Une équipe de recherche du Département de chimie appliquée et des sciences de la vie de l’Université de technologie de Toyohashi a découvert un phénomène dans lequel des lipides spécifiques étaient concentrés sur l’oxyde de graphène dans une membrane bicouche lipidique à plusieurs composants servant de modèle de membrane cellulaire. Les résultats sont publiés dans le International Journal of Molecular Sciences .

L'équipe de recherche a également clarifié le mécanisme par lequel les composants des « radeaux lipidiques » se rassemblent (où se produisent d'importantes réactions membranaires cellulaires telles que la neurotransmission et le métabolisme) en raison des caractéristiques de surface de l'oxyde de graphène. Cette découverte devrait être utilisée dans des technologies fondamentales pour concentrer et séparer les lipides et les protéines dans les membranes cellulaires, cibles importantes pour la recherche sur les médicaments.

Le transport des substances, des informations et de l’énergie nécessaires aux activités à l’intérieur et à l’extérieur des cellules s’effectue à travers les membranes cellulaires. Ces échanges sont profondément impliqués dans la neurotransmission, le métabolisme et les infections virales, ce qui en fait d'importantes cibles de recherche dans les domaines de la biologie, de la médecine et de la découverte de médicaments.

La structure fondamentale de la membrane cellulaire est une membrane bicouche lipidique. Des lipides spécifiques et des protéines membranaires se rassemblent grâce à la diffusion latérale et à l'agrégation de molécules au sein de la membrane. Ces régions sont appelées domaines lipidiques, qui à leur tour contrôlent et améliorent l’efficacité des réactions se produisant dans la membrane cellulaire. Un exemple représentatif du domaine lipidique est le « radeau lipidique », riche en sphingolipides et en cholestérol. De nouvelles technologies permettant de contrôler et d'organiser les positions des domaines lipidiques sur un substrat solide sont nécessaires pour la biodétection et le criblage des lipides et des protéines membranaires.

Cette équipe de recherche a fabriqué une bicouche lipidique artificielle sur une monocouche d'oxyde de graphène déposée sur un substrat de silicium. Ils ont découvert pour la première fois que les domaines lipidiques étaient concentrés sur l’oxyde de graphène. L'oxyde de graphène a une structure dans laquelle des groupes fonctionnels oxygène hydrophiles sont ajoutés au graphène (un matériau en feuille monoatomique de carbone).

Dans une bicouche lipidique à deux composants constituée de deux types de phosphatidylcholines avec des fluidités différentes, la majorité des domaines de phase gel à faible fluidité dans la membrane de la bicouche lipidique se sont rassemblés sur l'oxyde de graphène. Dans une membrane bicouche lipidique mixte à trois composants composée de sphingolipides, de cholestérol et de phosphatidylcholine, de nombreux composants du radeau lipidique étaient présents sur l'oxyde de graphène.

Le professeur Ryugo Tero, chef de l'équipe de recherche, explique :« Quelle que soit la composition lipidique, les domaines lipidiques les moins fluides se sont regroupés sur l'oxyde de graphène. Cela était dû à la présence d'un mélange de régions hydrophiles et hydrophobes à la surface de l'oxyde de graphène. à l'échelle nanométrique. Le processus initial de formation du domaine dans la bicouche lipidique s'est produit préférentiellement dans les régions hydrophobes de l'oxyde de graphène. "

L’équipe de recherche affirme que le contrôle des positions des domaines lipidiques sur le substrat solide est nécessaire pour disposer les protéines membranaires ayant une affinité élevée pour ces lipides aux mêmes endroits. Cette découverte est utile pour les technologies fondamentales dans les domaines de la biodétection et du criblage ciblant les protéines membranaires.

En outre, l’équipe de recherche estime que la même méthode peut être utilisée pour collecter des composants lipidiques biochimiquement importants tels que les glycolipides ainsi que le radeau lipidique. Ils espèrent que cela sera utile dans le développement de techniques permettant de concentrer et de purifier les lipides rares et les protéines membranaires des membranes cellulaires.

Plus d'informations : Ryugo Tero et al, Localisation de domaine par l'oxyde de graphène dans les bicouches lipidiques prises en charge, International Journal of Molecular Sciences (2023). DOI : 10.3390/ijms24097999

Fourni par l'Université de technologie de Toyohashi