Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Секреция - это перемещение материала из одной точки в другую, например секретируемого химического вещества из клетки или железы . Напротив, экскреция - это удаление определенных веществ или продуктов жизнедеятельности из клетки или организма. Классический механизм секреции клеток осуществляется через секреторные порталы плазматической мембраны клетки, называемые поросомами . [1] Поросомы представляют собой постоянную чашевидную липопротеиновую структуру на плазматической мембране клетки, где секреторные везикулы временно стыкуются и сливаются, высвобождая внутривезикулярное содержимое из клетки.

Секреция у видов бактерий означает перенос или перемещение эффекторных молекул, например: белков , ферментов или токсинов (таких как токсин холеры в патогенных бактериях, например, Vibrio cholerae ) изнутри ( цитоплазма или цитозоль ) бактериальной клетки к ее внешней стороне. Секреция - очень важный механизм функционирования бактерий и их функционирования в их естественной окружающей среде для адаптации и выживания.

В эукариотических клетках [ править ]

Поросома

Механизм [ править ]

Эукариотические клетки , в том числе клеток человека , имеют весьма эволюционировал процесс секреции. Белки предназначенные для наружных которые синтезируются на рибосомах стыковки к шероховатой эндоплазматической сети (ER). По мере синтеза эти белки перемещаются в просвет ЭПР , где они гликозилируются и где молекулярные шапероны способствуют укладке белков . Неправильно свернутые белки здесь обычно идентифицируются и ретранслируются в цитозоль в результате связанной с ER деградации., где они деградируют протеасомой . Затем везикулы, содержащие правильно свернутые белки, попадают в аппарат Гольджи .

В аппарате Гольджи гликозилирование белков модифицируется, и могут происходить дальнейшие посттрансляционные модификации , включая расщепление и функционализацию. Затем белки перемещаются в секреторные пузырьки, которые перемещаются по цитоскелету к краю клетки. В секреторных везикулах могут происходить дополнительные модификации (например, инсулин отщепляется от проинсулина в секреторных везикулах).

В конце концов, происходит слияние везикул с клеточной мембраной в структуре, называемой поросомой , в процессе, называемом экзоцитозом , в результате чего его содержимое выбрасывается из окружающей среды клетки. [2]

Строгий биохимический контроль над этой последовательностью поддерживается с помощью градиента pH : pH цитозоля составляет 7,4, pH ER составляет 7,0, а pH цис-гольджи составляет 6,5. Секреторные везикулы имеют pH от 5,0 до 6,0; некоторые секреторные пузырьки превращаются в лизосомы , pH которых составляет 4,8.

Неклассическая секреция [ править ]

Есть много белков, таких как FGF1 (aFGF), FGF2 (bFGF), интерлейкин-1 (IL1) и т. Д., Которые не имеют сигнальной последовательности. Они не используют классический путь ER-Golgi. Они секретируются различными неклассическими путями.

Описано по крайней мере четыре неклассических (нетрадиционных) пути секреции белка. [3] Они включают 1) прямую транслокацию белков через плазматическую мембрану, вероятно, через мембранные транспортеры, 2) пузырчатку , 3) лизосомную секрецию и 4) высвобождение через экзосомы, происходящие из мультивезикулярных телец. Кроме того, белки могут высвобождаться из клеток путем механического или физиологического ранения [4] и через нелетальные временные онкотические поры в плазматической мембране, вызванные промывкой клеток бессывороточной средой или буферами. [5]

В тканях человека [ править ]

Многие типы клеток человека могут быть секреторными клетками. У них есть хорошо развитая эндоплазматическая сеть и аппарат Гольджи для выполнения этой функции. Ткани , производящие выделения, включают желудочно-кишечный тракт, который выделяет пищеварительные ферменты и желудочную кислоту , легкие, которые выделяют поверхностно-активные вещества , и сальные железы, выделяющие кожный жир для смазывания кожи и волос. Мейбомиевых желез в веко секретируют meibum для смазки и защиты глаз.

