Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Различные типы эндоцитоза

Эндоцитоз - это клеточный процесс, при котором вещества попадают в клетку. Материал, подлежащий интернализации, окружен областью клеточной мембраны , которая затем отрастает внутри клетки, образуя пузырьки, содержащие проглоченный материал. Эндоцитоз включает пиноцитоз ( поедание клеток) и фагоцитоз (поедание клеток). Это вид активного транспорта.

История [ править ]

Этот термин был предложен Де Дювом в 1963 году. [1] Фагоцитоз был открыт Эли Мечниковым в 1882 году. [2]

Пути эндоцитоза [ править ]

Схематический рисунок, иллюстрирующий клатрин-опосредованный (слева) и клатрин-независимый эндоцитоз (справа) мембран синаптических везикул .

Пути эндоцитоза можно подразделить на четыре категории: а именно, рецептор-опосредованный эндоцитоз (также известный как клатрин-опосредованный эндоцитоз), кавеолы , пиноцитоз и фагоцитоз . [3]

  • Клатрин-опосредованный эндоцитоз опосредуется образованием небольших (около 100 нм в диаметре) пузырьков, которые имеют морфологически характерную оболочку, состоящую из цитозольного белка клатрина . [4] Покрытые клатрином везикулы (CCV) обнаружены практически во всех клетках и образуют домены плазматической мембраны, называемые ямками, покрытыми клатрином. Покрытые ямки могут концентрировать большие внеклеточные молекулы, которые имеют различные рецепторы, ответственные за рецептор-опосредованный эндоцитоз лигандов, например липопротеин низкой плотности , трансферрин , факторы роста , антитела и многие другие. [5]
Исследование [6] на клетках млекопитающих подтверждает уменьшение размера клатриновой оболочки в условиях повышенной напряженности. Кроме того, это предполагает, что два явно различных способа сборки клатрина, а именно покрытые ямки и покрытые бляшки, наблюдаемые в экспериментальных исследованиях, могут быть следствием различного напряжения в плазматической мембране.
  • Кавеолы являются наиболее часто встречающимися зачатками плазматической мембраны, не покрытыми клатрином, которые существуют на поверхности многих, но не всех типов клеток. Они состоят из холестерин-связывающего белка кавеолина (Vip21) с двойным слоем, обогащенным холестерином и гликолипидами . Кавеолы ​​- это небольшие (около 50 нм в диаметре) ямки в форме колб в мембране, которые напоминают форму пещеры (отсюда и название кавеолы). Они могут составлять до трети площади плазматической мембраны клеток некоторых тканей, особенно много в гладких мышцах , пневмоцитах I типа , фибробластах , адипоцитах и эндотелиальных клетках . [7] Считается также, что захват внеклеточных молекул специфически опосредуется рецепторами кавеол.
    Слева направо: фагоцитоз, пиноцитоз, рецепторно-опосредованный эндоцитоз.
    • Потоцитоз - это форма рецепторно-опосредованного эндоцитоза, при котором везикулы кавеол используются для переноса молекул различного размера в клетку. В отличие от большинства видов эндоцитоза, при котором кавеолы ​​используются для доставки содержимого везикул в лизосомы или другие органеллы, эндоцитозированный посредством потоцитоза материал попадает в цитозоль. [8]
  • Пиноцитоз , который обычно возникает из сильно взъерошенных участков плазматической мембраны, представляет собой инвагинацию клеточной мембраны с образованием кармана, который затем защемляется в клетке, образуя везикулу (диаметром 0,5–5 мкм), заполненную большим объем внеклеточной жидкости и молекул в ней (эквивалент ~ 100 CCV). Заполнение кармана происходит неспецифическим образом. Затем везикула перемещается в цитозоль и сливается с другими везикулами, такими как эндосомы и лизосомы . [9]
  • Фагоцитоз - это процесс, при котором клетки связывают и усваивают твердые частицы размером более 0,75 мкм в диаметре, такие как частицы пыли небольшого размера, клеточные остатки, микроорганизмы и апоптотические клетки. Эти процессы включают захват более крупных участков мембраны, чем клатрин-опосредованный эндоцитоз ипуть кавеол .

