaron las partículas de oro con el análisis en microscopía de fuerza mediante el modo tapping en muestras hidratadas (36). La observación de que los islotes de escala nanométrica de las moléculas MHC de clase I en la membrana celular se organizan en tamaño micrométrico grupos de islas'''' se extendió a MHC de clase II (56) y a la IL-2 del receptor de la subunidad y el receptor de transferrina (24). La aplicación secuencial de etiquetas de oro de diferentes tamaños dirigidos a las clases de MHC I y II también reveló que sucesivamente positivo FRET datos no significa necesariamente que cada receptor era homo-o heteroassociated en una población grande. El grado de asociación de MHC de clase II de MHC de clase I fue del 66%, pero sólo el 25% de las moléculas MHC de clase I se encontraban en las proximidades molecular de MHC de clase II (56). Además de establecer la distribución no aleatoria de los receptores, inmunomarcaje preveía también la estimación del tamaño medio de los grupos moleculares de orden superior (o grupos de islas) (24). Estos estaban en el rango de 400-800 nm para diversos receptores, en buena correlación con los caminos de medios libres de barreras informó anteriormente (8, 13). Microscopía confocal de escaneo láser de las células marcadas con fluorescencia, en vivo, y fija seguida de reconstrucción de la superficie y el análisis de autocorrelación espacial confirmó la existencia de tales grupos de receptores con tamaños esencialmente igual a la deducida a partir de microscopía electrónica (24).

Las balsas de lípidos: el equivalente funcional de las Islas del receptor?

Numerosos estudios dirigidos a la membrana plasmática han proporcionado evidencia de la existencia de distintos dominios en el rango submicrónico (24-26, 36, 56-60). Paralelamente a estas observaciones, el término'' balsas de lípidos'' fue acuñado en base a estudios de la polaridad celular epitelial y ganó gran popularidad en los últimos años (11). El análisis bioquímico sugirió que las balsas consisten en colesterol y esfingolípidos en el folleto exoplasmic de la bicapa de lípidos y el colesterol y los fosfolípidos con ácidos grasos saturados en el prospecto endoplásmico (61). Están rodeados de dominios de membrana más fluidas, que son abundantes en ácidos grasos insaturados (62). Se detectaron fosfatidilcolinas poliinsaturados y

fosfatidiletanolaminas (63) incluyendo plasmalógenos etanolamina en balsas por ionización por electrospray cuantitativa y espectrometría de masas (64), lo que probablemente refleja un mecanismo de regulación que compensa el efecto de rigidización de colesterol (63). Además, fosfatidiletanolaminas 18:01 y 22:06 y plasmalógenos etanolamina son propensos a formar fases nonbilayer (65, 66), y la asociación de las proteínas solubles (tales como las proteínas G) a las membranas depende de la propensión de las zonas hexagonal de fase inversa (67). Esta observación pone de relieve el posible papel de las balsas lipídicas en la señal- procesos de transducción. Aislamiento de las balsas de lípidos como dominios de membrana resistentes a detergentes, seguido por transferencia Western, indicaron que las balsas de hecho son concentradores eficiente de varias proteínas, muchos de ellos activo en la señalización celular. Entre éstos se encontraban glicosilfosfatidilinositol proteínas ancladas (68), proteínas y colesterol vinculados palmitoylated como Erizo (69), quinasas de la familia Src y subunidades de proteínas G heterotrimeric (70), receptores de citoquinas (71), y las integrinas (72) . La cuestión es cómo estos dominios de la membrana, detergentresistant identificadas bioquímicamente corresponden al confinamiento observado de proteínas de membrana. Como Jacobson y Dietrich (73) señalaron''. . . la naturaleza de la correlación in vivo de tales membranas resistentes a detergentes sigue siendo enigmática. En principio, la microscopía debe ser capaz de determinar si existen las balsas postuladas.'' Recientemente, se ha demostrado que los equivalentes de hecho microscópicas de balsas, o, más bien, los agregados de las balsas, se pueden detectar mediante el uso de microscopía confocal de alta resolución y que su desmontaje por el agotamiento o en la formación de complejos in situ de colesterol no sólo destruye su morfología (24) pero también deteriora sus capacidades de señalización, por ejemplo, en las células T, que impide la fosforilación de STAT3 y STAT5 a través del receptor de IL-2 (71). Basado en la idea de que las balsas son esencialmente unidades de membrana formados a partir de la fusión de vesículas de transporte a la membrana, se esperaría que su tamaño sea muy pequeño (59). En fotónicos experimentos microscópicas de fuerza, se determinó que el tamaño de balsa es 50 nm de diámetro (74), que representa a 3.500 moléculas de esfingolípidos. Esto indica que los parches de membrana observadas en microscopía de fluorescencia, teniendo marcador de proteínas o lípidos balsa y, probablemente, son agregados de estos bloques de construcción básicos. En algunos casos, estos agregados de mayor tamaño no se observan en las células en reposo (75, 76) y sólo se pueden ver durante la reticulación de las balsas de la unidad (75''''). En otros casos, las células presentes en sus parches de superficie estado nativo de tamaño submicrométrico, identificables como balsas en función de su composición (24, 77).

