Эндосома
Эндосомы представляют собой совокупность внутриклеточных сортирующих органелл в эукариотических клетках . Они являются частями эндоцитарного мембранного пути транспорта, происходящего из транс-сети Гольджи . Молекулы или лиганды, интернализованные из плазматической мембраны, могут следовать по этому пути вплоть до лизосом для деградации или могут быть возвращены обратно в клеточную мембрану в эндоцитарном цикле . Молекулы также транспортируются в эндосомы из транс-сети Гольджи и либо продолжают поступать в лизосомы, либо возвращаются обратно в аппарат Гольджи .
Эндосомы можно разделить на ранние, сортирующие и поздние в зависимости от стадии их интернализации. [ 1 ] Эндосомы представляют собой основной сортировочный отсек эндомембранной системы клеток. [ 2 ]
Функция
[ редактировать ]Эндосомы обеспечивают среду для сортировки материала до того, как он достигнет деградирующей лизосомы. [ 2 ] Например, липопротеин низкой плотности (ЛПНП) попадает в клетку путем связывания с рецептором ЛПНП на поверхности клетки. Достигая ранних эндосом, ЛПНП диссоциируют от рецептора, и рецептор может быть возвращен на поверхность клетки. ЛПНП остаются в эндосомах и доставляются в лизосомы для переработки. ЛПНП диссоциируют из-за слегка подкисленной среды ранней эндосомы, генерируемой вакуолярной мембранной протонной помпой V-АТФазой . С другой стороны, эпидермальный фактор роста (EGF) и рецептор EGF имеют устойчивую к pH связь, которая сохраняется до тех пор, пока не будет доставлена в лизосомы для их деградации. Маннозо -6-фосфатный рецептор несет лиганды из аппарата Гольджи, предназначенные для лизосомы по аналогичному механизму.
Типы
[ редактировать ]Существует три различных типа эндосом: ранние эндосомы , поздние эндосомы и рециркулирующие эндосомы . [ 2 ] Они отличаются временем, которое требуется эндоцитированному материалу, чтобы достичь их, и такими маркерами, как Rabs . [ 3 ] Они также имеют разную морфологию. Как только эндоцитарные везикулы лишаются оболочки, они сливаются с ранними эндосомами. Ранние эндосомы затем созревают в поздние эндосомы перед слиянием с лизосомами. [ 4 ] [ 5 ]
Ранние эндосомы созревают несколькими способами с образованием поздних эндосом. Они становятся все более кислыми, главным образом, за счет активности V-АТФазы. [ 6 ] Многие молекулы, которые перерабатываются, удаляются путем концентрации в трубчатых областях ранних эндосом. Потеря этих канальцев в путях рециркуляции означает, что в поздних эндосомах канальцы в основном отсутствуют. Они также увеличиваются в размерах за счет гомотипического слияния ранних эндосом в более крупные везикулы. [ 7 ] Молекулы также сортируются на более мелкие везикулы, которые отпочковываются от периметральной мембраны в просвет эндосомы, образуя внутрипросветные везикулы (ILV); это приводит к появлению мультивезикулярных поздних эндосом, поэтому они также известны как мультивезикулярные эндосомы или мультивезикулярные тельца (MVB). Удаление рециркулирующих молекул, таких как рецепторы трансферрина и рецепторы маннозо-6-фосфата, продолжается в течение этого периода, вероятно, посредством отпочковывания везикул из эндосом. [ 4 ] Наконец, эндосомы теряют RAB5A и приобретают RAB7A , что делает их способными к слиянию с лизосомами. [ 7 ]
Было показано, что слияние поздних эндосом с лизосомами приводит к образованию «гибридного» компартмента с промежуточными характеристиками по сравнению с двумя исходными компартментами. [ 8 ] Например, лизосомы более плотные, чем поздние эндосомы, а гибриды имеют промежуточную плотность. Лизосомы реформируются путем реконденсации до своей нормальной, более высокой плотности. Однако прежде чем это произойдет, более поздние эндосомы могут слиться с гибридом.
Некоторый материал возвращается в плазматическую мембрану непосредственно из ранних эндосом. [ 9 ] но большая часть трафика осуществляется через переработку эндосом.
- Ранние эндосомы состоят из динамической тубулярно-везикулярной сети (везикулы диаметром до 1 мкм с соединенными трубочками диаметром около 50 нм). Маркеры включают RAB5A и RAB4, трансферрин и его рецептор и EEA1 .