Более поздние эксперименты показали, что эти морфологические описания эндоцитозных событий могут быть неадекватными, и более подходящий метод классификации может быть основан на клатриновой зависимости конкретных путей с множественными подтипами клатрин-зависимого и клатрин-независимого эндоцитоза. Механистическое понимание нефагоцитарного, независимого от клатрина эндоцитоза отсутствует, но недавнее исследование показало, как Graf1 регулирует широко распространенный клатрин-независимый путь эндоцитоза, известный как путь CLIC / GEEC. [10]

Основные компоненты эндоцитарного пути [ править ]

Эндоцитарный путь клеток млекопитающих состоит из отдельных мембранных компартментов, которые интернализируют молекулы из плазматической мембраны и рециркулируют их обратно на поверхность (как в ранних эндосомах и рециркулирующих эндосомах) или сортируют их на деградацию (как в поздних эндосомах и лизосомах). Основные компоненты пути эндоцитоза: [3]

  • Ранние эндосомы - это первый отсек пути эндоцитоза. Ранние эндосомы часто расположены на периферии клетки и принимают большинство типов пузырьков, исходящих с поверхности клетки. Они имеют характерную тубуло-везикулярную структуру (везикулы до 1 мкм в диаметре с соединенными канальцами примерно 50 нм в диаметре) и умеренно кислый pH. В основном они сортируют органеллы, в которых многие эндоцитозированные лиганды диссоциируют от своих рецепторов при кислотном pH компартмента и из которых многие рецепторы возвращаются на поверхность клетки (через канальцы). [11] [12]Это также место сортировки по трансцитотическому пути к более поздним компартментам (таким как поздние эндосомы или лизосомы) через трансвезикулярные компартменты (например, мультивезикулярные тельца (MVB) или везикулы эндосомального носителя (ECV)).
  • Поздние эндосомы получают эндоцитозированный материал по пути к лизосомам , обычно из ранних эндосом в эндоцитарном пути, из транс-сети Гольджи (TGN) в пути биосинтеза и от фагосом в пути фагоцита. [13] Поздние эндосомы часто содержат белки, характерные для нуклеосом, митохондрий и мРНК, включая гликопротеины лизосомных мембран и кислые гидролазы. Они кислые (около pH 5,5) и участвуют в пути передачи маннозо-6-фосфатных рецепторов. Считается, что поздние эндосомы опосредуют окончательный набор событий сортировки перед доставкой материала в лизосомы.
  • Лизосомы - это последний участок пути эндоцитоза. Их основная функция - расщеплять продукты жизнедеятельности клеток, жиры, углеводы, белки и другие макромолекулы на простые соединения. Затем они возвращаются в цитоплазму как новые материалы для строительства клеток. Для достижения этой цели лизосомы используют около 40 различных типов гидролитических ферментов, все из которых производятся в эндоплазматическом ретикулуме, модифицируются в аппарате Гольджи и функционируют в кислой среде. [14] Приблизительный pH лизосомы составляет 4,8, и при электронной микроскопии (ЭМ) обычно видны большие вакуоли.(1-2 мкм в диаметре), содержащий электронно-плотный материал. Они имеют высокое содержание белков лизосомных мембран и активных лизосомальных гидролаз, но не имеют маннозо-6-фосфатного рецептора. Обычно они считаются основным гидролитическим отделением ячейки. [15] [16]

Недавно было обнаружено, что эизосома служит воротами эндоцитоза у дрожжей. [17]

Клатрин-опосредованный эндоцитоз [ править ]

Основной путь эндоцитоза в большинстве клеток и наиболее понятный путь опосредуется молекулой клатрина . [18] [19] Этот крупный белок способствует образованию ямки, покрытой оболочкой на внутренней поверхности плазматической мембраны клетки. Затем эта ямка прорастает в клетку, образуя везикулу, покрытую оболочкой, в цитоплазме клетки. При этом он вводит в ячейку не только небольшую площадь поверхности ячейки, но и небольшой объем жидкости извне ячейки. [20] [21] [22]

Оболочки функционируют, чтобы деформировать донорскую мембрану с образованием везикул, а также они действуют при выборе груза везикул. Комплексы оболочки, которые до сих пор были хорошо охарактеризованы, включают белок оболочки-I (COP-I), COP-II и клатрин. [23] [24] Клатриновые оболочки участвуют в двух важнейших транспортных стадиях: (i) рецепторно-опосредованный эндоцитоз и эндоцитоз в жидкой фазе от плазматической мембраны к ранним эндосомам и (ii) транспорт от TGN к эндосомам. При эндоцитозе клатриновая оболочка собирается на цитоплазматической стороне плазматической мембраны, образуя ямки, которые инвагинируют, чтобы отщипнуть (расслоение) и стать свободными CCV. В культивируемых клетках сборка CCV занимает ~ 1 мин, и каждую минуту может образовываться от нескольких сотен до тысячи и более. [25]Основным каркасным компонентом клатриновой оболочки является белок массой 190 кДа, называемый тяжелой цепью клатрина (CHC), который связан с белком массой 25 кД, называемым легкой цепью клатрина (CLC), образуя трехногие тримеры, называемые трискелионами.

