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研究人员通过对细胞膜直接成像的新技术，揭示了小分子在细胞膜中的分布，改变了人们对细胞膜内鞘脂组织形式的老看法。文章发表在一月二十八日的美国国家科学院院刊PNAS杂志上，为人们提供了研究细胞结构和功能的新工具。
生物通报道：Lawrence Livermore国家实验室、Illinois大学和NIH的研究人员通过对细胞膜直接成像的新技术，揭示了小分子在细胞膜中的分布，改变了人们对细胞膜内鞘脂组织形式的老看法。文章发表在一月二十八日的美国国家科学院院刊PNAS杂志上，为人们提供了研究细胞结构和功能的新工具。
细胞包裹在细胞膜中，这种半透膜是细胞的重要屏障。细胞膜主要由脂质组成，靶标这种小分子时很容易使它受到干扰。
“脂质具有多种功能，它既是膜结构也是信号分子，调节着细胞内的其他功能，” Kraft说。“因此了解细胞膜内脂质的组织形式很重要。”
此前的细胞膜研究显示，细胞膜中的脂质以不同的方式组成多个结构域。但由于难以进行直接观察，人们对脂质的组织形式及其对细胞功能的影响知之甚少。而这项研究中，研究团队开发了先进的直接成像方法，使他们能够直接观察小鼠细胞膜并在其中定位脂质（鞘脂sphingolipid）。研究人员先向细胞中掺入标记有稳定同位素的脂质，再用高分辨率成像质谱分析（high-resolution imaging mass spectrometry）观察同位素的分布。
人们此前认为，鞘脂分子与胆固醇相连一同形成直径约200纳米的小结构域。但直接成像技术显示，鞘脂的确会形成结构域，只不过形成方式与人们的预期并不相同。研究显示，实际上鞘脂组成的结构要大得多，那些200纳米结构域聚集在一起在膜中形成了微米尺寸的鞘脂斑。
此外，研究人员发现胆固醇含量低的细胞中，鞘脂仍然会形成结构域。但破坏细胞骨架会使鞘脂斑解离。“我们发现胆固醇虽然对这些结构有一定的影响，但细胞骨架的影响更大，细胞骨架是位于细胞膜下的蛋白网络，” Kraft说。“数据显示，这些结构域的形成机制比我们预想的要复杂得多。”
需要注意的是，一直被认为指示鞘脂聚集位置的标志性蛋白，其实与鞘脂结构域并不完全相关。这意味着靶标这一蛋白所收集到的数据，并不能准确反映鞘脂的分布。
“我们的数据显示，如果想要知道鞘脂的分布，就要直接检测脂质而不要根据其他分子来推测，” Kraft说，“这项研究提供了直接观察它们的方法。”
下一步，研究人员计划将直接成像方法与其他传统方法（如荧光）相结合，来进一步确定细胞膜中不同分子的组织形式、相互作用及其对细胞功能的影响。他们预计从胆固醇开始，“胆固醇丰度很重要，改变了它将会大大影响细胞功能，” Kraft说。
（生物通编辑：叶予）
生物通推荐原文摘要：
Direct chemical evidence for sphingolipid domains in the plasma membranes of fibroblasts
Sphingolipids play important roles in plasma membrane structure and cell signaling. However, their lateral distribution in the plasma membrane is poorly understood. Here we quantitatively analyzed the sphingolipid organization on the entire dorsal surface of intact cells by mapping the distribution of 15N-enriched ions from metabolically labeled 15N-sphingolipids in the plasma membrane, using high-resolution imaging mass spectrometry. Many types of control experiments (internal, positive, negative, and fixation temperature), along with parallel experiments involving the imaging of fluorescent sphingolipids—both in living cells and during fixation of living cells—exclude potential artifacts. Micrometer-scale sphingolipid patches consisting of numerous 15N-sphingolipid microdomains with mean diameters of ∼200 nm are always present in the plasma membrane. Depletion of 30% of the cellular cholesterol did not eliminate the sphingolipid domains, but did reduce their abundance and long-range organization in the plasma membrane. In contrast, disruption of the cytoskeleton eliminated the sphingolipid domains. These results indicate that these sphingolipid assemblages are not lipid rafts and are instead a distinctly different type of sphingolipid-enriched plasma membrane domain that depends upon cortical actin.
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