Las balsas son estructuras dinámicas reconfigurado como función requiere

Hace unos años, se sabía muy poco acerca de la estabilidad y la vida útil de las balsas lipídicas en las células vivas. Parece ahora que, en comparación con la naturaleza relativamente estable de fases en bicapas artificiales, balsas de lípidos en las células son relativamente de corta duración. Como señala Edidin fuera en una revisión reciente (78),''. . . dominios están ahora cree que son más pequeños y menos estable, entonces estaban en 1992'' sondas de lípidos con cadenas saturadas gastan en promedio 13 ms en un dominio (79);. la vida media de dominios estables se encontró que en la escala de decenas de segundos (10). Mediciones EPR Pulsada indican un tipo de cambio muy rápido entre los dominios ricos en proteínas y el volumen de la membrana, alcanzando tiempos de residencia tan bajo como 15 s (80). Esta posibilidad de cambiar rápidamente la composición y la ubicación en la membrana, así como la capacidad para formar agregados de diferentes tamaños, fácilmente puede dar cuenta de las balsas de lípidos papel regulador dinámicos jugar en diversos

procesos de señalización. Tal función se ha establecido para las quinasas de tirosina del receptor (27) y para los receptores inmunes tales como el TCR (81) y el receptor de IgE (82, 83). El primer paso en la señalización inmunoreceptor está representado por la agregación del receptor dependiente de ligando, seguido por la fosforilación del receptor de tirosina quinasas de la familia Src. Las balsas de lípidos se han identificado como plataformas en el que las moléculas de transducción de señales pueden interactuar con los inmunoreceptores agregados. Receptores de reconocimiento inmunitario multicatenario tales como TCR (84) y Fc RI (83) utilizan mecanismos comunes por los que las balsas de lípidos ayudan en la iniciación de la señalización. El inicio de la activación de células T se asocia con la formación de la sinapsis llamada'''' inmunológica (85) entre las células T y las células que se están reconociendo. Esta sinapsis comienza con la primera agrupación de los receptores y promueve la acumulación centralizada de los TCR que se ha denominado el complejo de activación supramolecular centro' on un anillo periférico correspondiente, que consiste en linfocitos antígeno asociado a la función 1 (LFA-1) ligandos (86). Los componentes de la superficie de células presentadoras de antígeno también son parte integral de estos grupos; complejos de MHC-péptido se encuentran en el complejo central de activación supramolecular, mientras que la molécula de adhesión intercelular 1, el contrarreceptor LFA-1, se concentra en el complejo de activación supramolecular periférica. Inicialmente, los TCR no están necesariamente comprometidos en el centro, pero como la interacción célula-célula se desarrolla, que se translocan desde la periferia hacia el centro de la sinapsis (87, 88). De acuerdo con el modelo de desencadenamiento en serie, de esta manera, muy pocas moléculas de MHC presentadoras de péptido pueden activar un gran número de TCR (89). Parece importante en términos de la interacción que palmitoilación de las cisteínas membraneproximal de CD4 y la asociación de Lck con CD4 contribuye al enriquecimiento de las células CD4 en las balsas de lípidos (90) y que, por otra parte, los canales de K también residen en balsas en la proximidad molecular de TCR (91). La estructura del contacto celular CTL-objetivo es similar a la observada entre células T y células antigenpresenting, un anillo de proteínas de adhesión que rodean el dominio molécula de señal interno. La secreción de gránulos líticos se produce en un dominio independiente dentro del anillo de adhesión (92). En cuanto a la coordinación espacio-temporal de la señalización por la alta afinidad para la IgE al receptor de Fc RI, balsas de lípidos primero se concentran proteínas quinasas Lyn excluyendo al mismo tiempo la Fc RI a partir de estos dominios. Al reticulación Fc RI por el antígeno, los receptores translocan rápidamente en las balsas de lípidos seguido de su fosforilación y la posterior reclutamiento de Syk y PLC en estos dominios (93). El último proceso también implica la acumulación de la actina del citoesqueleto a los dominios activos (82).