Везикулы избирательно концентрируются и исключают определенные белки во время образования и не являются репрезентативными для мембраны в целом. Адаптеры AP2 представляют собой мультисубъединичные комплексы, которые выполняют эту функцию на плазматической мембране. Наиболее изученными рецепторами, сконцентрированными в покрытых оболочкой везикулах клеток млекопитающих, являются рецептор ЛПНП (который удаляет ЛПНП из циркулирующей крови), рецептор трансферрина (который переносит ионы трехвалентного железа, связанные трансферрином, в клетку) и определенные рецепторы гормонов (например, что для EGF ).

В любой момент около 25% плазматической мембраны фибробласта состоит из покрытых ямками. Поскольку покрытая ямка живет около минуты, прежде чем она прорастет в клетку, фибробласт захватывает ее поверхность этим путем примерно раз в 16 минут. Покрытые оболочкой везикулы, образованные из плазматической мембраны, имеют диаметр около 36 нм и время жизни, измеряемое в несколько секунд. После того, как оболочка сброшена, оставшаяся везикула сливается с эндосомами и продолжает свой путь эндоцитоза. Фактический процесс почкования, при котором ямка превращается в пузырьки, осуществляется клатрином с помощью набора цитоплазматических белков, который включает динамин и адаптеры, такие как адаптин .

Покрытые оболочкой ямки и пузырьки были впервые замечены на тонких срезах ткани в электронном микроскопе Мэттом Лайонсом и Паркером Джорджем. Важность их для выведения ЛПНП из крови была обнаружена Ричардом Г. Андерсоном, Майклом С. Брауном и Джозефом Л. Голдштейном в 1977 году. [26] Покрытые оболочкой везикулы были впервые очищены Барбарой Пирс , которая обнаружила молекулу клатриновой оболочки в 1976. [27]

См. Также [ править ]

  • Активный транспорт
  • Emperipolesis
  • Экзоцитоз
  • Фагоцитоз
  • Пиноцитоз
  • Трансэндоцитоз

Ссылки [ править ]

