REGULACION DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA DE FOSFOLÍPIDOS,
BICAPA Y ASIMETRIA.
(REGULATION OF TRANSBILAYER PLASMA MEMBRANE PHOSPHOLIPID
ASYMMETRY)
DAVID L. DELEKE
La distribución de los lípidos
transmembranales a través de membranas
biológicas es asimétrica. La colina que contiene lípidos, la
fosfatidilcolina (PC) y esfingomielina (SM), se enriquecen sobre todo en la
cara externa de la membrana plasmática o el prospecto lumenal topológicamente
equivalente de orgánulos internos. En contraste, el glicerofosfolípidos
que contienen aminas, fosfatidiletanolamina (PE) y la fosfatidilserina (PS), se
encuentran preferentemente en el folleto del citoplasma. Otros
fosfolípidos de menor importancia, tales como el ácido fosfatídico (PA),
fosfatidilinositol (PI), el fosfatidilinositol-4-monofosfato (PIP), y
fosfatidilinositol-4 ,5-bisfosfato (PIP2), se benefician también del lado
cytofacial de la membrana. Este lípido tiene una asimetría ha sido bien
caracterizada en la membrana de los eritrocitos, la monocapa externa de los
cuales contiene un 75-80% de los PC y SM, el 20% de la PE, PA, PI, y PIP2, y no
detectable PS o PIP ( 2-6) [métodos para la medición de los lípidos
transbilayer asimetría han sido revisados recientemente (7)]. La
distribución deglucoesfingolipidos es otro importante componente de la
membrana, favorece la cara externa de la
membrana plasmática (8).
La pérdida de la asimetría de fosfolípidos de transmembrana, con la consiguiente exposición de PS en la monocapa externa, se produce en condiciones normales y patológicas. Externalización de PS se induce al inicio del proceso de apoptosis (9) y durante la activación de plaquetas (10). Esta perturbación provoca un cambio en las propiedades de la superficie celular, incluida la conversión a un estado procoagulante (11), una mayor adhesión (12), aumento de la agregación (13), y el reconocimiento por parte de los fagocitos (14, 15). Si bien estos procesos son esenciales para el desarrollo normal de las células y la hemostasia, la pérdida incontrolada de PS asimetría puede contribuir significativamente a la enfermedad cardíaca y accidente cerebrovascular y se ha asociado con enfermedades que tienen alto riesgo cardiovascular, como diabetes (16, 17).
La pérdida de la asimetría de fosfolípidos de transmembrana, con la consiguiente exposición de PS en la monocapa externa, se produce en condiciones normales y patológicas. Externalización de PS se induce al inicio del proceso de apoptosis (9) y durante la activación de plaquetas (10). Esta perturbación provoca un cambio en las propiedades de la superficie celular, incluida la conversión a un estado procoagulante (11), una mayor adhesión (12), aumento de la agregación (13), y el reconocimiento por parte de los fagocitos (14, 15). Si bien estos procesos son esenciales para el desarrollo normal de las células y la hemostasia, la pérdida incontrolada de PS asimetría puede contribuir significativamente a la enfermedad cardíaca y accidente cerebrovascular y se ha asociado con enfermedades que tienen alto riesgo cardiovascular, como diabetes (16, 17).
GENERACIÓN DE LOS LÍPIDOS TRANSMEMBRANA ASIMETRÍA
La biosíntesis de lípidos es de por sí asimétrica. Las enzimas responsables de la síntesis de lípidos se localizan por lo general sólo por un lado de la membrana en la que se produce la biosíntesis. Para el glicerofosfolípidos principales (PS, PE, PC y PI), la síntesis de novo se produce en la cara citosólica del retículo endoplasmático (ER) (24). Con la excepción del PC, esto coloca a los lípidos recién sintetizados en el lado de la membrana en la que al final se enriquece en la membrana plasmática. Debido a la barrera termodinámica a los movimientos transbicapa espontánea, estos lípidos deben seguir siendo enriquecidos por el lado de la membrana citoplasmática, a condición de que no haya alteración de la membrana. Sin embargo, la adición asimétrica de los fosfolípidos de nueva síntesis de un folleto de la bicapa de la membrana genera una inestabilidad. La acumulación de lípidos en un lado de la membrana puede inducir cambios en la membrana; flexión y la consiguiente forma (25-27). Además, la evidencia indica que la sala de emergencia y las membranas de Golgi puede ser menos asimétrica que la membrana plasmática (28). Estos problemas se corrigen por la presencia de un transportador de lípidos que redistribuye los fosfolípidos de la membrana. Aunque la síntesis de novo glicerofosfolipid o es asimétrica, la acción de este transportador derrota la biosíntesis vectorial y da lugar a una distribución más aleatoria de los lípidos a través de la bicapa.