- Поздние эндосомы , также известные как MVB, в основном имеют сферическую форму, лишены канальцев и содержат множество плотно упакованных внутрипросветных везикул. Маркеры включают RAB7, RAB9 и рецепторы маннозо-6-фосфата. [ 10 ] В дополнение к этому мембрана поздней эндосомы (и, следовательно, лизосома) содержит своеобразный и уникальный липид, называемый BMP или LBPA, который не встречается ни в одной мембране других органелл. [ 11 ] [ 12 ]
- Рециркулирующие эндосомы сосредоточены в центре организации микротрубочек и состоят преимущественно из трубчатой сети. Маркер; РАБ11. [ 13 ]
Больше подтипов существует в специализированных клетках, таких как поляризованные клетки и макрофаги .
Фагосомы , макропиносомы и аутофагосомы [ 14 ] созревают аналогично эндосомам, и для их созревания может потребоваться слияние с нормальными эндосомами. Некоторые внутриклеточные патогены нарушают этот процесс, например, предотвращая приобретение RAB7. [ 15 ]
Поздние эндосомы/MVB иногда называют эндоцитическими везикулами-носителями , но этот термин использовался для описания везикул, которые отпочковываются от ранних эндосом и сливаются с поздними эндосомами. Однако несколько наблюдений (описанных выше) теперь продемонстрировали, что более вероятно, что транспорт между этими двумя компартментами происходит в процессе созревания, а не везикулярный транспорт.
Еще одной уникальной отличительной особенностью, которая различается между различными классами эндосом, является липидный состав их мембран. Обнаружено , что фосфатидилинозитолфосфаты (PIP), одна из наиболее важных липидных сигнальных молекул, различаются по мере созревания эндосом от раннего к позднему. PI(4,5)P2 присутствует на плазматических мембранах , PI(3)P — на ранних эндосомах, PI(3,5)P2 — на поздних эндосомах и PI(4)P — в транс-сети Гольджи . [ 16 ] Эти липиды на поверхности эндосом помогают специфически рекрутировать белки из цитозоля, обеспечивая тем самым их идентичность. Взаимное превращение этих липидов является результатом согласованного действия фосфоинозитидкиназ и фосфатаз , которые стратегически локализованы. [ 17 ]
Пути
[ редактировать ]
Существует три основных отсека, которые имеют пути, соединяющиеся с эндосомами. Больше путей существует в специализированных клетках, таких как меланоциты и поляризованные клетки. Например, в эпителиальных клетках особый процесс, называемый трансцитозом, позволяет некоторым материалам проникать в одну сторону клетки и выходить из противоположной. Кроме того, в некоторых случаях поздние эндосомы/MVB сливаются с плазматической мембраной, а не с лизосомами, высвобождая просветные везикулы, теперь называемые экзосомами , во внеклеточную среду.
Нет единого мнения относительно точной природы этих путей, и последовательный маршрут, по которому проходит тот или иной груз в любой конкретной ситуации, будет, как правило, предметом споров.
Гольджи в/из эндосом
[ редактировать ]Везикулы проходят между аппаратом Гольджи и эндосомами в обоих направлениях. GGA адаптеры везикул , и AP-1, покрытые клатрином образуют везикулы в аппарате Гольджи, которые переносят молекулы к эндосомам. [ 18 ] В противоположном направлении ретромер генерирует везикулы на ранних эндосомах, которые переносят молекулы обратно в Гольджи. Некоторые исследования описывают ретроградный путь движения от поздних эндосом к Гольджи, опосредованный Rab9 и TIP47 , но другие исследования оспаривают эти результаты. Молекулы, которые следуют этим путям, включают рецепторы маннозо-6-фосфата, которые переносят лизосомальные гидролазы на эндоцитарный путь. Гидролазы высвобождаются в кислой среде эндосом, а рецептор доставляется в аппарат Гольджи с помощью ретромера и Rab9.
