náhled|450px|Schéma lipidového raftu A Intracelulární prostor (cytosol) B Extracelulární prostor nebo lumen vesiklů/Golgi aparátu 1. Běžná lipidová dvojvrstva (neraftová membrána) 2. Lipidový membránový raft 3. Transmembránový protein asociovaný s lipidovým raftem 4. Neraftový membránový protein 5. Glykosylační modifikace (na glykoproteinech a glykolipidech) 6. GPI-zakotvený protein 7. Cholesterol 8. Glykolipid V cytoplazmatické membráně buněk se nacházejí glykolipoproteinové mikrodomény, tvořené kombinací glykosfingolipidů a proteinových receptorů, které se nazývají lipidové rafty.Thomas S., Pais A.P., Casares S and Brumeanu T.D. (2004). Analysis of lipid rafts in T cells. Molecular Immunology 41: 399–409.Thomas S., Kumar R.S. and Brumeanu.T.D (2004). Role of lipid rafts in T cells. AITE 52: 215–224.Korade, Z.; Kenworthy, A. K. (2008). "Lipid rafts, cholesterol, and the brain". Neuropharmacology 55 (8): 1265. Tyto specializované membránové mikrodomény kompartmentalizují buněčné procesy tím, že slouží jako organizační centra pro uspořádávání signálních molekul, ovlivňují membránovou fluiditu a transport membránových proteinů a regulují neurotransmisi.Pike, L. J. (2008). "The challenge of lipid rafts". The Journal of Lipid Research 50: S323. Lipidové rafty jsou více uspořádané než okolní membránová dvojvrstva, ale volně v ní plavou.Simons, K.; Ehehalt, R. (2002). "Cholesterol, lipid rafts, and disease". Journal of Clinical Investigation 110 (5): 597.
Vlastnosti lipidových raftů náhled|300px|Prostorový model sfingomyelinu (a) a cholesterolu (b) Jedním z klíčových rozdílů mezi lipidovými rafty a plazmatickou membránou, z které jsou rafty odvozeny, je jejich lipidové složení. Lipidové rafty obvykle obsahují 3 až 5násobné množství cholesterolu než okolní dvojvrstva. Jsou také obohaceny o sfingolipidy, jako je například sfingomyelin, kterého je zde typicky o 50 % více než v plazmatické membráně. Aby byl vykompenzován zvýšený obsah sfingolipidů, mají lipidové rafty snížený obsah fosfatidylcholinu, což vede k přítomnosti podobného množství lipidů obsahujících cholin v raftech a v okolní plazmatické membráně. Se sfingolipidy přednostně interaguje cholesterol, a to díky jejich struktuře a nasycenosti uhlovodíkových řetězců. Ačkoli ne všechny fosfolipidy v raftech jsou zcela nasycené, hydrofobní řetězce lipidů obsažených v raftech jsou více nasycené a pevněji uspořádané než lipidy v okolní dvojvrstvě. Cholesterol v raftech funguje jako dynamické "lepidlo", a drží je tak pohromadě. V lipidových raftech se cholesterol převážně nachází díky rigidnímu charakteru jeho sterolové skupiny, která zapadá mezi rovné nasycené acylové řetězce lipidů. Důležitou vlastností membránových lipidů je jejich amfipatický charakter. Amfipatické lipidy mají polární hydrofilní skupinu a nepolární hydrofobní oblast.Fantini, J.; Garmy, N.; Mahfoud, R.; Yahi, N. (2004). "Lipid rafts: structure, function and role in HIV, Alzheimer's and prion diseases". Expert Reviews in Molecular Medicine 4 (27): 1–22. Obrázek vpravo ukazuje tvar sfingomyelinu (převrácený kužel) a cholesterolu (kužel) a jejich hydrofobní a hydrofilní oblasti. Cholesterol má schopnost vmezeřit se mezi lipidy v raftu, a slouží tak jako molekulární vložka a vyplňuje prázdná místa mezi asociovanými sfingolipidy.Fantini J, Garmy N, Mahfoud R, Yahi N (December 2002). "Lipid rafts: structure, function and role in HIV, Alzheimer's and prion diseases". Expert Reviews in Molecular Medicine 4 (27): 1–22.
Rietveld a Simons dali lipidové rafty v modelových membránách do spojitosti s nemísitelností uspořádané (Lo fáze) a neuspořádané (Ld nebo Lα fáze) tekuté fáze.Rietveld A, Simons K (November 1998). "The differential miscibility of lipids as the basis for the formation of functional membrane rafts". Biochim. Biophys. Acta 1376 (3): 467–79. Příčina této nemísitelnosti je nejistá, ale má se za to, že nemísitelnost minimalizuje volnou energii mezi oběma fázemi.
