Lavorando con un biofisico vincitore del premio Nobel, un team di ricercatori della Virginia Commonwealth University ha ottenuto la visione più chiara mai vista di un pezzo di membrana cellulare e dei suoi componenti, rivelando strutture inaspettate e aprendo nuove possibilità per la ricerca farmaceutica.

Le membrane cellulari sono formate in gran parte da un foglio bimolecolare, una frazione dello spessore di una bolla di sapone, in cui due strati di molecole lipidiche sono stipati con le loro code idrofobe rivolte verso l'interno e le loro teste idrofile verso l'esterno, esposto all'acqua.

La forma e la struttura interna di questo doppio strato lipidico sono rimaste in gran parte misteriose dopo quasi un secolo di ricerche. Ciò è in gran parte dovuto al fatto che la maggior parte dei metodi per esaminare le membrane utilizza detergenti, che eliminano i lipidi che costituiscono gran parte delle strutture delle membrane.

In un articolo appena pubblicato in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , la squadra, guidata da Youzhong Guo, dottorato di ricerca, della School of Pharmacy della VCU, hanno utilizzato un nuovo metodo senza detergenti che ha permesso loro di esaminare la membrana di una cellula di E. coli, con lipidi ancora presenti.

Dove i modelli precedenti avevano mostrato un fluido, strato lipidico quasi senza struttura - un documento di ricerca spesso citato lo ha confrontato con diversi pesi di olio d'oliva versati insieme - il team guidato da VCU è stato sorpreso di trovare una struttura esagonale distinta all'interno della membrana. Ciò ha portato i ricercatori a proporre che lo strato lipidico possa fungere sia da sensore che da trasduttore di energia all'interno di un trasportatore di proteine ​​di membrana.

"Il risultato più sorprendente è l'ordine elevato con cui sono disposte le molecole lipidiche, e l'idea che potrebbero anche cooperare nel ciclo funzionale del canale di esportazione, " disse Joachim Frank, dottorato di ricerca, della Columbia University, premio Nobel per la chimica 2017 e coautore del documento. "È controintuitivo poiché abbiamo appreso che i lipidi sono fluidi e disordinati nella membrana".

I ricercatori sono stati in grado di ottenere una visione così chiara perché hanno utilizzato un metodo innovativo per isolare e stabilizzare le membrane. Impiegando acido polistirene-maleico per rompere le membrane cellulari in nanoparticelle che sono state poi isolate e catturate in uno strato di sofisticato polimero, i ricercatori hanno utilizzato il microscopio crioelettronico presso il New York Structural Biology Center per avere uno sguardo chiaro sul doppio strato lipidico.

"Essere in grado di estrarre le proteine ​​dalle membrane cellulari senza usare detergenti per rompere i doppi strati lipidici è davvero un progresso fantastico, "ha detto Wayne Hendrickson, dottorato di ricerca, professore universitario alla Columbia, direttore scientifico del New York Structural Biology Center e coautore dell'articolo.

La tecnica e le sue rivelazioni potrebbero avere un valore farmaceutico significativo, disse Guo. Ha detto che circa la metà dei farmaci mira alle membrane cellulari, e ha proposto che una migliore comprensione dei loro strati di lipidi e proteine ​​potrebbe portare a terapie nuove o più efficaci.