Кавеолы
В биологии кавеолы ), представляющие собой ( лат . «маленькие пещеры»; единственное число — кавеола особый тип липидного рафта , представляют собой небольшие (50–100 нанометров ) инвагинации плазматической мембраны в клетках многих позвоночных животных . Они являются наиболее распространенным поверхностным признаком многих типов клеток позвоночных, особенно эндотелиальных клеток, адипоцитов и эмбриональных клеток хорды . [1] [2] Первоначально они были открыты Э. Ямадой в 1955 году. [3]
Эти колбообразные структуры богаты белками, а также липидами, такими как холестерин и сфинголипиды , и выполняют несколько функций в передаче сигналов . [4] Считается также, что они играют роль в механопротекции , механочувствительности , эндоцитозе , онкогенезе и захвате патогенных бактерий и некоторых вирусов . [5] [6] [3] [7]
Кавеолины
[ редактировать ]Первоначально считалось, что образование и поддержание кавеол происходит в первую очередь за счет кавеолина . [8] белок массой 21 кДа. В клетках млекопитающих экспрессируются три гомологичных гена кавеолина: Cav1, Cav2 и Cav3. Эти белки имеют общую топологию: цитоплазматический N-конец с каркасным доменом, длинный трансмембранный домен шпильки и цитоплазматический С-конец. Кавеолины синтезируются в виде мономеров и транспортируются в аппарат Гольджи. При последующем транспорте по секреторному пути кавеолины связываются с липидными рафтами и образуют олигомеры (14-16 молекул). Эти олигомеризованные кавеолины образуют кавеолы. Присутствие кавеолина приводит к локальному изменению морфологии мембраны. [9]
Кавинс
[ редактировать ]Белки кавина появились в конце 2000-х годов и стали основными структурными компонентами, контролирующими образование кавеол. [10] [11] [12] [13] Семейство белков кавина состоит из Cavin1 (также известного как PTRF), Cavin2 (также известного как SDPR), Cavin3 (также известного как SRBC) и Cavin4 (также известного как MURC). Было показано, что Cavin1 является основным регулятором образования кавеол во многих тканях, при этом единственной экспрессии Cavin1 достаточно для морфологического образования кавеол в клетках, лишенных кавеол, но в изобилии Cav1. [14] [10] Cavin4, аналог Cav3, специфичен для мышц. [11]
Кавеолярный эндоцитоз
[ редактировать ]Кавеолы являются одним из источников клатрин -независимого рафт-зависимого эндоцитоза. Способность кавеолинов к олигомеризации за счет их доменов олигомеризации необходима для образования кавеолярных эндоцитарных везикул. Олигомеризация приводит к образованию богатых кавеолином микродоменов в плазматической мембране. Повышенный уровень холестерина и встраивание каркасных доменов кавеолинов в плазматическую мембрану приводит к расширению кавеолярной инвагинации и образованию эндоцитарных везикул. Отделение пузырька от плазматической мембраны затем опосредуется ГТФазой динамином II, которая локализуется на шейке отпочковавшегося пузырька. Высвободившийся кавеолярный везикула может сливаться с ранней эндосомой или кавеосомой. Кавеосома представляет собой эндосомальный компартмент с нейтральным pH, не имеющий ранних эндосомальных маркеров. Однако он содержит молекулы, интернализованные в результате кавеолярного эндоцитоза. [9] [15]
Этот тип эндоцитоза используется, например, для трансцитоза альбумина в эндотелиальных клетках или для интернализации рецептора инсулина в первичных адипоцитах. [9]
Другие роли кавеол
[ редактировать ]- Было показано, что кавеолы необходимы для защиты клеток от механического стресса в различных типах тканей, таких как скелетные мышцы, эндотелиальные клетки и клетки хорды. [16] [17] [18]
- Кавеолы могут использоваться для проникновения в клетку некоторых патогенов и таким образом избежать деградации в лизосомах. Однако некоторые бактерии используют не типичные кавеолы, а только богатые кавеолином участки плазматической мембраны. Патогены, использующие этот эндоцитарный путь, включают вирусы, такие как SV40 и вирус полиомы, а также бактерии, такие как некоторые штаммы Escherichia coli , Pseudomonas aeruginosa и Porphyromonas gingivalis . [15]
