Jump to content

Секреция

Секреция — это перемещение материала из одной точки в другую, например, вещества, секретируемого клеткой химического или железой . Напротив, экскреция — это удаление определенных веществ или продуктов жизнедеятельности из клетки или организма. Классический механизм клеточной секреции осуществляется через секреторные порталы плазматической мембраны, называемые поросомами . [1] структуры чашеобразной формы, Поросомы представляют собой постоянные липопротеиновые встроенные в клеточную мембрану, где секреторные пузырьки временно стыкуются и сливаются, высвобождая внутривезикулярное содержимое из клетки.

Секреция у видов бактерий означает транспорт или транслокацию эффекторных молекул. Например: белки , ферменты или токсины (такие как холерный токсин в патогенных бактериях, например, холерный вибрион ) от внутренней части ( цитоплазмы или цитозоля ) бактериальной клетки к ее внешней поверхности. Секреция является очень важным механизмом функционирования и работы бактерий в их естественной окружающей среде для адаптации и выживания.

В эукариотических клетках

[ редактировать ]
пористый

Механизм

[ редактировать ]

Эукариотические клетки , включая клетки человека , имеют высокоразвитый процесс секреции. Белки, предназначенные для внешнего воздействия, синтезируются рибосомами, прикрепленными к шероховатой эндоплазматической сети (ЭР). По мере синтеза эти белки перемещаются в просвет ЭР , где они гликозилируются и где молекулярные шапероны способствуют сворачиванию белков . Неправильно свернутые белки обычно идентифицируются здесь и ретротранслоцируются путем деградации, связанной с ER, в цитозоль , где они разрушаются протеасомой . Везикулы , содержащие правильно свернутые белки, затем попадают в аппарат Гольджи .

В аппарате Гольджи гликозилирование белков модифицируется и могут происходить дальнейшие посттрансляционные модификации , включая расщепление и функционализацию. перемещаются Затем белки 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 пузырьков с клеточной мембраной в поросомах посредством процесса, называемого экзоцитозом , при котором их содержимое выбрасывается из окружающей среды клетки. [2]

строгий биохимический Над этой последовательностью поддерживается контроль за счет использования градиента pH : pH цитозоля составляет 7,4, pH ER составляет 7,0, а цис-гольджи имеет pH 6,5. Секреторные везикулы имеют pH от 5,0 до 6,0; некоторые секреторные везикулы превращаются в лизосомы , рН которых составляет 4,8.

Неклассическая секреция

[ редактировать ]

Существует множество белков, таких как FGF1 (aFGF), FGF2 (bFGF), интерлейкин-1 (IL1) и т. д., которые не имеют сигнальной последовательности. Они не используют классический путь ER-Гольджи. Они секретируются различными неклассическими путями.

Описаны как минимум четыре неклассических (нетрадиционных) пути секреции белка. [3] Они включают в себя:

  • прямая транслокация белков через плазматическую мембрану, вероятно, через мембранные транспортные белки
  • болтовня
  • лизосомальная секреция
  • высвобождение через экзосомы, полученные из мультивезикулярных телец

Кроме того, белки могут высвобождаться из клеток при механическом или физиологическом ранении. [4] и через нелетальные, временные онкотические поры в плазматической мембране, индуцированные промыванием клеток бессывороточной средой или буферами. [5]

В тканях человека

[ редактировать ]

Многие типы клеток человека обладают способностью быть секреторными клетками. У них хорошо развита эндоплазматическая сеть и аппарат Гольджи , выполняющий эту функцию. К тканям , вырабатывающим секрет, относятся желудочно-кишечный тракт , выделяющий пищеварительные ферменты и желудочную кислоту , легкие, выделяющие поверхностно-активные вещества , и сальные железы, выделяющие кожное сало для смазывания кожи и волос. Мейбомиевы железы выделяют век мейбум для смазывания и защиты глаза.

