11.7: Ендоцитоз, опосередкований рецептором
- Page ID
- 3524
Подібно до того, як відбувається везикулярний рух до плазматичної мембрани, або для секреції, або для включення мембранних ліпідів або білків, також може бути везикулярний рух від плазматичної мембрани. Ендоцитоз - це процес, за допомогою якого білок оболонки (зазвичай клатрін) на цитоплазматичної стороні плазматичної мембрани починає полімеризувати оболонку, яка втягує мембрану з нею в везикулу. Однак замість того, щоб захопити з ним трохи просвіту ER або Гольджі, везикула містить трохи матеріалу ззовні клітини. Іноді ендоцитоз ініціюється внутрішньо, можливо, для видалення певного білка з поверхні клітини (наприклад, див. Див. Динаміку заднього краю в рухливості клітин в наступному розділі), але часто ендоцитоз є результатом зв'язування ліганду з молекулою позаклітинного рецептора, що призводить до його активація і подальше зародження клатринового вузла і утворення везикул.
Існує багато типів лігандів: молекула поживних речовин (як правило, на білок-носії, як у прикладах нижче) або навіть атакуючий вірус, який кооптизував ендоцитарний механізм для полегшення входу в клітину. Приклад, зображений тут, є класичним прикладом: ендоцитоз холестерину (через ліпопротеїди низької щільності). Це ілюструє один потенційний шлях, який рецептори та їх вантаж можуть пройти. У випадку холестерину білок носій розщеплюється повністю, хоча у випадку трансферину, сироваткового білка, який переносить залізо в крові, білок носій просто переробляється після вивільнення свого трансферину вантажу. Він упакований в екзоцитарну везикулу, спрямовану назад на клітинну поверхню.
Сироватковий холестерин зазвичай етерифікується і зв'язується ЛПНЩ (ліпопротеїдів низької щільності), який потім плаває в крові, поки він не зустрінеться з рецептором ЛПНЩ на поверхні клітини. Коли ЛПНЩ зв'язується зі своїм рецептором, рецептор активується, і навколо комплексу ЛПНЩ/рецепторів утворюється міхур, покритий клатрином. Рецептори ЛПНЩ, як правило, агрегуються в так званих ямах, покритих клатрином - кратер-подібних часткових бульбашок, які вже мають невелику кількість полімеризованих молекул клатрину. Везикула утворюється точно так, як описано раніше для бульбашок клатрину, отриманих Гольджі: клатрин сам- збирається в сферичну везикулу, а динамін відщипує везикулу від клітинної мембрани. Потім ця бульбашка зливається з ранньою ендосомою, яка переносить протонні насоси у своїй мембрані, викликаючи закислення середовища всередині бульбашки (~ pH 6). Це підкислення може спричинити конформаційні зрушення білків, які можуть, наприклад, призвести до того, що рецептор вивільняє свій ліганд, як це відбувається у випадку з рецепторами ЛПНЩ та ЛПНЩ. Рання ендосома також функціонує як сортувальна станція: рецептор повторно везикуляризується і транспортується назад до плазматичної мембрани. Тим часом ЛПНЩ упаковується в іншу везикулу і головами для подальшої обробки.
Ендосомні протонні насоси мають ATP, Mg 2 + -залежний V-тип насоса (на відміну від насоса типу F у внутрішній мембрані мітохондрій). Структурно вони схожі, хоча, і гідроліз АТФ приводить в дію ротаційний блок, який потім забезпечує рух протонів через мембрану з цитоплазми в ендосому.
Ендосомний бульбашка з ЛПНЩ в ньому поруч зливається з іншим кислим, пов'язаним з мембранами відділенням. Лізосома при рН ~ 5,0 навіть більш кисла, ніж ендосома, і вона також містить великий комплімент кислих гідролаз - гідролітичних ферментів, що знаходяться в межах субстратів (включаючи протеази, ліпази, глікозидази, нуклеази), які оптимально працюють в кислих умовах, і мінімально в нейтральних або слабо основні стани в цитоплазмі. Частково це механізм безпеки - витік травних ферментів з лізосоми не призведе до оптового перетравлення клітини, оскільки ферменти мають мало або взагалі не мають активності в цитоплазмі. Лізосомальна мембрана, крім того, що має протонні насоси для підкислення внутрішнього середовища, також включає багато білків-транспортерів, які допомагають переміщати продукти травлення кислотних гідролаз з лізосоми, щоб клітина могла використовувати амінокислоти, цукру, нуклеотиди та ліпіди, які результат. Повернемося до нашого прикладу, це означає, що ефіри холестерину розщеплюються на окремі молекули холестерину, а ліпопротеїди розщеплюються на ліпіди та амінокислоти. Цікаво, що ці білки-транспортери не перетравлюються лізосомними протеазами, оскільки вони дуже сильно глікозильовані, що захищає потенційні протеолітичні ділянки від протеаз.
Лізосомальні ферменти спеціально позначені маннозо-6-фосфат, який додається в цис Гольджі. Це двоетапний процес, при якому N-ацетилглюкозамінфосфотрансфераза додає фосфо-ГЛКNAC до залишку маннози, з'єднуючись через фосфатну групу, потім фосфодіестераза видаляє GlCNAC, залишаючи маннозу-6-р. Це конкретно націлено на лізосомальні ферменти, оскільки всі вони мають специфічні послідовності розпізнавання білка, з якими фосфотрансфераза зв'язується перед перенесенням p-glcNAC. Хоча лізосомальні ферменти позначені в цис Гольджі, вони не сортують до транс Гольджі, коли рецептори маннози-6-р зв'язуються з лізосомними ферментами і утворюють лізосомальні бульбашки, які будуть розшаровуватися і подорожувати до пізніх ендосом і лізосом, щоб доставити їх корисне навантаження кислотної гідролази. Знову ж таки, важлива зміна рН: в дещо кислому (рН 6,5) середовищі транс-Гольджі рецептор зв'язує ферменти з міткою Mannose-6-P-, але в більш кислої лізосомі кислі гідролази виділяються для виконання своєї роботи.
