Atomic force microscopy and spectroscopic studies of the physical effects of ceramides on model and cell membranes

Resum

La presente tesis se encuadra en el campo del estudio de las propiedades biofísicas de membranas lipídicas. En concreto, está centrada en el estudio del efecto de la ceramida, un lípido de relevancia biológica por su papel bioactivo en procesos tales como la muerte celular programada (apoptosis). La ceramida altera las propiedades biofísicas de las membranas generando diferentes fases gel segregadas altamente empaquetadas que pueden afectar al tráfico membranal, así como a la permeabilidad de la membrana y al paso de lípidos de la monocapa lipídica interna a la externa (flip-flop). Estos dominios segregados se ven afectados por la presencia de colesterol, dada la alta hidrofobicidad de ambas moléculas que tienden a desplazarse mutuamente. En esta tesis se muestra que la ceramida y el colesterol pueden establecer interacciones formando fases propias estables enriquecidas en ambos al mismo tiempo. Para este propósito, se ha utilizado una combinación de técnicas biofísicas tales como microscopía confocal, calorimetría diferencial de barrido o la microscopía de fuerza atómica, siendo ésta última la más utilizada en este trabajo por su capacidad para analizar tanto topografía como resistencia nanomecánica. En la presente tesis se muestra que las fases enriquecidas tanto en colesterol como ceramida pueden aparecer en entornos de membrana celular, y se monitoriza un proceso de muerte celular de eritrocitos inducido por Pb2+ donde la ceramida tiene un rol esencial. Estos resultados son relevantes en el contexto de la muerte celular, la toxicidad de metales pesados, la señalización por esfingolípidos y la formación de plataformas de membrana.