Un reciente intento de repetir el experimento clásico de Frye y Edidin (94) con las tecnologías actualmente disponibles proporcionado datos interesantes que subrayan el dinamismo de dominios de la membrana. Las células marcadas con diferentes anticuerpos fluorescentes se fusionaron entre sí. De exploración de campo cercano estudios microscópicos y FRET paralelo ópticos revelaron que entremezcla de grupos de proteínas micrometerscale empezó justo después de la fusión celular, pero no había un retraso de aproximadamente 20 minutos en el entremezclado de las asociaciones de proteínas a escala nanométrica (28), lo que indica claramente la jerarquía de las asociaciones de proteínas (fig. 2). Aunque estos experimentos corroboran la existencia de grupos de proteínas, que hacen hincapié en su dinamismo, que puede ser importante para la reorganización rápidamente las interacciones proteína.

Los factores estáticos y dinámicos Organización de dominios de la membrana

las fuerzas físicas y químicas que dan lugar a los dominios de la membrana son objeto de investigación intensiva (2, 57). Uno presume que varias limitaciones y las fuerzas intracelulares y extracelulares influyen en el tamaño y la distribución de estos grupos, siendo uno de ellos el contenido de colesterol de la área de la membrana en cuestión (11, 95), y el cambio de la composición de colesterol de la membrana de la célula altera la asociación patrón y las propiedades de señalización de diversas moléculas (71, 95). Recientemente, se propuso que los lípidos tienden a adoptar una distribución superred en bicapas de fosfolípidos y de distribución en estas estructuras mixtas de líquido se determina por la forma molecular y la carga del grupo de cabeza (96, 97). Estas estructuras superred no cubren toda la superficie de la membrana, sino que están en equilibrio dinámico con las áreas en las que los lípidos se distribuyen al azar. La presencia de proteínas puede modificar estas estructuras por el agotamiento o atraer ciertas especies de lípidos debido a las similitudes o diferencias en las formas moleculares. Sin embargo, el ácido graso y el grupo de cabeza polar composición de fosfolípidos (96), así como las transiciones termotrópicos y no lamelar lamelar-a-fase, se controlan con precisión de una manera que se alcanza la fluidez en general por debajo de la temperatura corporal. Arquitectura molecular de ciertos fosfolípidos (98) y la proporción de los lípidos formadores de nonbilayer (66) puede contribuir a este fenómeno. Sorprendentemente, la temperatura de transición líquido-ordenada-a líquido trastornos de fase de balsas adecuadas es 13-15C por encima (99) la transición principal.