- Кавеолы также играют роль в передаче сигналов клетками. Кавеолины связываются с некоторыми сигнальными молекулами (например, eNOS) через свой каркасный домен и поэтому могут регулировать передачу сигналов. Кавеолы также участвуют в регуляции каналов и передаче сигналов кальция. [15]
- Кавеолы также участвуют в регуляции липидов. Высокие уровни кавеолина Cav1 экспрессируются в адипоцитах. Кавеолин связывается с холестерином, жирными кислотами и липидными каплями и участвует в их регуляции. [15]
- Кавеолы также могут служить механосенсорами в различных типах клеток. В эндотелиальных клетках кавеолы участвуют в ощущении потока. Хроническое воздействие стимулятора потока приводит к повышению уровня кавеолина Cav1 в плазматической мембране, его фосфорилированию, активации сигнального фермента eNOS и ремоделированию кровеносных сосудов. В гладкомышечных клетках кавеолин Cav1 играет роль в чувствительности к растяжению, что запускает прогрессирование клеточного цикла. [15]
Ингибиторы
[ редактировать ]Некоторыми известными ингибиторами пути кавеол являются филипин III, генистеин и нистатин . [9]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Никсон, Сьюзен Дж.; Картер, Адриан; Вегнер, Джереми; Фергюсон, Чарльз; Флотенмейер, Матиас; Ричес, Джейми; Ки, Брайан; Вестерфилд, Монте; Партон, Роберт Г. (1 июля 2007 г.). «Кавеолин-1 необходим для развития невромаста боковой линии и хорды» . Журнал клеточной науки . 120 (13): 2151–2161. дои : 10.1242/jcs.003830 . ПМИД 17550965 .
- ^ Ло, Харриет П.; Холл, Томас Э; Партон, Роберт Дж. (13 января 2016 г.). «Механозащита кавеолами скелетных мышц» . БиоАрхитектура . 6 (1): 22–27. дои : 10.1080/19490992.2015.1131891 . ПМЦ 4914031 . ПМИД 26760312 .
- ^ Jump up to: а б Ли, Сян-Ань; Эверсон, Уильям В.; Смарт, Эрик Дж. (апрель 2005 г.). «Кавеолы, липидные рафты и сосудистые заболевания». Тенденции сердечно-сосудистой медицины . 15 (3): 92–96. дои : 10.1016/j.tcm.2005.04.001 . ПМИД 16039968 .
- ^ Андерсон, Ричард Г.В. (июнь 1998 г.). «Мембранная система кавеол» . Ежегодный обзор биохимии . 67 (1): 199–225. doi : 10.1146/annurev.biochem.67.1.199 . ПМИД 9759488 .
- ^ Партон, Роберт Г.; дель Посо, Мигель А. (февраль 2013 г.). «Кавеолы как сенсоры, защитники и организаторы плазматической мембраны». Nature Reviews Молекулярно-клеточная биология . 14 (2): 98–112. дои : 10.1038/nrm3512 . ПМИД 23340574 . S2CID 21940682 .
- ^ Франк, Филипп Дж; Лисанти, Майкл П. (октябрь 2004 г.). «Кавеолин-1 и кавеолы при атеросклерозе: дифференциальная роль в формировании жировых полос и неоинтимальной гиперплазии». Современное мнение в липидологии . 15 (5): 523–529. дои : 10.1097/00041433-200410000-00005 . ПМИД 15361787 . S2CID 20778606 .
- ^ Пелкманс, Лукас (декабрь 2005 г.). «Тайны эндоцитоза, опосредованного кавеолами и липидными рафтами, выявленные вирусами млекопитающих» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . 1746 (3): 295–304. дои : 10.1016/j.bbamcr.2005.06.009 . ПМИД 16126288 .
- ^ Caveolae в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- ^ Jump up to: а б с д Лажуа, Патрик; Наби, Иван Р. (2010). Липидные рафты, кавеолы и их эндоцитоз . Международное обозрение клеточной и молекулярной биологии. Том. 282. стр. 135–163. дои : 10.1016/S1937-6448(10)82003-9 . ISBN 978-0-12-381256-8 . ПМИД 20630468 .
- ^ Jump up to: а б Хилл, Мишель М.; Бастиани, Микеле; Лютерфорст, Роберт; Киркхэм, Мэтью; Киркхэм, Анника; Никсон, Сьюзен Дж.; Уолзер, Пирс; Абанква, Дэниел; Ооршот, Виола MJ; Мартин, Салли; Хэнкок, Джон Ф.; Партон, Роберт Г. (январь 2008 г.). «PTRF-Cavin, консервативный цитоплазматический белок, необходимый для формирования и функционирования кавеолы» . Клетка . 132 (1): 113–124. дои : 10.1016/j.cell.2007.11.042 . ПМК 2265257 . ПМИД 18191225 .
