Un nuevo modelo simula las acumulaciones de lípidos en las membranas celulares

Científicos europeos y de China han diseñado un experimento que simula la formación de diminutas y efímeras balsas lipídicas en la membrana celular sustituyendo una proteína transmembrana por un nanotubo de carbono. Así han descubierto un nuevo papel del colesterol que puede ayudar a comprender el desarrollo inicial de algunas enfermedades, como la de Creutzfeld-Jacob o el SIDA.

SINC | | 27 enero 2020 11:17

Los investigadores hicieron una silmulación de un nanotubo de carbono introducido en la membrana lipídica. / URV

El colesterol es un componente crucial para la formación de las membranas celulares de los mamíferos, y participa de muchos procesos vitales. En biofísica, uno de los conceptos más controvertidos es la hipótesis que sugiere la existencia de las llamadas balsas lipídicas (o lipid rafts en inglés): zonas con altas concentraciones de colesterol y glucofingolípidos que se encuentran en las membranas y son importantes para el funcionamiento celular.

Hasta la fecha, la presencia de balsas lipídicas en células vivas es solo una hipótesis, porque si bien diversos estudios realizados en laboratorio han intentado simular estas balsas mezclando dos tipos de lípidos y colesterol, ninguno ha logrado detectarlas y saber si realmente existen, ni cómo es su formación y su funcionamiento en células vivas.

Se simula la formación en la membrana de balsas lipídicas, que se sospecha son responsables del inicio de enfermedades como la de Creutzfeld-Jacob o el SIDA

Se sospecha que las balsas lipídicas son también responsables del inicio de enfermedades como la de Creutzfeld-Jacob o el SIDA, cuyos patógenos entran en las células a través ellas. Por ello, comprender su mecanismo es fundamental para entender cómo se desarrollan estas enfermedades.

Ahora, un equipo de físicos liderados por el investigador del Departamento de Enginyería Química de la Universitat Rovira i Virgili (URV) Vladimir Baulin, ha diseñado un experimento que simula la formación de un nuevo tipo de las balsas lipídicas a escala nanométrica, de muy corta duración, alrededor de objetos incrustados en las membranas, como proteínas y canales de iones. Los resultados de este estudio se han publicado en la revista Physical Review Letters.

“Los canales iónicos son un tipo de proteína transmembrana, es decir, que abarca toda la membrana celular, y junto a las proteínas, permiten el paso de iones específicos a través de la membrana celular. Están incrustados en ella y contienen colesterol. Se desconoce el papel de las proteínas transmembrana en la posible formación de estos nanodominios de colesterol”, explica Baulin.

En este estudio, los científicos han desarrollado un experimento con la membrana lipídica muy parecido a las células humanas, tanto en lo que se refiere a la escala de tamaño, la dimensión y también a la composición del colesterol.

Nanotubo de carbono por proteína transmembrana

Para ello, sustituyeron la proteína transmembrana por un nanotubo de carbono ultracorto, de 10 nanómetros de longitud. Y a partir de una serie de simulaciones comprobaron que estos dominios (las balsas lipídicas) son altamente dinámicos, se forman y desaparecen para volver a formarse, y existen durante aproximadamente 10 nanosegundos.

Cuando hay altas concentraciones de colesterol, los nanotubos pueden salir espontáneamente de la membrana en cuestión de milisegundos

Además, el equipo hizo otro importante descubrimiento relacionado con el papel del colesterol en las membranas: esta molécula puede ser responsable de la desestabilización de las membranas y ayudar a objetos de tamaño nanométrico a entrar a través de ellas en las células.

“Ha sido como encontrar la llave para abrir y cerrar puertas a través de una membrana”, explica Baulin. “Hemos descubierto que, cuando hay altas concentraciones de colesterol, los nanotubos pueden salir espontáneamente de la membrana en cuestión de milisegundos, mientras que si la membrana no tiene colesterol, estos quedan atrapados adentro”.

Según el equipo, que también incluye científicos de otros países europeos y China, este estudio puede servir para desarrollar nuevos enfoques cruciales para la investigación de la balsa lipídica, por lo que también se entenderá mejor cuál es el desarrollo de determinadas enfermedades y procesos celulares.

Referencia bibliográfica:

"Unexpected Cholesterol-Induced Destabilization of Lipid Membranes near Transmembrane Carbon Nanotubes". Yachong Guo, Marco Werner, Jean Baptiste Fleury, and Vladimir A. Baulin. Physical Review Letters, 124(3) 038001, 2020. DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.038001