Mechanické síly, nebo lipidové rafty?

Už před dvěma desítkami let přineslo několik na sobě nezávislých vědeckých týmů důkazy, že proteiny se v buněčné membráně sdružují do větších či menších skupin.¹⁾ Těmto útvarům se začalo říkat lipidové rafty či membránové mikrodomény. Vědci se dodnes příliš neshodnou na tom, jaká je jejich velikost, zda a jaké lipidické prostředí podmiňuje jejich vznik, popřípadě zda neexistují jen za nízkých teplot. Důvody pro konkrétní prostorové uspořádání proteinů v biologických membránách nejsou příliš jasné a od dříve populárních interakcí mezi proteiny a lipidy se nyní pozornost přesouvá k interakcím mezi proteiny samotnými. Významný příspěvek k této problematice letos publikoval Jay T. Groves v časopise Science.²⁾ Na křemíkové vrstvičce vytvořil dva experimentální modely lipidické dvojvrstvy simulující buněčnou membránu. Do jednoho z nich zapustil čtvercovou síť bariér pokovených chromem. Jednotlivé bariéry byly 0,01 μm vysoké a tvořily pole se stranami dlouhými 0,5–20 μm. K volné difuzi molekul mohlo tedy docházet jen v rámci každého jednotlivého oka. V paralelně probíhajícím pokusu byla identická lipidová dvojvrstva ponechána bez bariér, difuze tedy mohla probíhat volně. Do lipidické dvojvrstvy zakotvili molekulu ephrin-A1, což je důležitý ligand Eph receptorů, molekul podílejících se na správné ontogenezi organismu především v rámci nervové soustavy a krvetvorných buněk. Jejich nesprávná funkce a nadbytečné množství vedou k různým patologickým jevům. S jejich zvýšenou expresí je spojeno například 40 % případů nádorů prsu. Na takto zhotovenou membránu přidali lidské epiteliální buňky nesoucí na svém povrchu receptor EphA2 pro ephrin-A1. Za normálních okolností způsobí kontakt ligandu s receptorem navázání ligandu a spuštění signalizace dovnitř buňky. Připomeňme si ale, že v jednom z pokusů byla pohyblivost ligandu blokována pomocí bariér. Naopak v druhém se mohl ligand membránou libovolně přesouvat a formovat i rozsáhlé shluky. Buněčná membrána s uměle vytvořenou lipidickou dvojvrstvou interagovala jen prostřednictvím ligandu, vědci elegantně vyloučili nespecifické interakce, které by mohly být zprostředkované třeba membránovými integriny. Podle očekávání zjistili, že na membráně s chromovými bariérami dokázal receptor tvořit jen miniaturní agregátky v rámci každého pole, zatímco při kontaktu s membránou bez bariér se ligand i jeho receptor rychle přesouvaly do velkých agregátů. K agregátům bylo v buňce vázáno velké množství aktinového cytoskeletu spolu s molekulami schopnými ovlivňovat jeho přestavbu. Ale když byly přestavby cytoskeletu zablokovány chemickým inhibitorem, buňky nebyly schopny tvořit velké agregáty receptoru ani při kontaktu s ligandem zakotveným v membráně bez bariér.³⁾ Pokud byly bariéry v membráně s ligandem dostatečně husté (0,5 μm), agregace receptoru rovněž nebyla schopna stimulovat přestavbu aktinového cytoskeletu pod membránou. Pokud však byly použity bariéry řidší (≥ 3 μm) nebo byla membrána zcela bez bariér, ligand stimuloval jak agregaci receptoru, tak i navazující přestavby aktinového cytoskeletu.

Autoři na základě svých pokusů soudí, že buňka k agregaci receptoru využívá mechanickou sílu generovanou přestavbami aktinového cytoskeletu (a aktivitou na něj navázaných molekulárních motorů⁴⁾). Jejich výsledky dosáhly i funkční aplikace – při testování několika desítek nádorových buněčných linií zjistili, že jejich invazivita silně koreluje se zvýšeným radiálním pohybem ephrinového receptoru, ale naopak jen slabě závisí na jeho celkovém množství. Studie je silným argumentem pro zastánce teorie zdůrazňující nutnost protein-proteinových (tedy nejen protein-lipidových) interakcí při vytváření proteinových shluků na buněčné membráně.