MANTENIMIENTO DE LIPÍDICA DE LA MEMBRANA DE PLASMA
ASIMETRÍA POR LOS TRANSPORTISTAS LÍPIDOS
Una vez que la asimetría de los lipidos ha sido establecida, es mantenida por una combinación de lenta difusión en la bicapa, las interacciones proteína-lípido, y el transporte de proteínas mediada. La presencia de sitios de unión de lípidos ácidos, incluyendo PS, en el citoesqueleto espectrina, proteínas y la banda de 4,1 (37-39) y las proteínas solubles de membrana de unión como anexinas (40) sugieren que la proteína de la membrana citofacial interaccione y pueda jugar un papel en el secuestro PS en la monocapa citofacial. De hecho, los lípidos y su simétrica membranal permiten que se unan las proteínas del citoesqueleto más pobre que las membranas de lípidos asimétrica en la fuerza iónica baja y tienen una menor estabilidad mecánica (41). Sin embargo, el número y la magnitud de los sitios de unión disponible no es suficiente para atrapar PS (42-45). La barrera termodinámica de los lípidos pasiva flip-flop impide la rápida difusión a través de la bicapa espontánea de los fosfolípidos. El tiempo medio de fosfolípidos flip-flop es de aproximadamente varias horas o días (49) y depende de la naturaleza de los lípidos y la membrana. En los eritrocitos humanos, el movimiento flip-flop dependen de la longitud de la cadena acilo de fosfolípidos y el grado de insaturación (50-52). Teniendo en cuenta que el tiempo medio de la moneda es mucho más corto que el promedio de vida de la mayoría de los tipos de células, es poco probable que este fenómeno pudría explicar el mantenimiento de la asimetría de fosfolípidos. Otras perturbaciones a la estructura de la membrana la cual puede inducir una rápida reorientación de los lípidos. Por ejemplo, la hiperglucemia crónica en vitro (17) o diabetes (53) induce la exposición de los lípidos en monocapa en la superficie interna de la membrana plasmática de eritrocitos y puede contribuir al daño vascular asociado a esta enfermedad (54).
FLIPPASES
Actividad flippase Aminofosfolipido fue reportada primero por Devaux y compañeros de trabajo que mide la absorción dependiente de ATP de spin-etiquetados análogos de lípidos en los eritrocitos humanos (55). Fosfolípidos marcados con fluorescencia ácidos grasos, en particular, de 7 nitrobenz-2-oxa-1 ,3-diazol-4-il (NBD) derivados, también se han utilizado ampliamente para estudiar este transportador (56-58). La adición de estos sustituyentes polares, voluminosos para el componente de ácidos grasos de los lípidos potencialmente pueden alterar los lípidos transportadores de interacciones, por lo tanto, preguntarse si los movimientos medidos con estos lípidos reflejan el comportamiento de los lípidos endógenos. Estas sondas fluorescentes de giro son herramientas poderosas, pero su uso requiere una cuidadosa interpretación (59, 60) y la verificación independiente de que sus movimientos reflejan aquellos de los lípidos endógenos. Además de la spin-etiquetados y lípidos fluorescentes, nativos y radiomarcado corto (25, 61, 62) y largo (63) que contiene ácido graso de cadena de las especies se han utilizado para medir la actividad flippase. El uso de estos lípidos es más difícil y restringido, pero su comportamiento puede reflejar con mayor precisión el comportamiento de los lípidos endógenos.
la Flippase es catalizada por el transporte que está relacionado con una ATPasa, la actividad de transporte requiere de ATP (25, 55) y Mg 2 + (61, 64) y se inhibe por vanadato (55). La estequiometría del transporte es de aproximadamente 1 ATP por lípidos transportados (65).LA actividad Flippase es sensible a la temperatura y de una serie de reactivos específicos, que incluyen agentes oxidantes y sulfhidrilo alquilantes (25,66), y los reactivos histidina (67).La Actividad Flippase también es inhibida por Ca2 + (25,64), lo que indica que la actividad de esta enzima puede ser regulado en las células activadas.