У грамотрицательных бактерий

[ редактировать ]

Секреция не уникальна для эукариот — она также присутствует у бактерий и архей. Транспортеры типа АТФ-связывающей кассеты (ABC) являются общими для трех областей жизни. Некоторые секретируемые белки транслоцируются через цитоплазматическую мембрану с помощью SecYEG транслокона , одной из двух систем транслокации, которая требует присутствия N-концевого сигнального пептида на секретируемом белке. Другие транслоцируются через цитоплазматическую мембрану по пути транслокации двойного аргинина (Tat). Грамотрицательные бактерии имеют две мембраны, что топологически усложняет секрецию. У грамотрицательных бактерий существует по крайней мере шесть специализированных систем секреции. [6]

Система секреции типа I (T1SS или TOSS)

[ редактировать ]

Секреция типа I представляет собой шаперон-зависимую систему секреции, использующую кластеры генов 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 терминальную 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 I типа транспортирует различные молекулы: от ионов, лекарств до белков различного размера (20–900 кДа). Секретируемые молекулы различаются по размеру: от небольшого Escherichia coli пептида колицина V (10 кДа) до белка клеточной адгезии LapA Pseudomonas fluorescens 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)

[ редактировать ]

Белки, секретируемые через систему типа II или главную терминальную ветвь общего секреторного пути, зависят от системы Sec или Tat для первоначального транспорта в периплазму . Оказавшись там, они проходят через внешнюю мембрану через мультимерный (12–14 субъединиц) комплекс порообразующих белков-секретинов. Помимо белка секретина, 10–15 других белков внутренней и внешней мембраны составляют полный аппарат секреции, функции многих из которых пока неизвестны. Грамотрицательные пили типа IV используют для своего биогенеза модифицированную версию системы типа II, и в некоторых случаях определенные белки являются общими для комплекса пилусов и системы типа II в пределах одного вида бактерий.

Система секреции III типа (T3SS или TTSS)

[ редактировать ]

Он гомологичен базальному тельцу бактериальных жгутиков. Это похоже на молекулярный шприц, через который бактерия (например, некоторые виды сальмонелл , шигелл , иерсиний , вибрионов ) может вводить белки в эукариотические клетки. Низкий уровень кальция 2+ концентрация в цитозоле открывает ворота, регулирующие ССТТ. 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 патогена посредством аналогичных механизмов. Эта система секреции была впервые обнаружена у Yersinia pestis и показала, что токсины могут быть инъецированы непосредственно из бактериальной цитоплазмы в цитоплазму клеток хозяина, а не просто секретироваться во внеклеточную среду. [8]

Система секреции типа IV (T4SS или TFSS)

[ редактировать ]
Т4СС
Система секреции типа IV
Идентификаторы
Символ Т4СС
Пфам PF07996
ИнтерПро ИПР012991
СКОП2 1гл7 / СКОПе / СУПФАМ
TCDB 3.А.7
Суперсемейство OPM 215
белок OPM 3jqo
Доступные белковые структуры:
Pfam  structures / ECOD  
PDBRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumstructure summary

Он гомологичен механизму конъюгации бактерий — конъюгативным пилям . Он способен транспортировать как ДНК, так и белки. Он был обнаружен у Agrobacterium tumefaciens , которая использует эту систему для введения части Т-ДНК плазмиды Ti в растение-хозяин, что, в свою очередь, вызывает развитие пораженного участка в коронковый галл (опухоль). Helicobacter pylori использует систему секреции IV типа для доставки CagA в эпителиальные клетки желудка, что связано с канцерогенезом желудка. [9] Bordetella pertussis , возбудитель коклюша, секретирует коклюшный токсин частично через систему IV типа. Legionella pneumophila , возбудитель легионеллеза (болезни легионеров), использует секреции типа IVB , известную как система ICM/dot ( внутриклеточное размножение . систему ) / дефект в для генах, пересылающих органеллы , перемещения многочисленных эффекторных белков в своего эукариотического хозяина. [10] Прототипом системы секреции типа IVA является комплекс VirB Agrobacterium tumefaciens . [11]

Белки этого семейства являются компонентами системы секреции IV типа. Они опосредуют внутриклеточный перенос макромолекул посредством механизма , родственного механизму бактериальной конъюгации . [12] [13]