У грамотрицательных бактерий [ править ]

Основная статья: Система бактериальной секреции

Секреция характерна не только для эукариот - она ​​также присутствует у бактерий и архей. Транспортеры типа АТФ-связывающей кассеты (ABC) являются общими для трех областей жизни. Некоторые секретируемые белки перемещаются через цитоплазматическую мембрану транслоконом SecYEG , одной из двух систем транслокации, которая требует присутствия N-концевого сигнального пептида на секретируемом белке. Другие перемещаются через цитоплазматическую мембрану по пути транслокации двойного аргинина (Tat). Грамотрицательные бактерииимеют две мембраны, что делает секрецию более сложной топологически. У грамотрицательных бактерий существует как минимум шесть специализированных систем секреции. Многие секретируемые белки особенно важны в бактериальном патогенезе. [6]

Система секреции типа I (T1SS или TOSS) [ править ]

Секреция типа I представляет собой систему секреции, зависимую от шаперона, в которой используются генные кластеры Hly и Tol. Процесс начинается с того, что лидерная последовательность секретируемого белка распознается HlyA и связывает HlyB на мембране. Эта сигнальная последовательность чрезвычайно специфична для транспортера ABC. Комплекс HlyAB стимулирует HlyD, который начинает раскручиваться и достигает внешней мембраны, где TolC распознает концевую молекулу или сигнал на HlyD. HlyD рекрутирует TolC на внутреннюю мембрану, а HlyA выводится за пределы внешней мембраны через длинный туннельный белковый канал.

Система секреции типа I транспортирует различные молекулы, от ионов и лекарств до белков различного размера (20 - 900 кДа). Секретируемые молекулы различаются по размеру от небольшого пептида колицина V Escherichia coli (10 кДа) до белка адгезии клеток Pseudomonas fluorescens LapA с массой 520 кДа. [7] Лучше всего охарактеризованы токсины RTX и липазы. Секреция типа I также участвует в экспорте небелковых субстратов, таких как циклические β-глюканы и полисахариды.

Система секреции типа II (T2SS) [ править ]

Основная статья: Система секреции типа II

Белки, секретируемые через систему типа II или главную терминальную ветвь общего секреторного пути, зависят от системы Sec или Tat для первоначального транспорта в периплазму . Попав туда, они проходят через внешнюю мембрану через мультимерный (12–14 субъединиц) комплекс порообразующих секретиновых белков. В дополнение к белку секретина, 10-15 других белков внутренней и внешней мембран составляют полный аппарат секреции, многие функции которых пока неизвестны. Грамотрицательные пили типа IV используют модифицированную версию системы типа II для своего биогенеза, и в некоторых случаях определенные белки являются общими между комплексом пилей и системой типа II в пределах одного вида бактерий.

Система секреции типа III (T3SS или TTSS) [ править ]

Основная статья: Система секреции третьего типа

Он гомологичен базальному телу у бактериальных жгутиков. Это похоже на молекулярный шприц, с помощью которого бактерии (например, некоторые виды Salmonella , Shigella , Yersinia , Vibrio ) могут вводить белки в эукариотические клетки. Низкая концентрация Ca 2+ в цитозоле открывает ворота, регулирующие T3SS. Один из таких механизмов обнаружения низкой концентрации кальция был проиллюстрирован антигеном lcrV (Low Calcium Response), используемым Yersinia pestis., который используется для обнаружения низких концентраций кальция и вызывает прикрепление T3SS. Система Hrp в патогенах растений вводит в растения гарпины и эффекторные белки патогенов через аналогичные механизмы. Эта система секреции была впервые обнаружена у Yersinia pestis и показала, что токсины могут вводиться непосредственно из бактериальной цитоплазмы в цитоплазму клеток-хозяев, а не просто секретироваться во внеклеточную среду. [8]

Система секреции типа IV (T4SS или TFSS) [ править ]

T4SS
Система секреции типа IV
Идентификаторы
СимволT4SS
PfamPF07996
ИнтерПроIPR012991
SCOP21gl7 / SCOPe / SUPFAM
TCDB3.A.7
OPM суперсемейство215
Белок OPM3jqo
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumрезюме структуры
Основная статья: Система секреции типа IV

