Gliceridi

23.2 Inversa bicontinuous cubi fasi phosphoglyceride–colesterolo miscele: il Colesterolo come un induttore di biomembrane e fusione di endocitosi

È stato spiegato nella Sezione 22.3, in materia di lipidi polimorfismo e l’adozione di nonlamellar mesostructural topologia, che il colesterolo funzioni come un altro componente importante (oltre ad alcuni gliceridi) in “rivestite con lipidi microbolle (LCM)/nanoparticella-derivati” nanoemulsione è formulazioni (cfr. Sezioni 17.1, 19.1, 21.2 e 22.2). Questo ruolo chiave del colesterolo è coerente con i dati pubblicati da studi sperimentali correlati in cui il colesterolo è stato trovato per destabilizzare i doppi strati di alcuni fosfogliceridi biologici comuni e per indurre la formazione di fasi lipidiche non lamellari (ad esempio, Ref. ). È stato anche affermato in precedenza, nella Sezione 23.1, che Nieva et al. dimostrata una correlazione diretta tra le composizioni a doppio strato lipidico che danno la fusione ottimale della membrana e quelle che portano alla formazione di una fase cubica bicontinua inversa, identificata dalla diffrazione dei raggi X (cfr. Rif. ). Inoltre, nella stessa sezione precedente, è stato sottolineato che le misurazioni di Basanez et al. i tassi di fusione della membrana (cioè la miscelazione del contenuto dei loro liposomi) mostrano un massimo alla temperatura di transizione lamellare-isotropica (Q224 cubica). Questi ricercatori sostengono che i loro vari risultati servono come prova del coinvolgimento di strutture lipidiche invertite, come le fasi cubiche bicontinue inverse, nel processo di fusione della membrana .

Da tutti i risultati sperimentali sopra riassunti e gli argomenti fisico-chimici considerati insieme, ci si potrebbe ragionevolmente aspettare di trovare, nella letteratura sperimentale, dati rilevanti che fornirebbero una chiara indicazione come segue: il colesterolo induce la formazione di fasi cubiche inverse in miscele con fosfogliceridi biologici e, quindi, probabilmente funziona come promotore della fusione biomembrana. Con questa aspettativa in mente, è utile rivedere in dettaglio una recente pubblicazione di Tenchov et al. che presenta evidenza diretta, dalla diffrazione dei raggi X, che il colesterolo induce la formazione di fasi cubiche bicontinue inverse in miscele con fosfatidilcoline insature (PCS). Questi ricercatori sottolineano che questa scoperta è un nuovo effetto precedentemente non descritto (vedi sotto) del colesterolo che può avere importanti implicazioni per il suo ruolo nella fusione della biomembrana. Spiegano che i PC sono la principale classe di fosfolipidi nelle membrane biologiche e, a differenza delle fosfatidiletanolamine (PEs), i PC di membrana sono lipidi “nonfusogeni”. I PC non possono formare fasi inverse da soli, mentre una capacità di formazione di fase inversa è correlata con la suscettibilità alla fusione di membrana (cfr. Rif. ). Tenchov et al. mantenerlo è, quindi, di chiaro interesse che le miscele di PC insaturi con un altro importante lipide di membrana biologica, il colesterolo, possano facilmente trasformarsi in una fase cubica bicontinua inversa. Essi affermano inoltre che questa scoperta certamente riduce, e illumina, in un modo nuovo i requisiti per la presenza di “fusogenic”, lipidi di formazione in fase inversa che sono in grado di rendere una membrana fusogenica. Poiché la formazione di fasi cubiche inverse bicontinue è strettamente correlata con la fusione della membrana lipidica , i loro risultati implicano che una membrana (biologica o modello) non deve avere grandi quantità di PE per essere fusogenica; in alternativa, alte concentrazioni di colesterolo, come quelle trovate nelle membrane plasmatiche, possono causare un lipide refrattario alla fusione per diventare fusogenico . (Tenchov et al. commento che questa situazione è compatibile con gli effetti noti del colesterolo sulla fusione virale e con il requisito riportato di colesterolo per una fusione rapida ed efficiente come coinvolto nella fusione corticale dei granuli di ricci di mare e nell’esocitosi .)

