Self-Assembly in Lipid-Protein Systems : Lung Surfactant, Stratum Corneum and Model Membranes

Abstract: Den yttersta barriären mellan luften och blodomloppet i våra lungor består av en lipid-protein film. Denna lipid-protein blandning kallas för lungsurfaktant. Filmen bestående av lungsurfaktant stabiliserar alveolerna i våra lungor och gör att vi kan andas utan motstånd. Brist av lungsurfaktant kan orsaka svåra sjukdomar, till exempel hos förtidigt födda barn som ännu inte hunnit bilda tillräckligt med lungsurfaktant för att forma en stabil film. En akut lösning är att ersätta den saknade filmen med en formulering av lungsurfaktant som ofta är ett biologiskt extrakt av lungsurfaktant från djur. Dessa extrakt saknar dock några av de beståndsdelar man hittar i den kroppsegna lungsurfaktanten. Några öppna frågor rörande lungsurfaktanter är hur denna film faktiskt ser ut vid luft-vatten gränsytan i lungan och hur dess olika beståndsdelar påverkar dess struktur. Lipider är molekyler som har en del som gillar vatten och en del som gillar fett. Detta gör att när de befinner sig i vatten så kommer de att gå ihop och bilda strukturer som minskar kontakten av den feta delen med vattnet. Det finns många olika sorters lipider som kan bilda olika strukturer i vatten. Så beroende på vilka lipider som filmen i lungan består av så kommer strukturen att se olika ut. Ett mål i den här avhandlingen har varit att ta reda på hur olika lipid komponenter av lipid-protein filmen i lungan påverkar den struktur som bildas och hur den faktiskt ser ut vid luft-vatten gränsytan där den befinner sig i kroppen. Vi har också undersökt hur yttre omständigheter påverkar strukturen, så som temperatur eller torr luft. Yttre förhållanden så som torka kan utsätta lipid- barriärer för stress, vilket kan få dem att ändra sin struktur till en som har mindre gynnsamma egenskaper för den funktion de är avsedda för.Yttersta lagret av huden, stratum corneum, består även den av lipider och proteiner som utgör vår kropps största barriär mot omgivningen. Huden innehåller också små polära molekyler, så kallade osmolyter, för att skydda denna barriär mot torka, vilket kan göra huden bräcklig. För att förstå mekanismen bakom hur dessa osmolyter skyddar huden mot torka har vi undersökt hur dessa små molekyler påverkar lipider och proteiner i stratum corneum vid olika fuktighetsförhållanden. Osmolyter återfinns även i andra organismer och växter för att skydda dessa mot uttorkning och kyla. I växtriket finns även andra mer komplicerade strategier som involverar specifika proteiner för att skydda växterna mot extrema väderförhållanden. Vi har studerat hur ett sådant protein, från familjen dehydriner, påverkar modelmembran designade för att likna strukturer relevanta för växter, och vi har jämfört effekterna av dehydrin proteinet med hur osmolyter påverkar dessa membran för att få en bättre bild av olika skyddsmekanismers roll i naturen.Tillsammmans ger dessa studier en bred bild över strukturer i olika lipid-protein system och hur dessa påverkas av sammansättningen och hur övergång mellan olika strukturer i reaktion på yttre stress kan förhindras i dessa system.