Lipidové rafty mohou být při nízkých teplotách (např. 4 °C) z okolní plazmatické membrány extrahovány pomocí neiontových detergentů, jako jsou například Triton X-100 a Brij-98. Je-li takový detergent přidán k buňkám, fluidní plazmatická membrána se rozpustí, zatímco lipidové rafty zůstanou nerozpuštěny a mohou být extrahovány.
Lipidové rafty jsou často kvůli jejich složení a rezistenci vůči detergentům také nazývány GEMs (glycolipid-enriched microdomains) nebo DRM (detergent resistant membranes).Fivaz M, Abrami L, van der Goot FG (June 1999). "Landing on lipid rafts". Trends Cell Biol. 9 (6): 212–3. Nicméně platnost metodiky pracující s rezistencí raftů vůči detergentům byla zpochybněna, a to kvůli nejasnostem ohledně lipidů a proteinů a pozorování, že jsou schopné vyvolávat vznik pevných struktur tam, kde předtím nebyly.Heerklotz H (November 2002). "Triton promotes domain formation in lipid raft mixtures". Biophys. J. 83 (5): 2693–701.
Historie Až do roku 1982 bylo v souladu se Singer-Nicolsonovým modelem tekuté mozaiky, publikovaným v roce 1972, široce přijímáno, že fosfolipidy a membránové proteiny jsou v buněčných membránách náhodně rozmístěny.Singer SJ, Nicolson GL (February 1972). "The fluid mosaic model of the structure of cell membranes". Science 175 (4023): 720–31. V 70. letech ale Stier & Sackmann a Klausner & Karnovsky s použitím biofyzikálních přístupů postulovali membránové mikrodomény.Stier A, Sackmann E (July 1973). "Spin labels as enzyme substrates. Heterogeneous lipid distribution in liver microsomal membranes". Biochim. Biophys. Acta 311 (3): 400–8.Karnovsky MJ, Kleinfeld AM, Hoover RL, Klausner RD (July 1982). "The concept of lipid domains in membranes". J. Cell Biol. 94 (1): 1–6. Tyto mikrodomény byly přisouzeny fyzikálním vlastnostem a organizaci lipidových směsí (Stier & SackmannStier A, Sackmann E (July 1973). "Spin labels as enzyme substrates. Heterogeneous lipid distribution in liver microsomal membranes". Biochim. Biophys. Acta 311 (3): 400–8. a Israelachvili et al.Israelachvili JN, Marcelja S, Horn RG (May 1980). "Physical principles of membrane organization". Q. Rev. Biophys. 13 (2): 121–200.). V roce 1974 vedl objev efektů teploty na chování membrány k návrhu "lipidových shluků" v membráně a v roce 1975 data naznačila, že by tyto shluky mohly být kvazikrystalické oblasti obklopené volněji rozptýlenými krystalickými lipidovými molekulami. V roce 1978 vedly rentgenové difrakční studie k dalšímu vývoji tohoto modelu a mikrodomény byly definovány jako "lipidy ve více uspořádaném stavu". V roce 1982 Karnovsky a spolupracovníci formálně stvrdili koncept lipidových domén v membránách. Karnovského výzkum ukázal heterogenitu v délce života 1,6-difenyl-1,3,5-hexatrienu, což indikovalo, že v lipidovém prostředí membrány se nachází několik fází. Jeden typ mikrodomén je tvořen cholesterolem a sfingolipidy. Biltonen, Thompson a jejich spolupracovníci ukázali, že se vytváří díky segregaci těchto lipidů do oddělené fáze.Estep TN, Mountcastle DB, Barenholz Y, Biltonen RL, Thompson TE (May 1979). "Thermal behavior of synthetic sphingomyelin-cholesterol dispersions". Biochemistry 18 (10): 2112–7. Poté bylo ukázáno, že tyto membrány existují i v buněčných membránách.Goodsaid-Zalduondo F, Rintoul DA, Carlson JC, Hansel W (July 1982). "Luteolysis-induced changes in phase composition and fluidity of bovine luteal cell membranes". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 79 (14): 4332–6. Později se Kai Simons z Německa a Gerrit van Meer z Nizozemska znovu zaměřili na tyto membránové mikrodomény obohacené o lipidy, cholesterol, glykolipidy a sfingolipidy přítomné v buněčných membránáchSimons K, van Meer G (August 1988). "Lipid sorting in epithelial cells". Biochemistry 27 (17): 6197–202. a následně je pojmenovali jako lipidové rafty. Původní koncept raftů byl využit pro vysvětlení transportu cholesterolu z trans Golgi váčků na plazmatickou membránu, což bylo dále rozvinuto Simonsem a Ikonenovou.Simons K, Ikonen E (June 1997). "Functional rafts in cell membranes". Nature 387 (6633): 569–72. V roce 2006 byly na symposiu (Keystone Symposium of Lipid Rafts and Cell Function) lipidové rafty definovány jako "malé (10–200 nm), heterogenní, velmi dynamické, na steroly a sfingolipidy bohaté domény, kompartmentalizující buněčné procesy. Malé rafty mohou být někdy stabilizovány a tvoří větší platformy pomocí protein-proteinových interakcí." V posledních letech se výzkum lipidových raftů snaží odpovědět na klíčové otázky, které vyvolávají kontroverzi v této oblasti a týkají se například velikosti a délky života raftů.
