miniatura|450px|Organización dunha balsa lipídica na que a rexión (1) é unha bicapa lipídica estándar, e a rexión (2) é unha balsa lipídica. Unha balsa lipídica é unha pequena área ou microdominio da membrana plasmática da célula de natureza glicolipoproteica na que se combinan glicoesfingolípidos e receptores proteicos de membrana. Estes microdominios especializados de membrana compartimentalizan os procesos celulares ao serviren como centros organizadores para a ensamblaxe de moléculas de sinalización, influíren na fluidez da membrana e no tráfico de proteínas de membrana, e na regulación da neurotransmisión e o tráfico de receptores. As balsas lipídicas están máis ordenadas e os seus compoñentes máis fortemente unidos entre si que a bicapa que os rodea, pero flotan libremente na bicapa da membrana. Aínda que son máis comúns na membrana plasmática, as balsas lipídicas tamén se atoparon en membranas doutras partes da célula, como nas do aparato de Golgi e lisosomas.
Propiedades das balsas lipídicas
miniatura|300px|Modelos da esfingomielina (a) e o colesterol (b). Unha diferenza clave entre as balsas lipídicas e as membranas plasmáticas das que derivan é a súa composición en lípidos. As balsas lipídicas xeralmente conteñen do triplo ao quíntuplo da cantidade de colesterol que normalmente se encontra nunha bicapa lipídica. Ademais, as balsas lipídicas están enriquecidas en esfingolípidos como a esfingomielina, que está tipicamente elevada nun 50% en comparación coa membrana plasmática. Para compensar os niveis elevados de esfingolípidos, os niveis de fosfatidilcolina están diminuídos, o que orixina uns niveis similares de lípidos que conteñen colina entre as balsas e a membrana plasmática que as rodea. O colesterol interacciona preferentemente, pero non exclusivamente, cos esfingolípidos debido á súa estrutura e á saturación das súas cadeas hidrocarbonadas. Aínda que non todos os fosfolípidos da balsa están completamente saturados, as cadeas hidrofóbicas dos lípidos das balsas están máis saturadas e estreitamente empaquetadas que a bicapa circundante. O colesterol é a "cola" dinámica que "pega" e mantén unida a balsa, ocupando os espazos entre os esfingolípidos e outros lípidos anfipáticos (que teñen unha grupo ou cabeza polar hidrofílica, e unha rexión hidrofóbica non polar). Debido á natureza ríxida do grupo esterol, o colesterol particiónase preferentemente nas balsas lipídicas, onde as cadeas acilo dos lípidos tenden a ser máis ríxidas e estar nun estado menos fluído.
Rietveld & Simons relacionaron as balsas lipídicas de membranas modelo coa inmiscibilidade de fases líquidas ordenadas (fase Lo) e desordenadas (fase Ld ou Lα). A causa desta inmiscibilidade é incerta, pero a inmiscibilidade crese que minimiza a enerxía libre entre as dúas fases. Hai unha diferenza no grosor das balsas lipídicas e o da membrana que as rodea, que ten como resultado unha falta de coincidencia na hidrofobicidade no límite entre as dúas fases. Esta falta de coincidencia na altura da fase incrementa a tensión, o que pode producir a formación de plataformas de balsas máis circulares e grandes para minimizar o custo enerxético de manter as balsas como unha fase separada. Outros eventos espontáneos, como a curvatura da membrana e a fusión de pequenas balsas en balsas meirandes, pode tamén minimizar a tensión.
Debido á súa composición e resistencia a deterxentes, as balsas lipídicas tamén se chaman complexos ricos en glicolípidos insolubles en deterxentes (GEMs) ou DIGs ou Membranas Resistentes a Deterxentes (DRMs). Hipotetizouse que esta propiedade podería servir para extraelas da membrana. Porén, a validez da metodoloxía da resistencia a derterxentes das membranas foi posta en cuestión recentemente debido ás ambigüidades nos lípidos e proteínas recuperados e a observación de que poden tamén causar a formación de áreas sólidas onde previamente non as había.
Tipos comúns de balsas lipídicas Propuxéronse dous tipos de balsas lipídicas: balsas lipídicas planas (tamén chamadas non caveolares ou glicolipídicas) e caveolas. As balsas planas son continuas co plano da membrana plasmática (non invaxinadas) e carecen de características morfolóxicas distintivas. As caveolas, por outra parte, son invaxinacións arredondadas da membrana plasmática que conteñen proteínas caveolinas e son as estruturas máis facilmente observables entre as balsas lipídicas. As caveolinas exprésanse abondosamente no cerebro, microvasos do sistema nervioso, células endoteliais, astrocitos, oligodendrocitos, células de Schwann, e neuronas dos ganglios dorsais e hipocampo. As balsas planas conteñen a proteína flotilina e encóntranse en neuronas nas que as caveolas están ausentes. Ambos os tipos teñen unha composición lipídica similar (rica en colesterol e esfingolípidos). A flotilina e as caveolinas teñen a capacidade de recrutar moléculas de sinalización ás balsas, xogando así un importante papel na transdución de sinais neurotransmisora. Propúxose que estes microdominios organizan espacialmente as moléculas de sinalización para promoveren interaccións cineticamente favorables necesarias para a transdución de sinais. Inversamente, estes microdominios poden tamén separar as moléculas de sinalización, inhibindo as interaccións e atenuando as respostas de sinalización.
