En ny studie från University of Illinois har för första gången fångat hur scramblaser, en familj av proteiner som spelar en viktig roll i underhållet och reparationen av cellmembran, fungerar på molekylär nivå.

Forskningen, publicerad i tidskriften Nature Communications, fokuserar specifikt på ett scramblaseprotein som heter TMEM16F.

"Att förstå hur scramblases fungerar är av stor medicinsk relevans", säger Gustavo Vasquez, postdoktor vid Institutionen för fysik i Illinois och huvudförfattare till studien. "Den onormala aktiviteten eller regleringen av scramblaser har kopplats till flera medicinska tillstånd, inklusive neurologiska störningar, muskeldystrofier och till och med vissa typer av cancer."

Scramblaser finns i cellmembranet och fungerar för att upprätthålla dess jämvikt. De gör det genom att vända lipider (fettsyror) från ena sidan av membranet till den andra. Denna åtgärd hjälper till att reparera skadade membran.

"Vad vi fann är att scramblaser genererar membranporer som är tillräckligt stora för att tillåta hela lipidhuvudgruppen att gå igenom," sa Vasquez. "Vi kunde faktiskt visa att de flesta av lipiderna vändes av denna mekanism."

Forskarna använde en teknik som kallas "Förster resonansenergiöverföring" eller FRET, för att mäta förändringarna i avståndet mellan två fluorescerande färgämnen som var fästa på motsatta sidor av membranet.

"Genom att använda den här tekniken kunde vi se att membranet expanderade och drar ihop sig", säger Leonid Chernomordik, professor i fysik vid Illinois och medförfattare till studien. "Denna förändring i membranformen var inte slumpmässig, utan följde snarare ett specifikt mönster."

Forskarna tror att scramblasen fungerar på ett kooperativt sätt, med flera proteiner som arbetar tillsammans för att generera membranporerna.

"Det är troligt att scramblaseproteinerna självmonterar sig till ett större komplex som fungerar som en maskin för att vända lipiderna," sa Vasquez. "Detta fynd har viktiga konsekvenser för utformningen av läkemedel som riktar sig mot scramblaser, eftersom det tyder på att läkemedel som riktar sig mot sammansättningen av komplexet kan vara mer effektiva än de som riktar sig mot de enskilda proteinerna."

Forskarna arbetar nu med att förstå den molekylära strukturen hos scramblasekomplexet och hur det interagerar med cellmembranet.

"Detta arbete ger en solid grund för att förstå hur dessa viktiga proteiner fungerar och hur deras aktivitet kan kontrolleras," sa Chernoordik.