Typy lipidových raftů Byly navrženy dva typy lipidových raftů: planární lipidové rafty (také nazývané jako nekaveolární nebo glykolipidové) a kaveoly. Planární rafty jsou definovány tím, že jsou kontinuální s rovinou plazmatické membrány (bez invaginace) a chybí u nich rozpoznávací morfologické znaky. Na druhé straně kaveoly tvoří invaginace plazmatické membrány, tvarem připomínající baňku, obsahují kaveolinové proteiny a jsou to nejsnadněji pozorované struktury v lipidových raftech. Kaveoliny jsou široce exprimovány v cévách v mozku, v endotelových buňkách, astrocytech, oligodendrocytech, Schwannových buňkách, dorsálních kořenových gangliích a neuronech hippocampu. Planární rafty obsahují flotillinové proteiny a nacházejí se v neuronech a leukocytech, kde nejsou přítomny kaveoly. Oba typy raftů mají podobné lipidové složení (jsou obohacené na cholesterol a sfingolipidy). Flotilliny a kaveoliny mají schopnost přivádět do lipidových raftů signální molekuly, a hrají tak důležitou roli například v signální transdukci neurotransmiterů. Tyto mikrodomény prostorově organizují signální molekuly, a tím usnadňují jejich interakce, které jsou nezbytné pro signální transdukci. Mohou ale také signální molekuly oddělovat, brání tedy jejich interakci a inhibují signalizaci.Allen, John A. "Lipid raft microdomains and neurotransmitter signalling." Nature 8 (2007): 128–140.
Lipidové rafty a signální transdukce Signální transdukce na buněčné úrovni znamená proces, při kterém buňka převádí jeden druh signálu nebo stimulu na jiný. Přenos signálu nebo stimulu může být jednoduchý, asociovaný s molekulou receptoru. Komplexnější signální transdukce zahrnuje spřažení interakce ligand-receptor s mnoha dalšími intracelulárními ději. Tyto děje zahrnují fosforylace tyrosinovými kinázami a/nebo serin/threoninovými kinázami.King, M. K. "Mechanisms of Signal Transduction". IU school of Medicine. 7 November 2010. Accessed 3 February 2011. Specifita a přesnost přenosu signálu jsou pro buňky nezbytné k tomu, aby mohly efektivně reagovat na změny v prostředí. Toho je částečně dosaženo diferenciální lokalizací proteinů, které se účastní signálních drah. V plazmatické membráně může být této kompartmentalizace dosaženo pomocí lipidových raftů.Peter W. Janes, Steven C. Ley, Anthony I. Magee and Panagiotis S. Kabouridis (February 2000). "The role of lipid rafts in T cell antigen receptor (TCR) signalling". Seminars in Immunology 12 (1): 23–24. Jedním ze způsobů, jak můžeme uvažovat o lipidových raftech, je, že po aktivaci receptoru ligandem dochází ke shlukování malých raftů do větších signalizačních platforem.Schmitz G, Grandl M (March 2008). "Update on lipid membrane microdomains". Curr Opin Clin Nutr Metab Care 11 (2): 106–112. Jestliže se aktivace receptoru odehrává v lipidovém raftu, je signalizační komplex chráněn před neraftovými molekulami, jako mohou být například membránové fosfatázy. Asociace proteinů s rafty tedy přivádí proteiny do nového mikro-prostředí, kde může být jejich fosforylační stav modifikován zde přítomnými kinázami, což může spouštět následnou signalizaci.Simons Kai1 , Toomre Derek (October 2000). "LIPID RAFTS AND SIGNAL TRANSDUCTION". Nature Reviews Molecular Cell Biology 1 (1): 31–39. Lipidové rafty hrají roli v mnoha signálních procesech, jako je signalizace receptoru pro imunoglobulin E, antigenně specifického receptoru T a B lymfocytů, receptoru pro EGF, insulin a tak dále.