Die Fusion von Membranen erfordert die Verschmelzung von zwei Phospholipiddoppel-schichten, wobei dies über dieselben Zwischenschritte abzulaufen scheint. Eine lokale Störung (‚Stalk’) stellt eine erste Verbindung der äußeren Membranhälften dar, die anschließend lateral expandiert und ein Hemifusionsdiaphragma (HD) bildet. Das Öffnen einer Fusionspore im HD führt zur vollständigen Fusion. Mittels konfokaler Mikroskopie wurde die Fusion von Giant unilamellar vesicles (GUVs) mit negativ geladenen Lipiden und transmembranen (TM) Peptiden in Anwesenheit von zweiwertigen Kationen beobachtet, wobei die Peptide bei der HD Entstehung völlig verdrängt wurden. Eine detaillierte Analyse zeigte, dass es sich bei diesem Mikrometer-großen Bereich um ein HD handelt, dessen Größe von der Lipidzusammensetzung und Peptidkonzentration in den GUVs abhängt. Laterale Lipiddomänen gelten als entscheidend für Signal- und Sortierungsprozesse in der Zelle. Liquid ordered (Lo) Domänen in Modellsystemen wie GUVs ähneln den mit Sphingo-lipiden und Cholesterol angereicherten biologischen Raft-Domänen, allerdings scheinen Membraneigenschaften wie die Lipidpackung sich von biologischen Membranen zu unterscheiden. In diesem Zusammenhang wird die Sortierung des TM-verankerten Hemag-glutinin (HA) des Influenzavirus und von lipidverankerten Ras-Proteinen in GUVs wie auch in abgelösten Plasmamembran-Ausstülpungen (GPMVs) untersucht. HA Protein und TM-Pepitde von HA wurden ausschließlich (GUVs) bzw. vorwiegend (GPMVs) in der liquid disordered (Ld) Domäne gefunden. K-Ras wurde inmitten der Ld detektiert, während N-Ras zur Lo/Ld Grenzlinie diffundierte. Diese Ergebnisse werden im Zusammenhang mit den Unterschieden der Lipidpackung innerhalb der verschiedenen membranverankerten Systeme diskutiert. Es ist wahrscheinlich, dass die Bildung, Größe und Stabilität sowie die physikalischen Eigenschaften der Lipiddomänen in biologischen Membranen stark von Protein-Lipid-Wechsel-wirkungen beeinflusst werden. / Membrane fusion is ubiquitous in life and requires remodelling of two phospholipid bilayers. Fusion likely proceeds through similar sequential intermediates. A stalk between the contacting leaflets forms and radially expands into a hemifusion diaphragm (HD) wherein finally a fusion pore opens up. Direct experimental verification of this key structure is difficult due to its transient nature. Confocal microscopy was used to visualize the fusion of giant unilamellar vesicles (GUVs) comprising negatively charged phosphatidylserine and fluorescent transmembrane (TM) entities in the presence of divalent cations. A complete displacement of TM peptides preceded full fusion. This is consistent with HD formation. Detailed analysis provided proof that the micrometer sized structures are in fact HDs. HD size is dependent on lipid composition and peptide concentration. Lateral lipid domain formation is believed to be essential for sorting and signalling processes in the cell. Liquid ordered (Lo) domains in model systems like GUVs resemble biological rafts enriched in sphingolipids and cholesterol, but their physical properties seem distinct from biological membranes as judged by e.g. lipid order and packing. In this context the sorting of TM anchored influenza virus hemagglutinin (HA) and different lipid anchored Ras proteins is studied in GUVs and giant plasma membrane derived vesicles (GPMVs). Authentic HA or the TM domain peptides were sorted exclusively (GUVs) or predominantly (GPMVs) to the liquid disordered (Ld) domains. Whereas K-Ras was found in the bulk Ld domains, N-Ras diffuses to the Lo/Ld interface. These results are discussed with respect to differences in lipid packing in the different membrane systems and regarding the membrane anchors and their hydrophobic matching. The results suggest that the formation, size and stability as well as the physical properties of lipid domains in biological membranes are tightly regulated by protein-lipid interactions.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:HUMBOLT/oai:edoc.hu-berlin.de:18452/17089 |
| Date | 14 December 2011 |
| Creators | Nikolaus, Jörg |
| Contributors | Herrmann, Andreas, Keller, Sandro, Huster, Daniel |
| Publisher | Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I |
| Source Sets | Humboldt University of Berlin |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralThesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | Namensnennung - Keine Bearbeitung, http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/de/ |
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