Плазматическая мембрана к ранним эндосомам и обратно (путем рециркуляции эндосом)
[ редактировать ]Молекулы доставляются от плазматической мембраны к ранним эндосомам в эндоцитарных везикулах. Молекулы могут интернализоваться посредством рецептор-опосредованного эндоцитоза в везикулах, покрытых клатрином . На плазматической мембране этого пути также образуются другие типы везикул, в том числе те, которые используют кавеолин . Везикулы также транспортируют молекулы непосредственно обратно к плазматической мембране, но многие молекулы транспортируются в везикулах, которые сначала сливаются с рециркулирующими эндосомами. [ 19 ] Молекулы, следующие по этому пути рециркуляции, концентрируются в канальцах ранних эндосом. Молекулы, которые следуют этим путям, включают , эпидермального рецепторы ЛПНП фактора роста (EGF) и белка-транспортера железа трансферрина. Интернализация этих рецепторов из плазматической мембраны происходит путем рецептор-опосредованного эндоцитоза. ЛПНП высвобождаются в эндосомах из-за более низкого pH, и рецептор возвращается на поверхность клетки. Холестерин переносится в крови в основном (ЛПНП), а транспорт рецептором ЛПНП является основным механизмом поглощения холестерина клетками. EGFR активируются при связывании EGF. Активированные рецепторы стимулируют собственную интернализацию и деградацию в лизосомах. EGF остается связанным с рецептором EGF (EGFR) после эндоцитоза в эндосомах. Активированные EGFR стимулируют собственное убиквитинирование, и это направляет их в просветные пузырьки (см. ниже), поэтому они не возвращаются в плазматическую мембрану. Это удаляет сигнальную часть белка из цитозоля и, таким образом, предотвращает дальнейшую стимуляцию роста. [ 20 ] - в клетках, не стимулированных EGF, EGFR не имеют связанного с ними EGF и, следовательно, рециркулируют, если достигают эндосом. [ 21 ] Трансферрин также остается связанным со своим рецептором, но в кислой эндосоме железо высвобождается из трансферрина, а затем трансферрин, не содержащий железа (все еще связанный с рецептором трансферрина), возвращается из ранней эндосомы на поверхность клетки как непосредственно, так и путем переработки эндосом. [ 22 ]
Поздние эндосомы в лизосомы
[ редактировать ]Транспорт от поздних эндосом к лизосомам, по существу, однонаправлен, поскольку поздняя эндосома «съедается» в процессе слияния с лизосомой (иногда называемой эндолизосомой). [ 23 ] [ 24 ] Следовательно, растворимые молекулы в просвете эндосом будут иметь тенденцию оказаться в лизосомах, если их не извлечь каким-либо образом. Трансмембранные белки могут доставляться по периметру мембраны или в просвет лизосом. Трансмембранные белки, предназначенные для просвета лизосом, сортируются в везикулы, которые отпочковываются от мембраны по периметру в эндосомы, и этот процесс начинается в ранних эндосомах. Считается, что процесс создания везикул внутри эндосомы усиливается за счет своеобразного липидного BMP или LBPA, который обнаруживается только в поздних эндосомах, эндолизосомах или лизосомах. [ 12 ] Когда эндосома созревает в позднюю эндосому/MVB и сливается с лизосомой, везикулы из просвета доставляются в просвет лизосомы. Белки маркируются для этого пути добавлением убиквитина . [ 25 ] Эндосомальные сортировочные комплексы, необходимые для транспорта (ESCRT), распознают этот убиквитин и сортируют белок в формирующиеся просветные везикулы. [ 26 ] Молекулы, которые следуют этим путям, включают ЛПНП и лизосомальные гидролазы, доставляемые рецепторами маннозо-6-фосфата. Эти растворимые молекулы остаются в эндосомах и поэтому доставляются в лизосомы. Кроме того, трансмембранные EGFR, связанные с EGF, метятся убиквитином и поэтому сортируются в просветные везикулы с помощью ESCRT.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Стурфогель В., Строус Г.Дж., Гез Х.Дж., Ооршот В., Шварц А.Л. (май 1991 г.). «Поздние эндосомы происходят из ранних эндосом в результате созревания». Клетка . 65 (3): 417–27. дои : 10.1016/0092-8674(91)90459-C . ПМИД 1850321 . S2CID 31539542 .
- ^ Jump up to: а б с Меллман I (1996). «Эндоцитоз и молекулярная сортировка». Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 12 : 575–625. дои : 10.1146/annurev.cellbio.12.1.575 . ПМИД 8970738 .
- ^ Стенмарк Х (август 2009 г.). «Rab GTPases как координаторы движения везикул». Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология . 10 (8): 513–25. дои : 10.1038/nrm2728 . ПМИД 19603039 . S2CID 33236823 .