Он гомологичен конъюгированному механизму бактерий конъюгативным пилям . Он способен переносить как ДНК, так и белки. Он был обнаружен у Agrobacterium tumefaciens , который использует эту систему для введения части Т-ДНК плазмиды Ti в растение-хозяин, что, в свою очередь, вызывает развитие пораженного участка в коронный галл (опухоль). Helicobacter pylori использует систему секреции типа IV для доставки CagA в эпителиальные клетки желудка, что связано с канцерогенезом желудка. [9] Bordetella pertussis , возбудитель коклюша, выделяет токсин коклюша частично через систему IV типа.Легионелл , вызывающий агент легионеллеза (болезнь легионеров) использует систему секреции IVB типа , известный как ICM / точка ( я NTRA с ellular м ultiplication / д токсикорезистентность в о rganelle т rafficking генов) системы, к транслокации многочисленные эффекторные белки в своего эукариотического хозяина. [10] Прототипом системы секреции типа IVA является комплекс VirB Agrobacterium tumefaciens . [11]

Белки этого семейства являются компонентами системы секреции типа IV. Они опосредуют внутриклеточный перенос макромолекул через механизм, который изначально был связан с механизмами бактериальной конъюгации . [12] [13]

Функция [ править ]

Короче говоря, система секреции типа IV (T4SS) - это общий механизм, с помощью которого бактериальные клетки секретируют или поглощают макромолекулы. Их точный механизм остается неизвестным. T4SS кодируется грамотрицательными конъюгативными элементами в бактериях. T4SS - это комплексы, охватывающие оболочку клетки, или, другими словами, 11-13 ядерных белков, которые образуют канал, по которому ДНК и белки могут перемещаться из цитоплазмы клетки-донора в цитоплазму клетки. ячейка-получатель. Кроме того, T4SS также секретирует белки фактора вирулентности непосредственно в клетки-хозяева, а также захватывает ДНК из среды во время естественной трансформации , что демонстрирует универсальность этого аппарата секреции макромолекул. [14]

Структура [ править ]

Как показано на приведенном выше рисунке, TraC, в частности, состоит из трехспирального пучка и рыхлого шаровидного отростка. [13]

Взаимодействия [ править ]

T4SS имеет два эффекторных белка: во-первых, ATS-1, который означает транслоцированный субстрат 1 из анаплазмы , и, во-вторых, AnkA , который означает белок A, содержащий домен анкиринового повтора. Кроме того, связывающими белками T4SS являются VirD4, которые связываются с VirE2. [15]

Система секреции типа V (T5SS) [ править ]

См. Также: Тримерный автотранспортер адгезина § Система секреции типа V (T5SS)

Секреция типа V, также называемая системой аутотранспортера, [16] включает использование системы Sec для пересечения внутренней мембраны. Белки, использующие этот путь, обладают способностью образовывать бета-ствол со своим С-концом, который вставляется во внешнюю мембрану, позволяя остальной части пептида (домен-пассажира) достигать внешней части клетки. Часто аутотранспортеры расщепляются, оставляя бета-бочкообразный домен на внешней мембране и освобождая пассажирский домен. Некоторые исследователи полагают, что остатки автотранспортеров дали начало поринам, которые образуют аналогичные бета-цилиндрические структуры. [ необходима цитата ] Типичным примером автотранспорта, который использует эту систему секреции, является тримерный автотранспортер адгезинов.. [17]

Система секреции типа VI (T6SS) [ править ]

