La investigación realizada por la Universidad Tecnológica de Toyohashi en colaboración con la Universidad de Tohoku esclareció el proceso de fusión de proteoliposomas con una bicapa lipídica artificial y el mecanismo detrás de este proceso. Además, los investigadores también descubrieron que los dominios compuestos por todos los componentes de la membrana celular existen como "islas" aisladas de la membrana artificial. Estos hallazgos conducirán a una mayor comprensión de las funciones de las proteínas de membrana, que son un objetivo importante del desarrollo de fármacos, así como el desarrollo de técnicas experimentales. Los resultados de esta investigación fueron publicados en Informes científicos el 20 de diciembre 2017.

Todos los intercambios de materiales, señales y la energía que entra y sale de las células para mantener la actividad biológica se realiza a través de proteínas de membrana y lípidos en la membrana celular. Dado que estos procesos tienen una fuerte influencia en la neurotransmisión y el metabolismo, son importantes objetivos de investigación en los campos de la biología, desarrollo de medicamentos y medicamentos. Los componentes de la membrana celular, incluidas las proteínas de la membrana y los lípidos, generalmente se derivan de células cultivadas, y las estructuras esféricas de las membranas bicapa lipídicas que incluyen estas proteínas derivadas se denominan proteoliposomas.

Debido a que las proteínas de membrana mantienen su estructura y funciones permaneciendo dentro de una bicapa lipídica, Las bicapas lipídicas artificiales se utilizan comúnmente para medir las funciones de las proteínas de membrana sin afectar su actividad. Después de la fusión de proteoliposomas con una bicapa lipídica artificial, se debe mantener el entorno de la membrana celular; Las condiciones experimentales para esta fusión se han derivado de la evidencia empírica acumulada.

El grupo de investigación dirigido por Ryugo Tero, profesor asociado de la Universidad de Tecnología de Toyohashi en colaboración con la Universidad de Tohoku, descubrió que las "islas" hechas de componentes de la membrana celular crecen dentro de una bicapa lipídica artificial mediante la observación de la fusión de proteoliposomas derivados de células cultivadas con una bicapa lipídica artificial. Es más, También encontraron que la bicapa lipídica artificial y los proteoliposomas no se mezclan, y que las proteínas de la membrana y los lípidos dentro de la membrana celular formaron dominios aislados alejados de la bicapa lipídica artificial. Se descubrió que el tamaño y la distribución de estas "islas" dependían del tipo de células de las que se derivaban los proteoliposomas. Además, también aclararon que los microdominios (dominios con una composición específica de lípidos) sirven como un sitio específico para la fusión de proteoliposomas.

El profesor asociado Ryugo Tero dice:"Nos sorprendió mucho cuando vimos la expansión de islas oscuras hechas de componentes de la membrana celular en un mar de bicapa lipídica artificial brillante marcada con fluorescencia. La fosfatidilcolina, La fosfatidiletanolamina y el colesterol utilizados en este estudio para fabricar la bicapa lipídica artificial son componentes importantes de la membrana celular. Aunque los proteoliposomas también contienen estos mismos componentes lipídicos, fue muy extraño descubrir que no se mezclaban entre sí. Este resultado proporciona información muy valiosa ya que los componentes de la membrana celular no se mezclan con el entorno ni se dispersan. pero forman grupos en la bicapa lipídica artificial. Al utilizar esta técnica experimental, por ejemplo, también pudimos observar el fenómeno de interacción colaborativa entre múltiples proteínas y lípidos en la membrana celular ”.

El profesor Ayumi Hirano-Iwata de la Universidad de Tohoku dice que "en nuestro estudio de los canales iónicos, el factor más importante que afecta la tasa de éxito de las mediciones es si los proteoliposomas se fusionan con una bicapa lipídica artificial o no. Habíamos estado buscando las condiciones experimentales adecuadas cada vez que cambiamos el tipo de células o proteínas de membrana. Al comprender el proceso de fusión de membranas y su mecanismo, tal como lo aclara este estudio, la eficiencia de nuestros experimentos mejorará enormemente ".

El grupo de investigación cree que el proceso de fusión de proteoliposomas y su mecanismo esclarecido por esta investigación acelerará la investigación de canales iónicos y proteínas de membrana que son objetivos importantes del desarrollo de fármacos. Además, las "islas" formadas por componentes de la membrana celular proporcionarán información útil para comprender reacciones biológicas complejas en las que participan múltiples proteínas y lípidos, así como para desarrollar tecnología de cribado de proteínas de membrana de alto rendimiento.