Forskning utförd av Toyohashi University of Technology i samarbete med Tohoku University klargjorde fusionsprocessen av proteoliposomer med ett artificiellt lipiddubbelskikt och mekanismen bakom denna process. Dessutom, forskarna upptäckte också att domänerna som består av alla cellmembrankomponenter existerar som "öar" isolerade från det konstgjorda membranet. Dessa fynd kommer att leda till ytterligare förståelse av funktionerna hos membranproteiner, som är ett viktigt mål för läkemedelsutveckling, samt utveckling av experimentella tekniker. Resultaten av denna forskning publicerades i Vetenskapliga rapporter den 20 december, 2017.

Allt utbyte av material, signaler, och energi in och ut ur celler för att upprätthålla biologisk aktivitet utförs genom membranproteiner och lipider på cellmembranet. Eftersom dessa processer har ett starkt inflytande på neurotransmission och metabolism, de är viktiga forskningsmål inom biologi, medicin och läkemedelsutveckling. Komponenter i cellmembranet inklusive membranproteiner och lipider härrör i allmänhet från odlade celler, och sfäriska strukturer av lipiddubbelskiktsmembran inklusive dessa härledda proteiner kallas proteoliposomer.

Eftersom membranproteiner bibehåller sin struktur och funktioner genom att förbli i ett lipiddubbelskikt, artificiella lipiddubbelskikt används vanligtvis för att mäta funktionerna hos membranproteiner utan att påverka deras aktivitet. Efter fusionen av proteoliposomer med ett artificiellt lipiddubbelskikt, cellmembranmiljön måste bibehållas; experimentella förhållanden för denna fusion har härletts genom ackumulerade empiriska bevis.

Forskargruppen ledd av Ryugo Tero, docent vid Toyohashi University of Technology i samarbete med Tohoku University, upptäckte att "öar" gjorda av cellmembrankomponenter växer inom ett artificiellt lipiddubbelskikt genom observation av fusionen av proteoliposomer härledda från odlade celler med ett artificiellt lipiddubbelskikt. Vidare, de fann också att det artificiella lipiddubbelskiktet och proteoliposomerna inte blandas, och att membranproteiner och lipider inuti cellmembranet bildade isolerade domäner bort från det artificiella lipiddubbelskiktet. Storleken och fördelningen av dessa "öar" visade sig vara beroende av vilken typ av celler som proteoliposomerna härrörde från. Dessutom, de klargjorde också att mikrodomäner (domäner med en specifik sammansättning av lipider) fungerar som ett specifikt ställe för fusion av proteoliposomer.

Docent Ryugo Tero säger, "Vi blev mycket förvånade när vi såg spridningen av mörka öar gjorda av cellmembrankomponenter i ett hav av det ljusa konstgjorda lipiddubbelskiktet märkt med fluorescens. Fosfatidylkolin, fosfatidyletanolamin och kolesterol som används i denna studie för att göra det konstgjorda lipiddubbelskiktet är huvudkomponenter i cellmembranet. Även om proteoliposomer också innehåller samma lipidkomponenter, det var väldigt konstigt att upptäcka att de inte blandade sig med varandra. Detta resultat ger mycket värdefull information genom att cellmembranets komponenter inte blandas in i omgivningen och sprids, men bildar kluster i det artificiella lipiddubbelskiktet. Genom att använda denna experimentella teknik, till exempel, vi kunde också observera fenomenet med samverkande interaktion mellan flera proteiner och lipider i cellmembranet."

Professor Ayumi Hirano-Iwata vid Tohoku University säger att "I vår studie av jonkanaler, den viktigaste faktorn som påverkar huruvida mätningarna lyckas är huruvida proteoliposomerna smälter samman med ett artificiellt lipiddubbelskikt eller inte. Vi hade letat efter de rätta experimentella förhållandena varje gång vi ändrade typ av celler eller membranproteiner. Genom att förstå membranfusionsprocessen och dess mekanism som förtydligas av denna studie, effektiviteten av våra experiment kommer att förbättras avsevärt."

Forskargruppen tror att fusionsprocessen av proteoliposomer och dess mekanism som belysts av denna forskning kommer att påskynda forskningen av jonkanaler och membranproteiner som är viktiga mål för läkemedelsutveckling. Dessutom, "öarna" gjorda av cellmembrankomponenter kommer att ge användbar information för att förstå komplexa biologiska reaktioner där flera proteiner och lipider är involverade, samt för att utveckla screeningteknologi för membranprotein med hög genomströmning.