Коли одна або кілька кислотних гідролаз не функціонують належним чином або не потрапляють в лізосому через неправильне сортування, результатом є неповне перетравлення вмісту лізосом. Це в свою чергу призводить до утворення великих включень частково перетравленого матеріалу всередині лізосом. Це накопичення матеріалу може бути цитотоксичним, а генетичні порушення, що впливають на експресію або сортування лізосомних гідролаз, в сукупності називають захворюваннями лізосомального зберігання. Вони діляться на кілька категорій залежно від типів накопичених молекул.
Поширеним і легко піддається лікуванню захворюванням накопичення глікозаміноглікану є хвороба Херлера, яку можна ефективно лікувати, а неневрологічні ефекти навіть скасовують за допомогою замісної ферментної терапії. Інші в своєму класі Хурлера впливають на найрізноманітніші тканини, оскільки глікозаміноглікани повсюдно поширені. З іншого боку, оскільки мозок збагачений гангліозидами, захворювання лізосомального зберігання, такі як хвороба Гоше, виявляють дефекти в першу чергу в ЦНС. Багато захворювань лізосомального зберігання мають подібну форму: аномалії розвитку, особливо затримка росту кісток, відсутність дрібних рис обличчя, нервово-м'язова слабкість.
Оскільки це сильно залежить від вмісту ендосоми (ендосом), які злилися з нею, розмір і вміст лізосом можуть сильно відрізнятися. Насправді лізосома також може деградувати внутрішні клітинні компоненти через процес аутофагії. Зазвичай це ініціюється в умовах голодування, які призводять до гальмування mTOR і подальшої експресії аутофагічних генів. Потім вони взаємодіють з мітохондріями та іншими клітинними компонентами та сприяють утворенню навколо них подвійної мембранної аутофагосоми. Походження мембран неясне, хоча підозрюється ЕР. Нарешті, аутофагосома зливається з лізосомою, а кислотні гідролази розщеплюють частини клітин для отримання енергії. Також може виникнути варіація цього, званого мікроаутофагією, при якій сама лізосома інвагінує трохи цитоплазматичного матеріалу і інтерналізує інтралізосомальний бульбашку, який потім розщеплюється.
Найважче, I-клітинне захворювання (муколіпідоз II типу) виникає, коли майже всі лізосомальні ферменти відсутні в фібробластах ураженої особи. Існує важка затримка розвитку і ранній збій росту, нервово-м'язові проблеми, і вади розвитку в ранньому розвитку скелета. Тяжкість цього розладу обумовлена практично повною відсутністю лізосомальних ферментів, що викликано дефіцитом фосфотрансферази GlcNaC. Без нього жодні ферменти не позначені для сортування до лізосоми.
Інші відносно поширені розлади включають хвороби Тей-Сакса та Німанна-Піка. Тей-Сакс викликається накопиченням гангліозидів у мозку і зазвичай смертельний до 5-річного віку. Німанн-Пік, з іншого боку, може проявлятися як тип А з ще меншою тривалістю життя, або як тип B, у якого симптоми відносно незначні. Основна відмінність полягає в тому, що пацієнти типу А мають дуже мало (< 5%) активності сфінгомієлінази, тоді як пацієнти типу B мають лише трохи меншу, ніж нормальну (~ 90%) активність.
Нарешті, слід зазначити, що великі вакуолі рослинних клітин насправді є спеціалізованими лізосомами. Нагадаємо, що вакуолі допомагають підтримувати тургор, або назовні тиск води на клітинні стінки, які призводять до жорсткої частини рослини, а не до млявої, в'ялої. Одним із способів цього є те, що гідролази кислоти всередині вакуолі змінюють осмотичний тиск всередині вакуолі, щоб регулювати рух води або всередину, або назовні.
Іншим прикладом рецепторно-опосередкованого ендоцитозу є імпорт заліза в клітину ссавців. Як і у випадку з сироватковим холестерином, залізо, як правило, не імпортується в клітину саме по собі. Натомість він пов'язаний з апотрансферрином, сироватковим білком, який зв'язує два іони Fe 3 +. Після того, як він зв'язав іони заліза, апотрансферрин тепер називають трансферином, і його можна розпізнати і зв'язати рецепторами трансферину (TfR), розташованими на позаклітинній поверхні клітинних мембран. Це ініціює опосередкований рецептором ендоцитоз так само, як описано вище. Однак в цьому випадку лізосома не бере участі. Оскільки рецептор трансферину та трансферину досягають ранньої ендосоми, вони не дисоціюють, а швидше Fe 2 + вивільняє з трансферину, а потім виходить з ендосоми через DMT1, білок двовалентного транспорту металів, який використовується в групах гемів або інших комплексах. Це залишає комплекс апотрансферрин-TFR, який переробляється назад в клітинну мембрану через везикулу. Як тільки бульбашка зливається з позаклітинним простором, кислотність ендосоми розсіюється і апотрансферрин більше не зв'язується з tfR. Таким чином, апотрансферрин може повернутися до свого обов'язку пошуку іонів заліза та повернення їх назад до клітини.