. Figura 2. Dinámica de la relación jerárquica de las proteínas de membrana. Obtención de imágenes de racimos nanómetros y en proteínas de tamaño micrométrico dar una visión general de la asociación jerárquica de proteínas de membrana. Dos muestras de células previamente marcadas con diferentes anticuerpos fluorescentes (símbolos verde y rojo) se fusionaron. Las balsas de lípidos (círculos azules) son conocidos por acumular un conjunto específico de proteínas. Grupos de proteínas de tamaño micrométrico intercambiaron los componentes uno con el otro, pero este proceso respetados lípidos barreras microdominio: proteínas que se sabe que en diferentes microdominios de membrana nunca entremezclados unos con otros. Después también se llevó a cabo un período de latencia de 20 min, entremezclando de grupos de proteínas nanometersized. Sin embargo, este proceso no fue tan generalizado como el mestizaje de las agrupaciones de tamaño micrométrico, porque algunas proteínas (por ejemplo, MHCclass II) no mostraron una significativa capacidad de pasar de un clúster de nanómetros de tamaño a otro.

. Figura 3. Asociación de las proteínas puede ser inducida por la acumulación selectiva de las proteínas en microdominios lipídicos distintas (a) o por interacciones proteína-proteína específicas (b). (A) La membrana contiene microdominios lipídicos con composiciones lipídicas distintas. Estas áreas de membrana albergan diferentes conjuntos de proteínas. Moléculas de lípidos verdes acumulan preferentemente proteínas cuya transmembrana del dominio se muestra en las proteínas negro y también que se adjuntan a la valva extracelular de la membrana (proteínas ancladas a glicosilfosfatidilinositol). El mecanismo para la acumulación selectiva de las proteínas en un entorno de lípidos dado puede ser explicado por una preferencia de proteínas para el producto químico (hidrofobicidad) o propiedades físicas (grosor de la membrana, microviscosidad) de la microdominios lípidos. Asociaciones de proteínas de tamaño nanométrico se pueden considerar una interacción mediada por lípidos en este caso. (B) las interacciones proteína-proteína específicas mediadas por proteínas de transmembrana o ligandos de unión a ellos también pueden ser responsables de la generación de las asociaciones de proteínas.

temperatura de las membranas (100) debido a la colesterol alto y el contenido de esfingomielina. En condiciones patológicas, como enfermedades neurodegenerativas, este equilibrio se rompe. Las balsas de lípidos son a menudo vistos como estructuras procedentes exclusivamente de las interacciones lípido-lípido. Uno no debe, sin embargo, pasar por alto el hecho de que las proteínas y las interacciones proteína-lípidos podrían ser igualmente importante en la formación, el mantenimiento, y la dinámica de estos dominios. De hecho, uno puede imaginar la unidad básica de una balsa como una sola molécula de proteína rodeado por lípidos que son especialmente adecuados como su medio ambiente debido a la polaridad y la complementariedad estérica. Además de las investigaciones clásicos (101), donde se les dio predicciones muy precisas sobre las que abarcan la membrana-hélices, datos recientes también sugieren que la composición exacta y la naturaleza de las estructuras helicoidales influirán en gran medida de cómo y en qué entorno de fosfolípido esta cadena polipeptídica puede ser acogido, en todo caso (102). Esto por sí solo sería suficiente para dar cuenta de los patrones de proteínas en las membranas celulares que están predestinados genéticamente, como se ha predicho hace décadas (32). La estructura primaria y secundaria de las proteínas recién sintetizadas, junto con las capacidades de clasificación en el transporte vesicular, puede determinar fácilmente qué proteínas se pueden incrustar en un determinado entorno de lípidos y otras proteínas que serán sus vecinos inmediatos. Por ejemplo, se ha demostrado que el dominio transmembrana de CD40 (103) y la hemaglutinina de la gripe (104) determina su repartición en las balsas de lípidos. En una nota similar pero mirando el lado dinámico, los cambios en la estructura de las proteínas [un ejemplo más evidente de ser los que se producen después de su interacción con otras proteínas o los generados por los cambios en el potencial de membrana (105)], así como los cambios en la constitución o el espesor de las diversas regiones de lípidos, pueden causar fácilmente reorganización de los componentes de las balsas lipídicas de manera que la mejor estabilidad energética estérico se consigue de nuevo (106). La fuerza de la interacción entre las proteínas y su entorno inmediato de lípidos está bien caracterizado cuando las células linfoides con moléculas MHC marcadas se fusionan (28). Moléculas de MHC de clase II de las dos células no se entremezclan, incluso después de 80 minutos y mantuvieron su comportamiento