- ^ Jump up to: а б Футтер С.Э., Пирс А., Хьюлетт Л.Дж., Хопкинс С.Р. (март 1996 г.). «Мультивезикулярные эндосомы, содержащие интернализованные комплексы рецепторов EGF-EGF, созревают, а затем непосредственно сливаются с лизосомами» . Журнал клеточной биологии . 132 (6): 1011–23. дои : 10.1083/jcb.132.6.1011 . ПМК 2120766 . ПМИД 8601581 .
- ^ Луцио Дж.П., Роус Б.А., Брайт Н.А., Прайор П.Р., Маллок Б.М., Пайпер Р.К. (май 2000 г.). «Слияние лизосом-эндосом и биогенез лизосом» . Журнал клеточной науки . 113 (Пт 9) (9): 1515–24. дои : 10.1242/jcs.113.9.1515 . ПМИД 10751143 .
- ^ Лафуркад С., Собо К., Киффер-Жакино С., Гарин Дж., Ван дер Гут Ф.Г. (июль 2008 г.). Джоли Э (ред.). «Регуляция V-АТФазы на эндоцитарном пути происходит посредством обратимой ассоциации субъединиц и мембранной локализации» . ПЛОС ОДИН . 3 (7): е2758. Бибкод : 2008PLoSO...3.2758L . дои : 10.1371/journal.pone.0002758 . ПМК 2447177 . ПМИД 18648502 .
- ^ Jump up to: а б Ринк Дж., Гиго Э., Калаидзидис Ю., Зериал М. (сентябрь 2005 г.). «Конверсия Rab как механизм прогрессирования от ранних эндосом к поздним» . Клетка . 122 (5): 735–49. дои : 10.1016/j.cell.2005.06.043 . ПМИД 16143105 .
- ^ Маллок Б.М., Брайт Н.А., Фирон К.В., Грей С.Р., Луцио Дж.П. (февраль 1998 г.). «Слияние лизосом с поздними эндосомами приводит к образованию гибридной органеллы промежуточной плотности, зависящей от NSF» . Журнал клеточной биологии . 140 (3): 591–601. дои : 10.1083/jcb.140.3.591 . ПМК 2140175 . ПМИД 9456319 .
- ^ Хопкинс CR, Троубридж IS (август 1983 г.). «Интернализация и процессинг трансферрина и рецептора трансферрина в клетках карциномы человека A431» . Журнал клеточной биологии . 97 (2): 508–21. дои : 10.1083/jcb.97.2.508 . ПМК 2112524 . ПМИД 6309862 .
- ^ Рассел М.Р., Никерсон Д.П., Одорицци Дж. (август 2006 г.). «Молекулярные механизмы морфологии, идентичности и сортировки поздних эндосом». Современное мнение в области клеточной биологии . 18 (4): 422–8. дои : 10.1016/j.ceb.2006.06.002 . ПМИД 16781134 .
- ^ Кобаяси, Тошихидэ; Беша, Мари-Элен; Шевалье, Жюльен; Макино, Асами; Майран, Натали; Эскола, Жан-Мишель; Лебранд, Сесиль; Коссон, Пьер; Кобаяши, Тецуюки; Грюнберг, Жан (30 августа 2002 г.). «Разделение и характеристика поздних эндосомальных мембранных доменов» . Журнал биологической химии . 277 (35): 32157–32164. дои : 10.1074/jbc.M202838200 . ISSN 0021-9258 . ПМИД 12065580 .
- ^ Jump up to: а б Халлин-Мацуда, Ф.; Лукэн-Костас, К.; Бувье, Дж.; Делтон-Ванденбрук, И. (ноябрь 2009 г.). «Бис (моноацилглицеро)фосфат, своеобразный фосфолипид, контролирующий судьбу холестерина: значение патологии» . Простагландины, лейкотриены и незаменимые жирные кислоты . 81 (5–6): 313–324. дои : 10.1016/j.plefa.2009.09.006 . ISSN 1532-2823 . ПМИД 19857945 .
- ^ Ульрих О., Райнш С., Урбе С., Зериал М., Партон Р.Г. (ноябрь 1996 г.). «Rab11 регулирует рециркуляцию через перицентриолярную рециркуляционную эндосому» . Журнал клеточной биологии . 135 (4): 913–24. дои : 10.1083/jcb.135.4.913 . ПМК 2133374 . ПМИД 8922376 .
