mini|hochkant=2.0|Modell der lipid rafts. Legende: (A) Cytoplasma, (B) Extrazellularraum, (1) normale Zellmembran, (2) Lipid Raft, (3) Lipid-Raft-Membranprotein, (4) Membranprotein, (5) Kohlenhydratmodifikation des Glykoproteins (Glykosylierung), (6) per GPI-Anker verbundenes Glykoprotein, (7) Cholesterin, (8) Kohlenhydratmodifikation eines Glykolipids. Lipid Rafts (zu deutsch ‚Lipidflöße‘) nennt man hypothetische spezielle Bereiche in Zellmembranen. Sie zeichnen sich durch einen relativ hohen Gehalt an Sphingomyelinen, Glycosphingolipiden und Cholesterin aus.S. Thomas, R. S. Kumar, T. D. Brumeanu: Role of lipid rafts in T cells. In: AITE. 52, 2004, S. 215–224.
Eigenschaften Lipid Rafts ordnen sich als flüssigkristalline Phase in eigenen Bereichen der Zellmembran an. Sie sind an verschiedenen Prozessen beteiligt, z. B. Sortierung von Proteinen für die Zellmembran im Golgi-Apparat, Endocytose und Signaltransduktion. Sie werden zurzeit als dynamische geordnete Nanostrukturen aus Sterolen und Sphingolipiden mit bestimmten Membranproteinen definiert, die durch Lipid-Lipid-, Protein-Lipid- und Protein-Protein-Interaktionen verschmelzen können.D. Lingwood, K. Simons: Lipid rafts as a membrane-organizing principle. In: Science. Band 327, Nummer 5961, Januar 2010, S. 46–50, . doi:10.1126/science.1174621. PMID 20044567. Lipid rafts wurden aufgrund ihrer relativen Stabilität gegenüber einer Extraktion mit Tensiden auch als detergent-insoluble membranes, detergent-resistant membranes, glycosphingolipids-enriched membranes, detergent-insoluble glycolipid-rich membranes, und Triton-insoluble floating fraction bezeichnet. Proteine mit GPI-Anker reichern sich bevorzugt in lipid rafts an.
Obwohl das genaue Modell unbekannt ist, minimieren die lipid rafts die freie Energie zwischen den beiden Phasen – es bilden sich Domänen einer typischen Größe, die sich weder mischen, noch weiter fusionieren.Linda J Pike: The Challenge of Lipid Rafts. In: Journal of Lipid Research. Okt 2008, S. 1–17. Die lipid rafts bilden dabei eine geordnete Phase innerhalb der ungeordneten Phase der Phospholipide der restlichen Zellmembran. Gut beobachtbar ist die Entmischung zwischen der „Liquid Ordered Phase“ (geordnete Phase, L0) und der „Liquid Disordered Phase“ (ungeordnete Phase, Ld oder Lα).A. Rietveld, K. Simons: The differential miscibility of lipids as the basis for the formation of functional membrane rafts. In: Biochim. Biophys. Acta. 1376 (3), November 1998, S. 467–479. PMID 9805010. Möglicherweise bieten die lipid rafts aufgrund ihrer vergleichsweise höheren Dicke einen Sortiermechanismus für Membranproteine nach der Länge ihrer Transmembrandomäne.K. Simons, J. L. Sampaio: Membrane organization and lipid rafts. In: Cold Spring Harbor perspectives in biology. Band 3, Nummer 10, Oktober 2011, S. a004697, . doi:10.1101/cshperspect.a004697. PMID 21628426. .
Analyse Probleme bei der Darstellung von lipid rafts ist das Fehlen des thermodynamischen Gleichgewichts in der Zusammensetzung der Zellmembran, was die Untersuchung der Zusammensetzung erschwert. Zudem besitzen künstliche Membranen eine niedrigere Anzahl an Membranproteinen als natürliche.