monomérico. Se propuso que el pequeño tamaño de la microdominio permitió una fuerte interacción con las partes tales que abarca la membrana de la molécula de proteína que las fuerzas de cohesión impide la fusión de estos microdominios. Curiosamente, las moléculas de clase II hicieron entremezclan con las moléculas de clase I de la otra célula. MHC de clase I probablemente fue acomodado en balsas más grandes, que podrían incorporar las pequeñas balsas de moléculas de clase II en su totalidad.

Como para el montaje y mantenimiento de grupos de proteínas, la maquinaria de reciclaje de internalización es un candidato importante fuerza'''': las proteínas son reclutados a los sitios de formación de endosomas, que da lugar a las asociaciones de proteínas (107, 108). Bonos SOS entre las proteínas integrales de membrana estaban implicados en el caso de los receptores activadores de células asesinas humanos expresados en la membrana plasmática de las células asesinas naturales como complejos multiméricos (109). Compartimentación ligados covalentemente, cadenas de acilo saturados en dominios de fase líquido-ordenados es probable que sea un mecanismo importante para dirigir proteínas a las balsas, mientras que las proteínas preniladas tienden a ser excluidos de allí (110). Por lo tanto, incluso sin las interacciones proteína-proteína directos, acumulación preferencial de ciertas proteínas en un dominio de lípidos puede inducir homoor heteroassociation así como la formación de grupos de proteínas de tamaño micrométrico (fig. 3).

Por qué necesitamos un nuevo paradigma?

iguientes: (i) patrones de codistribución no aleatorias de receptores en la membrana plasmática en los diferentes niveles jerárquicos, (ii) contactos moleculares quasipermanent a elementos del citoesqueleto y las moléculas de transducción de señales, (iii) mucho más corto paso sin barrera de lo esperado para la difusión sin restricciones; ( iv) la estructura del dominio de los componentes lípidos de las membranas tiene la capacidad para segregar o colocalize proteínas de la membrana; (v) la participación de las proteínas integrales de membrana en el mantenimiento de los dominios de la membrana sugiere que las proteínas son tan importantes como elementos estructurales como los lípidos, y (vi) reorganización dinámica de elementos proteicos en dominios de la membrana permite respuestas celulares simplificados y está restringido por la proteína-lípido e interacciones proteína-proteína. Por lo tanto, la aplicación directa del modelo de SN como marco de los acontecimientos es imposible sin la introducción de un nuevo concepto. Este nuevo concepto tiene los siguientes atributos destacando la colocalización, comobility y codistribución no aleatoria de un número significativo de moléculas de la superficie celular: (i) la movilidad de la superficie celular (transmembrana, glycosylphosphatidylinositolanchored, o cualquier otro tipo de) proteínas está restringida por la segregación lipiddomain y la longitud de la vía de difusión libre de cubierta sin toparse con límites; (ii) proteínas de la membrana pueden colocalize uno con el otro en el 1 - a escala de 10 nm de una manera homóloga o heteróloga, haciendo que el mosaicismo del modelo SN prevalente; (iii) un segundo nivel jerárquico de la agrupación de proteínas que van a varios cientos de nanómetros se puede observar para muchas proteínas de membrana, (iv) proteínas o proteínas grupos con frecuencia se alojan por balsas de lípidos organizados por interacciones débiles o fuertes más arriba, dentro, o por debajo de la membrana celular; (v) algunos tipos de receptores (por ejemplo, factor de necrosis tumoral y los receptores IL) están en una formación supramolecular premontado, incluso en ausencia de sus ligandos fisiológicos y pueden formar una formación más estrecha la unión del ligando; (vi) ligando-receptor evocados agregaciones (por ejemplo, familia de receptores de factor de crecimiento epidérmico) son claramente diferentes de oligómeros preformados, sin embargo, puede servir como igualmente importantes factores de amplificación de la señalización transmembrana; (vii) los microdominios más pequeñas pueden ser considerados módulos que se adaptan a

