Forscher entdecken wichtige Erkenntnisse über die Struktur von Cholesterin in Zellmembranen

Eine neue Studie von Forschern der Rice University unter der Leitung von Jason Hafner eröffnet möglicherweise neue Wege zum Verständnis, wie Cholesterin die Zellmembranen und ihre Rezeptoren beeinflusst, und ebnet den Weg für zukünftige Forschungen zur cholesterinbedingten Organisation von Membranen. Diese Forschung wurde in der veröffentlicht Zeitschrift für Physikalische Chemie.

Cholesterin ist eines der Schlüsselmoleküle in Biomembranen, komplexen Strukturen aus Proteinen und Lipiden. Es spielt eine entscheidende Rolle bei der Organisation der Membran und beeinflusst das Verhalten der dort integrierten Rezeptoren. Doch das Verständnis der Struktur und Wechselwirkungen von Cholesterin in Biomembranen war lange Zeit ein Hindernis für Forscher.

„Unser Durchbruch könnte wichtige Auswirkungen auf das Verständnis von Krankheiten haben, die mit der Zellmembranfunktion zusammenhängen, insbesondere bei Krebs, bei dem die Membranorganisation von entscheidender Bedeutung ist“, sagte Hafner, Professor für Physik, Astronomie und Chemie.

Um dieser Herausforderung zu begegnen, wandte sich Hafners Labor der Raman-Spektroskopie zu, einer Technik, die Laserlicht nutzt, um Moleküle zu streuen und detaillierte Schwingungsspektren zu erzeugen, die reichhaltige molekulare Informationen liefern.

Die Forscher untersuchten in Membranen eingebettete Cholesterinmoleküle und verglichen ihre beobachteten Spektren mit denen, die mithilfe der Dichtefunktionaltheorie berechnet wurden, einer Methode, die typischerweise in quantenmechanischen Berechnungen verwendet wird.

„Dieser Prozess ermöglichte es uns, die einzigartigen Schwingungen jedes Moleküls zu beobachten und mehr über ihre Struktur zu erfahren“, sagte Hafner.

Das Forschungsteam berechnete Raman-Spektren von 60 verschiedenen Cholesterinstrukturen und konzentrierte sich dabei auf die einzigartige kondensierte Ringstruktur und seine Kette aus acht Kohlenstoffatomen. Durch diesen Prozess entdeckten die Forscher, dass diese Strukturen basierend darauf, wie die Kette von der Ebene der Ringe abweicht, gruppiert werden konnten, ein Befund, der Aufschluss über bisher unbekannte Strukturvariationen gibt.

Diese Studie sei das erste Mal, dass Forscher Cholesterinkettenstrukturen in ihrer natürlichen Membranumgebung direkt gemessen hätten, sagte Hafner.

„Wir waren überrascht, dass alle Cholesterinmoleküle derselben Gruppe bei niedrigen Frequenzen identische Spektren zeigten“, sagte Hafner. „Dadurch konnten wir die Analyse vereinfachen und unsere experimentellen Daten anpassen, um die Strukturen von Membran-Cholesterinketten abzubilden. »

Weitere Autoren der Studie sind Kyra Birkenfeld, eine Rice-Physik-Doktorandin, Tia Gandhi, eine Rice-Bioingenieurstudentin, und Mathieu Simeral, ein ehemaliger Rice-Doktorand und derzeitiger Postdoktorand bei Weill Cornell Medicine.