Основная статья: Система секреции типа VI

Системы секреции типа VI были первоначально идентифицированы в 2006 году группой Джона Мекаланоса в Гарвардской медицинской школе (Бостон, США) у двух бактериальных патогенов, Vibrio cholerae и Pseudomonas aeruginosa . [18] [19] Они были идентифицированы, когда мутации в генах Hcp и VrgG в Vibrio Cholerae привели к снижению вирулентности и патогенности. С тех пор системы секреции типа VI были обнаружены в четверти всех геномов протеобактерий, включая патогены животных, растений, человека, а также почвенные, экологические или морские бактерии. [20] [21]В то время как большинство ранних исследований секреции типа VI было сосредоточено на ее роли в патогенезе высших организмов, более поздние исследования предполагали более широкую физиологическую роль в защите от простых эукариотических хищников и ее роль во взаимодействиях между бактериями. [22] [23] Кластеры генов системы секреции типа VI содержат от 15 до более чем 20 генов, два из которых, Hcp и VgrG, как было показано, являются почти повсеместно секретируемыми субстратами системы. Структурный анализ этих и других белков в этой системе имеет поразительное сходство с хвостовым шипом фага Т4, и считается, что активность системы функционально напоминает фаговую инфекцию. [24]

Высвобождение пузырьков внешней мембраны [ править ]

Помимо использования перечисленных выше мультибелковых комплексов, грамотрицательные бактерии обладают еще одним методом высвобождения материала: образованием бактериальных везикул наружной мембраны . [25] Части внешней мембраны отщипываются, образуя наноразмерные сферические структуры, состоящие из богатого липополисахаридами липидного бислоя, охватывающего периплазматические материалы, и используются для перемещения мембранных пузырьков, чтобы манипулировать окружающей средой или вторгаться на интерфейс хозяин-патоген.. Было обнаружено, что везикулы ряда видов бактерий содержат факторы вирулентности, некоторые обладают иммуномодулирующим действием, а некоторые могут непосредственно прилипать к клеткам-хозяевам и отравлять их. высвобождение везикул было продемонстрировано как общий ответ на стрессовые условия, процесс загрузки грузовых белков кажется избирательным. [26]

Секреция грамположительных бактерий [ править ]

Основная статья: Система бактериальной секреции

У некоторых видов стафилококков и стрептококков вспомогательная секреторная система отвечает за экспорт очень повторяющихся адгезионных гликопротеинов.

См. Также [ править ]

  • Бактериальный эффекторный белок
  • Бактериальные везикулы наружной мембраны
  • Интерфейс "хозяин-патоген"
  • Транспортировка мембранных везикул
  • Секретомика
  • Секреторные белки
  • Статус секретаря

Ссылки [ править ]

[27]