las proteínas de membrana ya sea solos o en oligómeros funcionales premontados a partir de subunidades, y estos pueden ser las unidades de construcción de dominios de señalización más grandes (tales como los formados en la sinapsis inmunológica); (viii) el-helicoidal que abarca la membrana partes de proteínas transmembrana se corresponden en longitud y forma por las cadenas laterales alifáticas de los lípidos que constituyen los dominios de la membrana que preferentemente se adaptan a ellos; (ix) la localización de las proteínas en diferentes regiones de lípidos de la membrana plasmática puede ser determinada genéticamente debido a que la secuencia de aminoácidos del dominio transmembrana y modificaciones covalentes dependientes de la secuencia, definir las posibles interacciones lípido-proteína específicas; (x) las proteínas son probablemente tener un papel igualmente importante en la determinación de los componentes, estructura y dinámica de los dominios de la membrana, (xi), mientras que las bicapas lipídicas artificiales tienden a formar espontáneamente estructuras segregadas, la dinámica y especificidad en la membrana celular de estar expresamente fijadas por la específica de la proteína-proteína y las interacciones proteína-lípido, así como la específica y sensible la naturaleza de los procesos de transporte vesicular regulada, y (xii) la identificación del origen y las características de microdominios y conjuntos de receptores en el mismo puede ayudarnos a entender el pasado inmediato y el futuro de las células, su estado de activación y reactividad. Estas señales pueden llevar a valores de diagnóstico, pronóstico, terapéutica o incluso si estos patrones no aleatorios receptores pueden estar vinculados a las enfermedades que afectan a los diferentes estados y o material genético alterado de la célula.

A la luz de los atributos anteriores, debemos entender que los detalles biológicos son mucho más complicados que el poder de resolución de un modelo simple, que describe el comportamiento generalizado y uniforme de las moléculas en la membrana. El modelo de SN es válido y libre difusión puede ocurrir dentro de las fronteras de dominio, donde las interacciones moleculares no interfieran. Esto significa que el énfasis debe desplazarse de la fluidez al mosaicismo del modelo SN. El mosaicismo puede restringir la difusión gratuita a través de una de las siguientes formas: (i) estructura de los lípidos de dominio, (ii) interacciones citosólicas citoesqueleto o de otro tipo, o (iii) homo-y heteroassociations con otras proteínas integrales. Estas interacciones tienen la capacidad de aumentar la vida útil de un encuentro intermolecular, lo que aumenta las posibilidades de interacciones bi-o multilateral, que a veces simplemente se llaman receptor de diafonía. Por lo tanto, la movilidad global de elementos moleculares de la membrana puede ser aceptada con las restricciones anteriores, por lo que la membrana una estructura fuertemente compartimentada, cuasi-bidimensional, que es más de tipo mosaico de fluido. En este plano bidimensional, la difusión, las fuerzas intermoleculares, el siempre cambiante potencial de membrana, y las influencias extracelulares puede generar de forma dinámica y destruir estructuras supramoleculares. Proponemos que este nuevo modelo de la membrana celular se llama el modelo de mosaico dinámico estructurado.

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