Domänentstehung in asymmetrischen Membranen

Zellmembranen weisen häufig laterale Inhomogenitäten auf, die bei zellulären Prozessen wie Exozytose und Endozytose, Signalübertragung, Apoptose, viraler Infektion und Immunabwehr eine wichtige Rolle spielen. Interessanter Weise überspannen diese, auch als Domänen bezeichnete, Inhomogenitäten immer beide Monoschichten einer Membran. Diese Ausrichtung, auch als Registrierung der Domänen bezeichnetes Phänomen kann, wie wir im Vorfeld an symmetrischen Membranen gezeigt haben, auf die Spannung entlang des Domainperimeters und auf thermische Wellenbewegungen der Membran zurückgeführt werden. Biologische Membranen sind jedoch asymmetrisch, d. h. die Lipidzusammensetzung ihrer inneren und äußeren Monoschichten unterscheidet sich voneinander, und es ist unklar, wie sowohl die Linienspannung als auch die Wellenbewegungen unter solchen Bedingungen funktionieren. Wir gehen daher der Frage nach, welchen Einfluss die Lipidzusammensetzung in einer Monoschicht auf Domänen in der anderen Monoschicht hat. Wir verwenden dazu asymmetrisch gefaltete Lipiddoppelschichten, die fotoschaltbare Lipide enthalten, um geordnete Lipiddomänen durch Licht aufzulösen oder umzuformen und um die ansonsten sehr dynamischen Einheiten zeitlich zu stabilisieren. Sie inkludieren außerdem farbstoffmarkierte Lipide, so dass die Domänen durch Fluoreszenzmikroskopie sichtbar gemacht werden können. Zusätzlich erfassen wir die Domänenmobilität als Indikator für die Domänengröße und den Diffusionskoeffizienten verschiedener Lipide um Inhomogenitäten in Domänen zu dokumentieren, die bei mikroskopischer Betrachtung aus einer einzigen Phase zu bestehen scheinen. Schlussendlich synthetisieren wir fotoschaltbare Lipide, die die Linienspannung modulieren können. Ziel ist die Entstehungsmechanismen von Lipiddomänen in asymmetrischen Membranen besser zu verstehen, da diese an zellulären Regulationsprozessen beteiligt sind.