  1. ^ Rieger, R .; Michaelis, A .; Грин, М.М. 1991. Глоссарий генетики. Классический и молекулярный (пятое издание). Springer-Verlag, Берлин, [1] .
  2. ^ «Илья Мечников - Биографический» . www.nobelprize.org . Проверено 10 октября 2016 .
  3. ^ a b Марш, Марк (2001). Эндоцитоз . Издательство Оксфордского университета. п. vii. ISBN 978-0-19-963851-2.
  4. ^ [2] , McMahon, HT & Boucrot, E. Молекулярный механизм и физиологические функции клатрин-опосредованного эндоцитоза. Nature Reviews Molecular Cell Biology 12, 517 (2011).
  5. ^ Марш, М .; McMahon, HT (июль 1999 г.). «Структурная эпоха эндоцитоза». Наука . 285 (5425): 215–20. DOI : 10.1126 / science.285.5425.215 . PMID 10398591 . 
  6. ^ Ираджизад, E .; Агравал, А. (2017). «Полимеризация клатрина демонстрирует высокую механо-геометрическую чувствительность» . Мягкая материя . 13 (7): 1455–1462. DOI : 10.1039 / C6SM02623K . PMC 5452080 . PMID 28124714 .  
  7. Перейти ↑ Parton RG, Simons K (март 2007). «Многоликая кавеол». Обзоры природы Молекулярная клеточная биология . 8 (3): 185–94. DOI : 10.1038 / nrm2122 . PMID 17318224 . S2CID 10830810 .  
  8. ^ Минео, Чиеко; Андерсон, Ричард Г. (2001). «Потоцитоз». Гистохимия и клеточная биология . 116 (2): 109–118. DOI : 10.1007 / s004180100289 . PMID 11685539 . 
  9. ^ Falcone S, Cocucci E, Podini P, Kirchhausen T, Clementi E, Meldolesi J (ноябрь 2006 г.). «Макропиноцитоз: регулируемая координация движений эндоцитарных и экзоцитарных мембран» (PDF) . Журнал клеточной науки . 119 (Pt 22): 4758–69. DOI : 10,1242 / jcs.03238 . PMID 17077125 . S2CID 14303429 .   
  10. ^ Lundmark R, Doherty GJ, Howes MT и др. (Ноябрь 2008 г.). «Белок, активирующий ГТФазу GRAF1, регулирует эндоцитарный путь CLIC / GEEC» . Текущая биология . 18 (22): 1802–8. DOI : 10.1016 / j.cub.2008.10.044 . PMC 2726289 . PMID 19036340 .  
  11. ^ Mellman I (1996). «Эндоцитоз и молекулярная сортировка». Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 12 : 575–625. DOI : 10.1146 / annurev.cellbio.12.1.575 . PMID 8970738 . 
  12. Перейти ↑ Mukherjee S, Ghosh RN, Maxfield FR (июль 1997 г.). «Эндоцитоз». Физиологические обзоры . 77 (3): 759–803. DOI : 10.1152 / Physrev.1997.77.3.759 . PMID 9234965 . 
  13. ^ Stoorvogel W, Strous GJ, Гейза HJ, Oorschot V, Шварц А.Л. (май 1991). «Поздние эндосомы происходят из ранних эндосом в результате созревания». Cell . 65 (3): 417–27. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (91) 90459-C . PMID 1850321 . S2CID 31539542 .  
  14. ^ Weissmann, G. - Исследования лизосом, 1965)
  15. ^ Gruenberg J, Maxfield FR (август 1995). «Мембранный транспорт в пути эндоцитов». Текущее мнение в клеточной биологии . 7 (4): 552–63. DOI : 10.1016 / 0955-0674 (95) 80013-1 . PMID 7495576 . 
  16. ^ Luzio JP, Рауса Б.А., Брайт Н.А., Прайор PR, Mullock BM, Piper RC (1 мая 2000). «Слияние лизосом и эндосом и биогенез лизосом» . Журнал клеточной науки . 113 (9): 1515–24. PMID 10751143 . Проверено 19 июня 2009 . 
  17. ^ Walther TC, Брикнер JH, Агилар PS, Bernales S, Pantoja C, Walter P (февраль 2006). «Эйзосомы маркируют статические участки эндоцитоза». Природа . 439 (7079): 998–1003. DOI : 10,1038 / природа04472 . PMID 16496001 . S2CID 2838121 .  
  18. ^ Кирххаузен, Т .; Owen, D .; Харрисон, Южная Каролина (1 мая 2014 г.). «Молекулярная структура, функция и динамика клатрин-опосредованного мембранного движения» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 6 (5): a016725. DOI : 10.1101 / cshperspect.a016725 . PMC 3996469 . PMID 24789820 .  
  19. ^ Бицикас, В; Corrêa IR, Jr; Николс, Би Джей (17 сентября 2014 г.). «Клатрин-независимые пути не вносят значительного вклада в поток эндоцитов» . eLife . 3 : e03970. DOI : 10.7554 / eLife.03970 . PMC 4185422 . PMID 25232658 .  
  20. ^ Benmerah A, Lamaze C (август 2007). "Ямы, покрытые клатрином: vive la différence?" . Трафик . 8 (8): 970–82. DOI : 10.1111 / j.1600-0854.2007.00585.x . PMID 17547704 . 
  21. ^ Раппопорт JZ (июнь 2008). «Сосредоточение внимания на клатрин-опосредованном эндоцитозе». Биохимический журнал . 412 (3): 415–23. DOI : 10.1042 / BJ20080474 . PMID 18498251 . S2CID 24174632 .  
  22. ^ Granseth B, Odermatt B, Royle SJ, Lagnado L (декабрь 2007). «Клатрин-опосредованный эндоцитоз: физиологический механизм извлечения пузырьков в синапсах гиппокампа» . Журнал физиологии . 585 (Pt 3): 681–6. DOI : 10.1113 / jphysiol.2007.139022 . PMC 2375507 . PMID 17599959 .  
  23. ↑ Робинсон MS (март 1997 г.). «Шерсть и почкование пузырьков». Тенденции в клеточной биологии . 7 (3): 99–102. DOI : 10.1016 / S0962-8924 (96) 10048-9 . PMID 17708916 . 
  24. Перейти ↑ Glick BS, Malhotra V (декабрь 1998 г.). «Любопытный статус аппарата Гольджи» . Cell . 95 (7): 883–9. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 81713-4 . PMID 9875843 . 
  25. Перейти ↑ Gaidarov I, Santini F, Warren RA, Keen JH (май 1999). «Пространственный контроль динамики покрытых ямок в живых клетках». Природа клеточной биологии . 1 (1): 1–7. DOI : 10,1038 / 8971 . PMID 10559856 . S2CID 12553151 .  
  26. ^ Андерсон, RG; Браун, MS; Гольдштейн, JL (март 1977 г.). «Роль покрытых эндоцитарных везикул в захвате рецептор-связанных липопротеинов низкой плотности в человеческих фибробластах». Cell . 10 (3): 351–64. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (77) 90022-8 . PMID 191195 . S2CID 25657719 .  
  27. ^ Пирс, BM (апрель 1976). «Клатрин: уникальный белок, связанный с внутриклеточным переносом мембраны покрытыми везикулами» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 73 (4): 1255–9. DOI : 10.1073 / pnas.73.4.1255 . PMC 430241 . PMID 1063406 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Комплексный обзор эндоцитоза и эндоцитотических механизмов, проведенный Догерти и МакМахоном.
  • Эндоцитоз на biologyreference.com
  • Эндоцитоз - изучение механизмов эндоцитоза в endocytosis.org
  • Клатрин-опосредованный эндоцитоз Библиотека изображений и видео ASCB
  • Виды эндоцитоза (Анимация)