Система секреции типа IV (T4SS) представляет собой общий механизм, с помощью которого бактериальные клетки секретируют или поглощают макромолекулы. Их точный механизм остается неизвестным. ССТ4 кодируется грамотрицательными конъюгативными элементами бактерий . T4SS представляют собой комплексы, охватывающие клеточную оболочку, или, другими словами, 11–13 основных белков, образующих канал, по которому ДНК и белки могут перемещаться из цитоплазмы клетки-донора в цитоплазму клетки-реципиента. T4SS также секретирует белки факторов вирулентности непосредственно в клетки-хозяева, а также поглощает ДНК из среды во время естественной трансформации . [14]

Структура

[ редактировать ]

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

Взаимодействия

[ редактировать ]

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

Система секреции типа V (T5SS)

[ редактировать ]

Также называется системой автотранспортера, [16] Секреция типа V предполагает использование системы Sec для пересечения внутренней мембраны. Белки, использующие этот путь, обладают способностью образовывать бета-цилиндр со своим С-концом, который встраивается во внешнюю мембрану, позволяя остальной части пептида (домену-пассажиру) достигать внешней части клетки. Часто аутотранспортеры расщепляются, оставляя домен бета-бочонка на внешней мембране и освобождая пассажирский домен. Некоторые исследователи полагают, что остатки автотранспортеров дали начало поринам , которые образуют аналогичные структуры бета-бочонка. [ нужна ссылка ] Типичным примером автотранспортера, использующего эту систему секреции, являются тримерные автотранспортеры-адгезины . [17]

Система секреции типа VI (T6SS)

[ редактировать ]

Системы секреции типа VI были первоначально идентифицированы в 2006 году группой Джона Мекаланоса из Гарвардской медицинской школы (Бостон, США) у двух бактериальных патогенов, Vibrio cholerae и Pseudomonas aeruginosa . [18] [19] Они были выявлены, когда мутации в генах Hcp и VrgG у холерного вибриона привели к снижению вирулентности и патогенности. С тех пор системы секреции типа VI были обнаружены в четверти всех протеобактериальных геномов, включая патогены животных, растений, человека, а также почвенных, экологических или морских бактерий. [20] [21] В то время как большинство ранних исследований секреции типа VI были сосредоточены на ее роли в патогенезе высших организмов, более поздние исследования показали более широкую физиологическую роль в защите от простых эукариотических хищников и ее роль в межбактериальных взаимодействиях. [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, почти повсеместно секретируются субстратами системы. Структурный анализ этих и других белков в этой системе поразительно напоминает хвостовой шип фага Т4, и считается, что активность системы функционально напоминает фаговую инфекцию. [24]

Высвобождение везикул наружной мембраны

[ редактировать ]

Помимо использования перечисленных выше мультибелковых комплексов, грамотрицательные бактерии обладают еще одним способом высвобождения материала: образованием пузырьков наружной мембраны бактерий . [25] Части внешней мембраны отщипываются, образуя наноразмерные сферические структуры, состоящие из богатого липополисахаридами липидного бислоя, содержащего периплазматические материалы, и используются для перемещения мембранных везикул с целью манипулирования окружающей средой или проникновения на границу раздела хозяин-патоген . Было обнаружено, что везикулы ряда видов бактерий содержат факторы вирулентности, некоторые обладают иммуномодулирующим действием, а некоторые могут напрямую прикрепляться к клеткам-хозяевам и отравлять их. Было продемонстрировано, что высвобождение везикул является общей реакцией на стрессовые условия, процесс загрузки белков-грузов кажется избирательным. [26]

У грамположительных бактерий

[ редактировать ]

У некоторых видов Staphylococcus и Streptococcus дополнительная секреторная система обеспечивает экспорт высокоповторяющихся адгезионных гликопротеинов.

См. также

[ редактировать ]

[27]