- ^ Jump up to: а б Бастиани, Микеле; Лю, Либин; Хилл, Мишель М.; Едриховский, Марк П.; Никсон, Сьюзен Дж.; Ло, Харриет П.; Абанква, Дэниел; Лютерфорст, Роберт; Фернандес-Рохо, Мануэль; Брин, Майкл Р.; Гиги, Стивен П.; Винтен, Йорген; Уолзер, Пирс Дж.; Норт, Кэтрин Н.; Хэнкок, Джон Ф.; Пилч, Пол Ф.; Партон, Роберт Г. (29 июня 2009 г.). «MURC/Cavin-4 и члены семейства кавинов образуют тканеспецифичные кавеолярные комплексы» . Журнал клеточной биологии . 185 (7): 1259–1273. дои : 10.1083/jcb.200903053 . HDL : 2144/3220 . ПМК 2712963 . ПМИД 19546242 .
- ^ Ковтун, Алексей; Тилль, Викас А.; Ариотти, Николас; Партон, Роберт Г.; Коллинз, Бретт М. (1 апреля 2015 г.). «Белки семейства кавинов и сборка кавеол» . Журнал клеточной науки . 128 (7): 1269–1278. дои : 10.1242/jcs.167866 . ПМЦ 4379724 . ПМИД 25829513 .
- ^ Партон, Роберт Г.; Коллинз, Бретт М. (13 декабря 2016 г.). «Разгадка архитектуры кавеол» . Труды Национальной академии наук . 113 (50): 14170–14172. Бибкод : 2016PNAS..11314170P . дои : 10.1073/pnas.1617954113 . ПМК 5167180 . ПМИД 27911845 .
- ^ Лю, Либин; Браун, Деннис; Макки, Мэри; ЛеБрассер, Натан К.; Ян, Дэн; Альбрехт, Кеннет Х.; Равид, Катя; Пилч, Пол Ф. (октябрь 2008 г.). «Удаление Cavin/PTRF вызывает глобальную потерю кавеол, дислипидемию и непереносимость глюкозы» . Клеточный метаболизм . 8 (4): 310–317. дои : 10.1016/j.cmet.2008.07.008 . ПМК 2581738 . ПМИД 18840361 .
- ^ Jump up to: а б с д и Партон, Роберт Г.; Саймонс, Кай (март 2007 г.). «Множественные лица кавеол». Nature Reviews Молекулярно-клеточная биология . 8 (3): 185–194. дои : 10.1038/nrm2122 . ПМИД 17318224 . S2CID 10830810 .
- ^ Ло, Харриет П.; Холл, Томас Э; Партон, Роберт Дж. (2 января 2016 г.). «Механозащита кавеолами скелетных мышц» . БиоАрхитектура . 6 (1): 22–27. дои : 10.1080/19490992.2015.1131891 . ПМЦ 4914031 . ПМИД 26760312 .
- ^ Ченг, Джейд ПХ; Мендоса-Топаз, Каролина; Ховард, Джиллиан; Чедвик, Джессика; Швец, Елена; Коуберн, Эндрю С.; Данмор, Бенджамин Дж.; Кросби, Алекси; Моррелл, Николас В.; Николс, Бенджамин Дж. (12 октября 2015 г.). «Кавеолы защищают эндотелиальные клетки от разрыва мембраны во время увеличения сердечного выброса» . Журнал клеточной биологии . 211 (1): 53–61. дои : 10.1083/jcb.201504042 . ПМК 4602045 . ПМИД 26459598 .
- ^ Лим, Йе-Вин; Ло, Харриет П.; Фергюсон, Чарльз; Мартель, Ник; Джакомото, Жан; Гомес, Гильермо А.; Яп, Альфа С.; Холл, Томас Э.; Партон, Роберт Г. (июль 2017 г.). «Кавеолы защищают клетки хорды от катастрофических механических повреждений во время развития» . Современная биология . 27 (13): 1968–1981.e7. Бибкод : 2017CBio...27E1968L . дои : 10.1016/j.cub.2017.05.067 . ПМИД 28648821 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Гистологическое изображение: 21402loa - Система обучения гистологии в Бостонском университете.