  1. ↑ Lee JS, Jeremic A, Shin L, Cho WJ, Chen X, Jena BP (июль 2012 г.). «Протеом нейрональных поросом: молекулярная динамика и архитектура» . Журнал протеомики . 75 (13): 3952–62. DOI : 10.1016 / j.jprot.2012.05.017 . PMC  4580231 . PMID  22659300 .
  2. Перейти ↑ Anderson LL (2006). «Открытие поросомы; универсального секреторного механизма в клетках» . Журнал клеточной и молекулярной медицины . 10 (1): 126–31. DOI : 10.1111 / j.1582-4934.2006.tb00294.x . PMC 3933105 . PMID 16563225 .  
  3. ^ Никель W, Зеедорф М (2008). «Нетрадиционные механизмы транспорта белков на клеточную поверхность эукариотических клеток». Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 24 : 287–308. DOI : 10.1146 / annurev.cellbio.24.110707.175320 . PMID 18590485 . 
  4. Перейти ↑ McNeil PL, Steinhardt RA (2003). «Нарушение плазматической мембраны: восстановление, профилактика, адаптация». Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 19 : 697–731. DOI : 10.1146 / annurev.cellbio.19.111301.140101 . PMID 14570587 . 
  5. ^ Кирико WJ (октябрь 2011 г.). «Высвобождение белка через несмертельные онкотические поры как альтернативный неклассический секреторный путь» . BMC Cell Biology . 12 : 46. DOI : 10,1186 / 1471-2121-12-46 . PMC 3217904 . PMID 22008609 .  
  6. ^ Wooldridge, K, изд. (2009). Бактериальные секретируемые белки: секреторные механизмы и роль в патогенезе . Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-42-4.[ требуется страница ]
  7. ↑ Boyd CD, Smith TJ, El-Kirat-Chatel S, Newell PD, Dufrêne YF, O'Toole GA (август 2014). «Структурные особенности адгезина LapA биопленки Pseudomonas fluorescens, необходимые для LapG-зависимого расщепления, образования биопленок и локализации на клеточной поверхности» . Журнал бактериологии . 196 (15): 2775–88. DOI : 10.1128 / JB.01629-14 . PMC 4135675 . PMID 24837291 .  
  8. ^ Salyers, AA & Уитт, DD (2002). Бактериальный патогенез: молекулярный подход , 2-е изд., Вашингтон, округ Колумбия: ASM Press. ISBN 1-55581-171-X [ необходима страница ] 
  9. Перейти ↑ Hatakeyama M, Higashi H (декабрь 2005 г.). «Helicobacter pylori CagA: новая парадигма бактериального канцерогенеза» . Наука о раке . 96 (12): 835–43. DOI : 10.1111 / j.1349-7006.2005.00130.x . PMID 16367902 . S2CID 5721063 .  
  10. ^ Cascales E, Christie PJ (ноябрь 2003). «Универсальные системы секреции бактерий IV типа» . Обзоры природы. Микробиология . 1 (2): 137–49. DOI : 10.1038 / nrmicro753 . PMC 3873781 . PMID 15035043 .  
  11. ^ Christie PJ, Atmakuri К, Кришнамурти В, Якубовски S, Cascales Е (2005). «Биогенез, архитектура и функция бактериальных систем секреции IV типа» . Ежегодный обзор микробиологии . 59 : 451–85. DOI : 10.1146 / annurev.micro.58.030603.123630 . PMC 3872966 . PMID 16153176 .  
  12. ↑ Christie PJ (ноябрь 2004 г.). «Секреция типа IV: Agrobacterium VirB / D4 и родственные системы конъюгации» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Исследование молекулярных клеток . 1694 (1–3): 219–34. DOI : 10.1016 / j.bbamcr.2004.02.013 . PMC 4845649 . PMID 15546668 .  
  13. ↑ a b Yeo HJ, Yuan Q, Beck MR, Baron C, Waksman G (декабрь 2003 г.). «Структурная и функциональная характеристика белка VirB5 из системы секреции типа IV, кодируемой конъюгативной плазмидой pKM101» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (26): 15947–52. Bibcode : 2003PNAS..10015947Y . DOI : 10.1073 / pnas.2535211100 . JSTOR 3149111 . PMC 307673 . PMID 14673074 .   
  14. ^ Лоли TD, Klimke WA, Gubbins MJ, Frost LS (июль 2003). «Конъюгация фактора F - истинная система секреции типа IV» . Письма о микробиологии FEMS . 224 (1): 1–15. DOI : 10.1016 / S0378-1097 (03) 00430-0 . PMID 12855161 . 
  15. ^ Rikihisa Y, M Lin, Ню H (сентябрь 2010). «Секреция IV типа в обязательной внутриклеточной бактерии Anaplasma phagocytophilum» . Клеточная микробиология . 12 (9): 1213–21. DOI : 10.1111 / j.1462-5822.2010.01500.x . PMC 3598623 . PMID 20670295 .  