Balsas lipídicas e transdución de sinais A transdución de sinais nas células é a conversión dun tipo de sinal ou estímulo noutro. O sinal ou estímulo pode chegar a un receptor de membrana, que transmite directamente o sinal ao interior da célula, pero hai transducións de sinais máis complexas que implican o acoplamento de interaccións ligando-receptor con moitos eventos intracelulares, como a fosforilación por tirosina quinases ou serina/treonina quinases. A especificidade e fidelidade da transdución de sinais é esencial para que as células respondan eficientemente aos cambios no seu ambiente. Isto conséguese en parte pola localización diferencial de proteínas que participan nas vías de sinalización. Na membrana plasmática, unha forma de compartimentalización é a utilización de balsas lipídicas.
Unha forma de considerar o funcionamento das balsas lipídicas é que as pequenas balsas lipídicas poden concentrarse formando plataformas despois da activación pola unión dun ligando de receptores individuais. Se a activación do receptor ten lugar nunha balsa lipídica, o complexo de sinalización está protexido dos encimas que non pertencen á balsa como as fosfatases de membrana. En conxunto, a unión a balsas serve para recrutar proteínas nun novo microambiente para que o estado de fosforilación poida ser modificado por quinases locais e fosfatases, o que orixinará a sinalización de augas abaixo da vía. As balsas lipídicas están implicadas en moitos procesos de sinalización, como a sinalización por inmunoglobulina E (alerxias), a sinalización do receptor para o antíxeno da célula T (TCR) , ou do receptor para o antíxeno da célula B (BCR), a do receptor de EGF, a do receptor da insulina etc.
As balsas lipídicas como plataformas para a entrada de virus Os virus son parasitos intracelulares obrigados e teñen que establecer interaccións específicas con receptores celulares expresados na membrana plasmática para poder entrar nas células. As probas acumuladas apoian que os virus entran nas células utilizando microdominios de memrbana específicos, incluíndo balsas lipídicas.
Virus sen envoltura Os modelos mellor estudados da entrada de virus sen envoltura relacionada con balsas lipídicas son o do virus simio 40 (SV40, un Papovaviridae) e o do ecovirus tipo 1 (EV1, un Picornaviridae).
O SV40 utiliza dous receptores diferentes para unirse á superficie celular: o gangliósido GM1 localizado en balsas lipídicas e moléculas do complexo maior de histocompatibilidade (MHC) de clase I. A unión do SV40 con moléculas MHC-I causa o agrupamento e redistribución do receptor. O SV40 pode recrutar máis caveolas procedentes do citoplasma ou tamén novas caveolas formadas no sitio de entrada. Unha fervenza de eventos de sinalización inducidos pola unión do virus orixina unha endocitose mediada por caveolas nuns 20 minutos. Nalgúns tipos de células o virus contido en vesículas non revestidas formadas directamente nas balsas lipídicas pode entrar na célula e pasar aos caveosomas (orgánulos citoplasmáticos vesiculares preexistentes) cando as vesículas se fusionan con eles.
O EV1 utiliza a integrina α2β1 como receptor celular. Poden unirse moitos heterodímeros de integrina a puntos adxacentes da cápside do virus. De xeito similar ao que ocorre co SV40, a unión coa superficie das células provoca o agrupamento e recolocación de moléculas de integrina das balsas lipídicas en estruturas similares a caveolas. A depleción do colesterol nas balsas lipídicas inhibe a infección por EV1.
Hai tamén virus que usan a endocitose mediada por balsas non caveolar, como o ecovirus 11 (EV11, un picornavirus). Porén, os mecanismos detallados non se coñecen ben.
Virus con envoltura O virus da gripe únese ao receptor celular ácido siálico, o cal se une a un glicoconxugado na superficie da célula, para iniciar así a endocitose. Despois de ser transportado a endosomas tardíos, un cambio de conformación da hemaglutinina (HA) dependente de pHs baixos induce a fusión, e libéranse complexos ribonucleoproteicos virais polo fluxo protónico do canle iónica viral da proteína M2, que require a unión co colesterol. O virus Semliki Forest (SFV) e o virus Sindbis (SIN) necesitan que haxa colesterol e esfingolípidos nas balsas lipídicas da membrana diana para a fusión a membranas mediada por glicoproteína da envoltura e a súa entrada. O virus T-linfotrópico humano tipo I (HTLV-1) entra na célula por medio do transportador de glicosa 1 (GLUT-1); o virus Ebola e o Marburg utilizan o receptor-α de folato (FRα), o cal é unha proteína ancorada a GPI (glicosilfosfatidilinositol); o virus da hepatite B recoñece o receptor do complemento tipo 2 humano (CR2, coñecido como CD21); O herpesvirus humano 6 (HHV-6) únese ao CD46 da superficie da célula hóspede humana; todos estes receptores virais están localizados en balsas lipídicas ou son recolocados nas balsas despois da infección.
O virus da inmunodeficiencia humana (VIH) debe penetrar primeiro unha barreira de células epiteliais, que non expresan receptores CD4 e de quimiocinas, para establecer unha infección produtiva. Un receptor alternativo para a glicoproteína da envoltura do VIH-1 situado nas células epiteliais é o glicoesfingolípido galactosil-ceramida (GalCer), cuxa concentración está enriquecida nas balsas lipídicas.
Visualización de balsas lipídicas