  1. ^ Ли Дж.С., Джеремик А., Шин Л., Чо В.Дж., Чен Икс, Йена Б.П. (июль 2012 г.). «Нейрональный поросомный протеом: молекулярная динамика и архитектура» . Журнал протеомики . 75 (13): 3952–62. дои : 10.1016/j.jprot.2012.05.017 . ПМК   4580231 . ПМИД   22659300 .
  2. ^ Андерсон Л.Л. (2006). «Открытие поросомы: универсального секреторного механизма в клетках» . Журнал клеточной и молекулярной медицины . 10 (1): 126–31. дои : 10.1111/j.1582-4934.2006.tb00294.x . ПМЦ   3933105 . ПМИД   16563225 .
  3. ^ Никель В., 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 . ПМИД   18590485 .
  4. ^ Макнил П.Л., Стейнхардт Р.А. (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 . ПМИД   14570587 .
  5. ^ Кирико WJ (октябрь 2011 г.). «Высвобождение белка через нелетальные онкотические поры как альтернативный неклассический путь секреции» . Клеточная биология BMC . 12:46 . дои : 10.1186/1471-2121-12-46 . ПМК   3217904 . ПМИД   22008609 .
  6. ^ Вулдридж, К., изд. (2009). Бактериальные секретируемые белки: секреторные механизмы и роль в патогенезе . Кайстер Академик Пресс. ISBN  978-1-904455-42-4 . [ нужна страница ]
  7. ^ Бойд С.Д., Смит Т.Дж., Эль-Кират-Шатель С., Ньюэлл П.Д., Дюфрен Ю.Ф., О'Тул Г.А. (август 2014 г.). «Структурные особенности адгезина биопленки Pseudomonas fluorescens LapA, необходимого для LapG-зависимого расщепления, образования биопленки и локализации на клеточной поверхности» . Журнал бактериологии . 196 (15): 2775–88. дои : 10.1128/JB.01629-14 . ПМЦ   4135675 . ПМИД   24837291 .
  8. ^ Сальерс, А.А. и Уитт, Д.Д. (2002). Бактериальный патогенез: молекулярный подход , 2-е изд., Вашингтон, округ Колумбия: ASM Press. ISBN   1-55581-171-X [ нужна страница ]
  9. ^ Хатакеяма М., Хигаси Х. (декабрь 2005 г.). «Helicobacter pylori CagA: новая парадигма бактериального канцерогенеза» . Раковая наука . 96 (12): 835–43. дои : 10.1111/j.1349-7006.2005.00130.x . ПМЦ   11159386 . ПМИД   16367902 . S2CID   5721063 .
  10. ^ Каскалес Э., Кристи П.Дж. (ноябрь 2003 г.). «Универсальные системы секреции бактерий IV типа» . Обзоры природы. Микробиология . 1 (2): 137–49. дои : 10.1038/nrmicro753 . ПМЦ   3873781 . ПМИД   15035043 .
  11. ^ Кристи П.Дж., Атмакури К., Кришнамурти В., Якубовски С., Каскалес Э. (2005). «Биогенез, архитектура и функции систем секреции бактерий IV типа» . Ежегодный обзор микробиологии . 59 : 451–85. дои : 10.1146/annurev.micro.58.030603.123630 . ПМЦ   3872966 . ПМИД   16153176 .
  12. ^ Кристи Пи Джей (ноябрь 2004 г.). «Секреция типа IV: Agrobacterium VirB/D4 и родственные системы конъюгации» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . 1694 (1–3): 219–34. дои : 10.1016/j.bbamcr.2004.02.013 . ПМЦ   4845649 . ПМИД   15546668 .
  13. ^ Jump up to: а б Йео Х.Дж., Юань К., Бек М.Р., Барон С., Ваксман Дж. (декабрь 2003 г.). «Структурная и функциональная характеристика белка VirB5 из системы секреции типа IV, кодируемого конъюгативной плазмидой pKM101» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (26): 15947–52. Бибкод : 2003PNAS..10015947Y . дои : 10.1073/pnas.2535211100 . JSTOR   3149111 . ПМК   307673 . ПМИД   14673074 .
  14. ^ Лоули Т.Д., Климке В.А., Габбинс М.Дж., Фрост Л.С. (июль 2003 г.). «Конъюгация F-фактора представляет собой настоящую систему секреции IV типа» . Письма FEMS по микробиологии . 224 (1): 1–15. дои : 10.1016/S0378-1097(03)00430-0 . ПМИД   12855161 .