FLOPPASES
La segunda clase de los transportadores de lípidos ATP-dependiente es la floppases exofacially dirigida. Los primeros estudios en las células rojas de la sangre revelaron una vía no específica del flujo hacia el exterior de NBD-y el giro marcado con los lípidos (67, 112). Se reconoció posteriormente que algunos miembros de la superfamilia de transportadores ABC también son capaces de transportar los lípidos. Los Transportadores ABC son un grupo diverso de proteínas que, en general, son responsables de la exportación dependiente de ATP de compuestos anfipáticos. Estos incluyen las proteínas de resistencia a múltiples fármacos, que exportan xenobióticos citotóxicos y fueron descubiertos en las células tumorales resistentes a los medicamentos. A múltiples proteínas de resistencia también están presentes en la levadura y algunos miembros de esta subfamilia (C. albicans CDR1, CDR2, CDR3). Los Transportadores ABC también son ampliamente expresados en procariotas. Una de estas proteínas, MSBA, es un transportador de membrana interna que participan en el lípido A de exportación a la membrana externa (115). La actividad de la ATPasa purificada MSBA se activan selectivamente por lípidos hexacetylated A. (116)
En consonancia con su papel en general de las exportaciones de xenobióticos amphipath, las proteínas ABC son, en su mayor parte, no específica. Sin embargo, algunos miembros de esta clase muestran una especificidad única para su respectivo sustrato. Las actividades de lípidos más bien caracterizado floppase son las catalizadas por ABCA1, ABCB1, ABCB4 y ABCC1.
El transportador ABCA1 ABC (ABC1) se ha demostrado que el transporte de colesterol de las células para la recolección de HDL. ABCA1 es deficiente en la enfermedad de Tangier (117-119), una enfermedad autosómica recesiva caracterizada por bajos niveles de HDL y la acumulación periférica de colesterol.ABCA1 también ha sido relacionado con PS de transporte (120.121) y es necesario para inmersión macrófagos de las presas en C. elegans (122). Este transportador puede actuar como un floppase tanto para el colesterol y la PS. Si el colesterol y el transporte están vinculados PS está claro, pero probablemente esta proteína tiene una función flujo de salida, y no está involucrada en el mantenimiento de los lípidos asimetría.
ABCB1 (MDR1) es un transportador de resistencia a múltiples fármacos y xenobióticos en todas partes es un transportador de lípidos de amplia especificidad.
SCRAMBLASES
En lugar de ayudar en el mantenimiento de los lípidos y su asimetría, scramblases tiene la función de degradar gradientes en la bicapa de fosfolípidos, catalizando la independencia energética del transporte bidireccional. Tres actividades de scramblase se han reportado, dos están involucrados en la disipación de los gradientes de lípidos en las membranas biogénico y el tercero es activado por Ca2 + en la membrana plasmática de las células estimuladas.
El scramblase ER fue descrito por primera vez como un transportador bidireccional de PC y de sus metabolitos (29, 140), y posteriormente se ha demostrado que es relativamente no específico (30, 141). Actividad de transporte se ha reconstituido a partir de crudo (31.140) y purificado (32) proteínas de la membrana ER. El transportador se ha descrito anteriormente monohexosylsphingolipid también es bidireccional y es selectivo para Glc o Gal-Cer Cer-(35, 36). La evidencia no se ha encontrado la actividad de estos transportadores en la membrana plasmática. Por lo tanto, es posible que sólo sirvan para redistribuir la nueva síntesis de los lípidos o precursores de los lípidos en las membranas de RE y Golgi.
CONCLUSIÓN
La interacción entre estos resultados transportistas selectivos y no selectivos en el mantenimiento y, en algunos casos, la generación de lípidos en la bicapa y su asimetría. Scramblases no selectivos en las membranas biogénicas tienden a igualar la distribución de los lípidos de nueva síntesis, y selectiva dependiente de ATP transportistas para así mantener la distribución asimétrica de los lípidos. Aunque la distribución del tejido y la expresión de algunos de los transportadores de estos son limitados, los lípidos de la membrana plasmática y asimetría se mantienen por el flujo selectivo hacia el interior de los aminofosfolípidos y, tal vez en algunas células, el flujo hacia el exterior de la colina yesfingofosfolipidos. Los gradientes de concentración generados por estos transportadores se puede disipar por un selectivo de Ca2 + activados por scramblase en respuesta a la estimulación celular.
Estas proteínas han demostrado ser elusivo y difícil de purificar y reconstituir. O bien son intrínsecamente inestables o en el proceso de purificación; elimina un componente esencial. Por ejemplo, es posible que la unidad funcional de algunos de estos transportadores es multimérica y que las interacciones proteína-proteína son esenciales para la regulación de la actividad de transporte. Se han logrado avances en la identificación de las proteínas involucradas, pero espera una identificación positiva de la reconstitución éxito y la demostración de la actividad de transporte de lípidos.
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