  16. ^ Thanassi DG, Stathopoulos C, Karkal A, Li H (2005). «Секреция белка в отсутствие АТФ: аутотранспортер, секреция двух партнеров и пути шаперона / ашера грамотрицательных бактерий (обзор)». Молекулярная мембранная биология . 22 (1–2): 63–72. DOI : 10.1080 / 09687860500063290 . PMID 16092525 . S2CID 2708575 .  
  17. Перейти ↑ Gerlach RG, Hensel M (октябрь 2007 г.). «Системы секреции белков и адгезины: молекулярный арсенал грамотрицательных патогенов». Международный журнал медицинской микробиологии . 297 (6): 401–15. DOI : 10.1016 / j.ijmm.2007.03.017 . PMID 17482513 . 
  18. ^ Pukatzki S, Ма AT, Sturtevant D, Крастиньш B, D Sarracino, Нельсон WC, Heidelberg JF, Mekalanos JJ (январь 2006). «Идентификация консервативной системы секреции бактериального белка в Vibrio cholerae с использованием модельной системы хозяина Dictyostelium» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (5): 1528–33. Bibcode : 2006PNAS..103.1528P . DOI : 10.1073 / pnas.0510322103 . JSTOR 30048406 . PMC 1345711 . PMID 16432199 .   
  19. ^ Mougous JD, манжета ME, Raunser S, Шено А, Чжоу М Гиффорд CA, Goodman AL, Joachimiak G, Ordoñez CL, Lory S, T Вальца, Joachimiak A, Mekalanos JJ (июнь 2006). «Локус вирулентности Pseudomonas aeruginosa кодирует аппарат секреции белка» . Наука . 312 (5779): 1526–30. Bibcode : 2006Sci ... 312.1526M . DOI : 10.1126 / science.1128393 . PMC 2800167 . PMID 16763151 .  
  20. ^ Bingle LE, Bailey CM, Pallen MJ (февраль 2008). «Секреция типа VI: руководство для начинающих» (PDF) . Текущее мнение в микробиологии . 11 (1): 3–8. DOI : 10.1016 / j.mib.2008.01.006 . PMID 18289922 .  
  21. ^ Cascales E (август 2008). «Инструментарий секреции типа VI» . EMBO Reports . 9 (8): 735–41. DOI : 10.1038 / embor.2008.131 . PMC 2515208 . PMID 18617888 .  
  22. ^ Schwarz S, Hood RD, Mougous JD (декабрь 2010). «Что делает секреция типа VI у всех этих насекомых?» . Тенденции в микробиологии . 18 (12): 531–7. DOI : 10.1016 / j.tim.2010.09.001 . PMC 2991376 . PMID 20961764 .  
  23. ^ Coulthurst SJ (2013). «Система секреции типа VI - широко распространенная и универсальная система нацеливания на клетки». Исследования в области микробиологии . 164 (6): 640–54. DOI : 10.1016 / j.resmic.2013.03.017 . PMID 23542428 . 
  24. ^ Silverman JM, Брюне YR, Cascales E, Mougous JD (2012). «Строение и регуляция системы секреции VI типа» . Ежегодный обзор микробиологии . 66 : 453–72. DOI : 10.1146 / annurev-micro-121809-151619 . PMC 3595004 . PMID 22746332 .  
  25. ^ Кюн MJ, Kesty NC (ноябрь 2005). «Бактериальные везикулы внешней мембраны и взаимодействие хозяина-патогена» . Гены и развитие . 19 (22): 2645–55. DOI : 10,1101 / gad.1299905 . PMID 16291643 . 
  26. ^ McBroom AJ, Кюн MJ (январь 2007). «Высвобождение везикул наружной мембраны грамотрицательными бактериями является новой реакцией оболочки на стресс» . Молекулярная микробиология . 63 (2): 545–58. DOI : 10.1111 / j.1365-2958.2006.05522.x . PMC 1868505 . PMID 17163978 .  
  27. ^ З. Эсна Ашари, Н. Дасгупта, К. Брайтон и С. Брошат, « Оптимальный набор функций для прогнозирования эффекторных белков системы секреции типа IV для подмножества видов на основе подхода многоуровневого отбора признаков », PLOS ONE Журнал, 2018, 13, e0197041. (doi.org/10.1371/journal.pone.0197041.)

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К., Уолтер П., ред. (2002). «Поиск: Секреты» . Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Нью-Йорк: Наука Гарланд. ISBN 978-0-8153-3218-3.
  • Белый D (2000). Физиология и биохимия прокариот (2-е изд.). Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-512579-5.
  • Эйвон Д. "Домашняя страница" . Клетки живы! .

Внешние ссылки [ править ]

  • Секреты медицинских предметных рубрик Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)
  • Иллюстрация T5SS / Autotransporter в Университете Мюнстера