  15. ^ Рикихиса Ю., Лин М., Ню Х. (сентябрь 2010 г.). «Секреция IV типа у облигатной внутриклеточной бактерии Anaplasma phagocytophilum» . Клеточная микробиология . 12 (9): 1213–21. дои : 10.1111/j.1462-5822.2010.01500.x . ПМЦ   3598623 . ПМИД   20670295 .
  16. ^ Танасси Д.Г., Статопулос С., Каркал А., Ли Х. (2005). «Секреция белка в отсутствие АТФ: аутотранспортер, двухпартнерская секреция и шаперонно-проводниковые пути грамотрицательных бактерий (обзор)». Молекулярная мембранная биология . 22 (1–2): 63–72. дои : 10.1080/09687860500063290 . ПМИД   16092525 . S2CID   2708575 .
  17. ^ Герлах Р.Г., Хензель М. (октябрь 2007 г.). «Системы секреции белков и адгезины: молекулярный арсенал грамотрицательных патогенов». Международный журнал медицинской микробиологии . 297 (6): 401–15. дои : 10.1016/j.ijmm.2007.03.017 . ПМИД   17482513 .
  18. ^ Пукацки С., Ма А.Т., Стертевант Д., Крастинс Б., Саррачино Д., Нельсон В.К., Гейдельберг Дж.Ф., Мекаланос Дж.Дж. (январь 2006 г.). «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. Бибкод : 2006PNAS..103.1528P . дои : 10.1073/pnas.0510322103 . JSTOR   30048406 . ПМЦ   1345711 . ПМИД   16432199 .
  19. ^ Mougous JD, Cuff ME, Raunser S, Shen A, Zhou M, Gifford CA, Goodman AL, Joachimiak G, Ordoñez CL, Lory S, Walz T, Joachimiak A, Mekalanos JJ (июнь 2006 г.). «Локус вирулентности Pseudomonas aeruginosa кодирует аппарат секреции белка» . Наука . 312 (5779): 1526–30. Бибкод : 2006Sci...312.1526M . дои : 10.1126/science.1128393 . ПМК   2800167 . ПМИД   16763151 .
  20. ^ Бингл Л.Е., Бейли С.М., Паллен М.Дж. (февраль 2008 г.). «Секреция типа VI: руководство для начинающих» (PDF) . Современное мнение в микробиологии . 11 (1): 3–8. дои : 10.1016/j.mib.2008.01.006 . ПМИД   18289922 .
  21. ^ Каскалес Э (август 2008 г.). «Набор инструментов для секреции типа VI» . Отчеты ЭМБО . 9 (8): 735–41. дои : 10.1038/embor.2008.131 . ПМК   2515208 . ПМИД   18617888 .
  22. ^ Шварц С., Худ Р.Д., Мугас Дж.Д. (декабрь 2010 г.). «Что делает секреция типа VI во всех этих жуках?» . Тенденции в микробиологии . 18 (12): 531–7. дои : 10.1016/j.tim.2010.09.001 . ПМЦ   2991376 . ПМИД   20961764 .
  23. ^ Кулхерст С.Дж. (2013). «Система секреции типа VI — широко распространенная и универсальная система нацеливания на клетки» . Исследования в области микробиологии . 164 (6): 640–54. дои : 10.1016/j.resmic.2013.03.017 . ПМИД   23542428 .
  24. ^ Сильверман Дж. М., Брюне Ю. Р., Каскалес Э., Мугус Дж. Д. (2012). «Строение и регуляция системы секреции VI типа» . Ежегодный обзор микробиологии . 66 : 453–72. doi : 10.1146/annurev-micro-121809-151619 . ПМК   3595004 . ПМИД   22746332 .
  25. ^ Куэн М.Дж., Кести, Северная Каролина (ноябрь 2005 г.). «Бактериальные везикулы наружной мембраны и взаимодействие хозяина и патогена» . Гены и развитие . 19 (22): 2645–55. дои : 10.1101/gad.1299905 . ПМИД   16291643 .
  26. ^ МакБрум А.Дж., Куэн М.Дж. (январь 2007 г.). «Высвобождение везикул внешней мембраны грамотрицательными бактериями является новой реакцией на стресс оболочки» . Молекулярная микробиология . 63 (2): 545–58. дои : 10.1111/j.1365-2958.2006.05522.x . ПМК   1868505 . ПМИД   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 многоуровневого подхода к выбору признаков », PLOS ONE Журнал, 2018, 13, е0197041. (doi.org/10.1371/journal.pone.0197041.)

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 8854a816e03ca8c1a46e190c5754956d__1718591220
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/88/6d/8854a816e03ca8c1a46e190c5754956d.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Secretion - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)