Tenchov et al. si noti inoltre che la formazione di fase cubica in miscele PC / colesterolo (insature) ha mostrato una serie di caratteristiche molto simili a quelle osservate in precedenza per le dispersioni di PE (cfr. Rif. ). Per entrambi i tipi di dispersioni, le fasi cubiche sono strettamente associate alla transizione di fase esagonale lamellare-inversa e la loro formazione è più facilmente indotta dal raffreddamento della fase esagonale inversa. Un’altra proprietà comune di queste fasi cubiche PE e PC/colesterolo (inverse) è che la loro formazione è accelerata e può procedere al completamento, solo in dispersioni lipidiche sufficientemente diluite. (A causa della loro specifica struttura geometrica, gli spazi cubici bicontinui inversi richiedono volumi acquosi per il loro sviluppo che sono molto più grandi del cosiddetto limite di acqua in eccesso necessario per la piena idratazione dei gruppi polari lipidici (cfr. Rif. ).) Inoltre, simile al PEs, i sistemi PC/colesterolo lipid / acqua sono in grado di formare tutti e tre i tipi di fasi cubiche bicontinue inverse, Im3m, Pn3m e Ia3d, a seconda del contenuto lipidico nella dispersione. Questi ricercatori affermano che con l’aumento del contenuto lipidico dal 10% al 50% (w/v), i sistemi PC/colesterolo lipidico/acqua (insaturi) hanno visualizzato una sequenza di fase cubica Im3m → Pn3m → Ia3d, coerente con un contenuto di acqua decrescente di queste tre fasi . (Questi autori notano che, in accordo con i precedenti risultati di Templer et al. , questa sequenza di fase sembra essere universale, sebbene non tutte e tre le fasi cubiche bicontinue inverse debbano necessariamente apparire in un dato sistema lipidico / idrico.)

Infine, Tenchov et al. spiega che nelle miscele ternarie (lipidiche), i PC saturi e la sfingomielina sono noti per suddividere, insieme al colesterolo, in domini ordinati per liquidi. I loro risultati suggeriscono che i PC insaturi, che sono esclusi da questi domini rigidi, potrebbero formare domini fusogenici separati con il colesterolo.

Tali effetti duali del colesterolo possono spiegare la capacità apparentemente paradossale delle membrane cellulari di formare simultaneamente chiazze rigide a bassa curvatura simili a “zattere”, pur essendo in grado di subire una facile fusione della membrana-come nell’endocitosi . (Questi autori commentano anche che la struttura dell’anello tetraciclico del colesterolo è rigida, e quindi la posizione del gruppo idrossilico determina l’orientamento predominante della molecola in un doppio strato di membrana. Notano inoltre che il colesterolo ha la caratteristica unica tra i lipidi della membrana di un rapido flip-flopping e, a causa del suo piccolo (e non ionico) gruppo di testa, una curvatura negativa è facilitata da un accumulo di colesterolo. Questo facilita la flessione, una caratteristica essenziale per le membrane cellulari, ma soprattutto per quelle che sono in comunicazione con la membrana superficiale della cellula .) In considerazione di tutti gli argomenti precedenti, la percentuale significativa di colesterolo nelle formulazioni di nanoemulsione “LCM/derivate da nanoparticelle” (cfr. Sezioni 17.1, 19.1, 21.2 e 22.2) possono, di conseguenza, fornire una base molecolare per l’aggiunta di facilitazione fisico-chimica (vedi sotto) dell’endocitosi mediata dal recettore delle “nanoparticelle lipidico-mesofase disperse” descritte in precedenza (vedi Sezione 20.3; cfr. Capitoli 16-19).

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