Ihre Beobachtung ist aufgrund ihrer geringen Größe von 10–200 nm schwierig, weil sie nahe am Auflösungsvermögen klassischer Lichtmikroskope liegt. Jedoch bietet Fluoreszenzmikroskopie eine Möglichkeit, lipid rafts sichtbar zu machen. Benutzt werden z. B. Farbstoffe, die sich zwischen den Domänen einlagern wie Laurdan, FilipinG. Gimpl, K. Gehrig-Burger: Cholesterol reporter molecules. In: Bioscience Reports. Band 27, Nummer 6, Dezember 2007, S. 335–358, . doi:10.1007/s10540-007-9060-1. PMID 17668316. oder kopfgelabelte Farbstoffe wie Texas Red, die sich aufgrund ihrer Größe bevorzugt in der ungeordneten Phase einlagern. Die B-Untereinheit des Choleratoxins bindet an das Gangliosid GM1 in lipid rafts.P. A. Orlandi, P. H. Fishman: Filipin-dependent inhibition of cholera toxin: evidence for toxin internalization and activation through caveolae-like domains. In: Journal of Cell Biology. Band 141, Nummer 4, Mai 1998, S. 905–915, . PMID 9585410. .J. Sanchez, J. Holmgren: Cholera toxin - a foe & a friend. In: The Indian journal of medical research. Band 133, Februar 2011, S. 153–163, . PMID 21415489. . Durch eine Fluoreszenzmarkierung können Proteine markiert werden, die sich in lipid rafts anreichern, z. B. Lck-GFP. Cholesterol kann durch Filipin, Nystatin oder Amphotericin B gebunden werden. Durch Methyl-beta-Cyclodextrin kann der Zellmembran Cholesterol entzogen werden. Durch HMG-CoA-Reduktase-Hemmer kann die Biosynthese des Cholesterols gehemmt werden.J. A. Allen, R. A. Halverson-Tamboli, M. M. Rasenick: Lipid raft microdomains and neurotransmitter signalling. In: Nature reviews. Neuroscience. Band 8, Nummer 2, Februar 2007, S. 128–140, . doi:10.1038/nrn2059. PMID 17195035. Im Gegensatz zu den anderen Bereichen der Zellmembran sind lipid rafts in einer 1 % (m/V) Triton X-100-Lösung bei 4 °C unlöslich und können daher mit milden Tensiden isoliert werden.K. B. Kim, J. S. Lee, Y. G. Ko: The isolation of detergent-resistant lipid rafts for two-dimensional electrophoresis. In: Methods in Molecular Biology. Band 424, 2008, S. 413–422, . . PMID 18369879.
Zur Analyse häufig verwendete Methoden sind z. B. die Fluoreszenzmikroskopie, die Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie und Kreuzkorrelationsspectroskopie (FCS/FCCS) zur Messung der Mobilität, der Förster-Resonanzenergietransfer zur Messung der Nachbarschaft zweier Moleküle und die optische Pinzette zur Messung der Viskosität.E. Klotzsch, G. J. Schütz: A critical survey of methods to detect plasma membrane rafts. In: Philosophical transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological sciences. Band 368, Nummer 1611, Februar 2013, S. 20120033, . doi:10.1098/rstb.2012.0033. PMID 23267184. . Weiterhin wird die Rasterkraftmikroskopie, die Scanning Ion Conductance Microscopy (SICM) und die Dual Polarisation Interferometry, Kernspinresonanzspektroskopie sowie ELISA, Western Blot und FACS verwendet. Per FLIP oder FRAP kann die seitliche Mobilität verfolgt werden.
Kritik am Lipid Raft-Konzept Am Konzept der lipid rafts wurden verschiedene Punkte kritisiert. Obwohl lipid rafts im Fluoreszenzmikroskop in Modellmembranen beobachtet werden können, ist deren Nachweis in lebenden Zellen bisher nicht eindeutig gelungen. Über deren durchschnittliche Größe (1–1000 nm) und Lebensdauer herrscht bei Forschern bisher keine Einigkeit. Daher ist es unklar, in welcher Form lipid rafts existieren.
Geschichte Spezielle Bereiche einer Zellmembran ( membrane microdomain) wurden erstmals in den 1970er Jahren durch Stier und Sackmann sowie Klausner und Karnovsky postuliert. Die Arbeitsgruppe von Karnovsky konnte den ungleichmäßigen Aufbau der Zellmembran anhand der unterschiedlichen Fluoreszenzlebensdauer von 1,6-Diphenyl-1,3,5-hexatrien in der Zellmembran zeigen. 1988 stellten Kai Simons in Deutschland und Gerrit van Meer in den Niederlanden ein Konzept von Mikrodomänen in Lipidmembranen vor, in denen sich Cholesterin, Glycolipide und Sphingolipide anreichern.S. Thomas, A. P. Pais, S. Casares, T. D. Brumeanu: Analysis of lipid rafts in T cells. In: Molecular Immunology. 41, 2004, S. 399–409.Zeljka Korade: Lipid rafts, cholesterol, and the brain. In: Neuropharmacology. 55, 2008, S. 1265–1273. Sie nannten diese Domänen „Lipid Rafts“, da diese wie Flöße auf der zweidimensionalen Lipiddoppelschicht der Zellmembran im Fluid-Mosaik-Modell schwimmen.
Einzelnachweise
Weblinks Bedeutung von lipid rafts und Transportproteinen für die Wirkung von Psychopharmaka
Kategorie:Zellbiologie Kategorie:Lipid Kategorie:Stoffgemisch