- ^ Фейдер CM, Коломбо, Мичиган (январь 2009 г.). «Аутофагия и мультивезикулярные тела: два тесно связанных партнера» . Смерть клеток и дифференцировка . 16 (1): 70–8. дои : 10.1038/cdd.2008.168 . ПМИД 19008921 .
- ^ Кернер У., Фусс В., Штайгервальд Дж., Молл Х. (февраль 2006 г.). «Биогенез основных вакуолей, содержащих Leishmania, в дендритных клетках мыши» . Инфекция и иммунитет . 74 (2): 1305–12. дои : 10.1128/IAI.74.2.1305-1312.2006 . ПМК 1360340 . ПМИД 16428780 .
- ^ ван Меер Г., Фелькер Д.Р., Фейгенсон Г.В. (февраль 2008 г.). «Мембранные липиды: где они находятся и как ведут себя» . Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология . 9 (2): 112–24. дои : 10.1038/nrm2330 . ПМК 2642958 . ПМИД 18216768 .
- ^ Ди Паоло Дж., Де Камилли П. (октябрь 2006 г.). «Фосфоинозитиды в регуляции клеток и динамике мембран». Природа . 443 (7112): 651–7. Бибкод : 2006Natur.443..651D . дои : 10.1038/nature05185 . ПМИД 17035995 . S2CID 4421550 .
- ^ Гош П., Корнфельд С. (июль 2004 г.). «Белки GGA: ключевые игроки в сортировке белков в сети транс-Гольджи». Европейский журнал клеточной биологии . 83 (6): 257–62. дои : 10.1078/0171-9335-00374 . ПМИД 15511083 .
- ^ Грант Б.Д., Дональдсон Дж.Г. (сентябрь 2009 г.). «Пути и механизмы рециркуляции эндоцитов» . Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология . 10 (9): 597–608. дои : 10.1038/nrm2755 . ПМК 3038567 . ПМИД 19696797 .
- ^ Футтер С.Э., Коллинсон Л.М., Бэкер Дж.М., Хопкинс С.Р. (декабрь 2001 г.). «Человеческий VPS34 необходим для образования внутренних пузырьков в мультивезикулярных эндосомах» . Журнал клеточной биологии . 155 (7): 1251–64. дои : 10.1083/jcb.200108152 . ПМК 2199316 . ПМИД 11756475 .
- ^ Фелдер С., Миллер К., Мерен Г., Ульрих А., Шлезингер Дж., Хопкинс Ч.Р. (май 1990 г.). «Активность киназы контролирует сортировку рецептора эпидермального фактора роста в мультивезикулярном теле». Клетка . 61 (4): 623–34. дои : 10.1016/0092-8674(90)90474-S . ПМИД 2344614 . S2CID 22770514 .
- ^ Даутри-Варсат А (март 1986 г.). «Рецепторно-опосредованный эндоцитоз: внутриклеточное путешествие трансферрина и его рецептора». Биохимия . 68 (3): 375–81. дои : 10.1016/S0300-9084(86)80004-9 . ПМИД 2874839 .
- ^ Джексон CB, Фарзан М, Чен Б, Чой Х (2022). «Механизмы проникновения SARS-CoV-2 в клетки» . Nature Reviews Молекулярно-клеточная биология . 23 (1): 3–20. дои : 10.1038/s41580-021-00418-x . ПМЦ 8491763 . ПМИД 34611326 .
- ^ Хан Н., Чен X, Гейгер Дж. Д. (2020). «Роль эндолизосом в развитии тяжелого острого респираторного синдрома, инфекции, вызванной коронавирусом-2, и патогенеза коронавирусной болезни 2019: значение для потенциальных методов лечения» . Границы в фармакологии . 11 : 595888. дои : 10.3389/fphar.2020.595888 . ПМЦ 7723437 . ПМИД 33324224 .
- ^ Хике Л., Данн Р. (2003). «Регуляция транспорта мембранных белков с помощью убиквитина и убиквитин-связывающих белков». Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 19 : 141–72. doi : 10.1146/annurev.cellbio.19.110701.154617 . ПМИД 14570567 .
- ^ Херли Дж. Х. (февраль 2008 г.). «Комплексы ESCRT и биогенез мультивезикулярных телец» . Современное мнение в области клеточной биологии . 20 (1): 4–11. дои : 10.1016/j.ceb.2007.12.002 . ПМК 2282067 . ПМИД 18222686 .
- Альбертс, Брюс; и др. (2004). Основная клеточная биология (2-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Garland Science. ISBN 978-0-8153-3480-4 .