Микросома
В клеточной биологии микросомы представляют собой гетерогенные везикулоподобные артефакты (диаметром ~ 20-200 нм), образующиеся из частей эндоплазматической сети (ЭР) при эукариотических разрушении клеток в лаборатории ; микросомы отсутствуют в здоровых живых клетках. [1]
Шероховатые (содержащие рибосомы ) и гладкие (без рибосом) микросомы образуются из эндоплазматической сети путем разрушения клеток . Эти микросомы имеют внутреннюю часть, точно такую же, как просвет эндоплазматической сети. Обе формы микросом можно очистить с помощью процесса, известного как центрифугирование с равновесной плотностью . Шероховатые и гладкие микросомы различаются по своим белкам, а в шероховатых микросомах наблюдается одновременная трансляция и транслокация, за некоторыми исключениями из белков дрожжей.
Гипотеза сигнала
[ редактировать ]Сигнальная гипотеза была выдвинута Гюнтером Блобелем и Дэвидом Сабатини в 1971 году, утверждая, что уникальная пептидная последовательность кодируется мРНК, специфичной для белков, предназначенных для транслокации через мембрану ЭР. Этот пептидный сигнал направляет активную рибосому к поверхности мембраны и создает условия для переноса образующегося полипептида через мембрану. Обобщение сигнальной гипотезы, включающее сигналы для каждой органеллы и каждой локализации внутри клетки, оказало влияние, выходящее далеко за рамки освещения нацеливания на секреторные белки, поскольку оно впервые ввело концепцию «топогенных» сигналов. До появления сигнальной гипотезы было почти немыслимо, чтобы информация, закодированная в полипептидной цепи, могла определять локализацию белков в клетке. [2]
Бесклеточный синтез белка
[ редактировать ]Это относится к бесклеточному синтезу белка . Бесклеточный синтез белка без микросом не позволяет осуществить включение в микросомы. Это означает, что при более позднем представлении микросомальных мембран удаление сигнальной последовательности не происходит. При наличии микросом бесклеточный синтез белка демонстрирует котрансляционный транспорт белка в микросому и, следовательно, удаление сигнальной последовательности. В результате этого процесса образуется зрелая белковая цепь. Исследования изучали процесс бесклеточного синтеза белка, когда у микросом отрываются связанные с ними рибосомы. Это объяснило некоторые детали сигнальных последовательностей эндоплазматического ретикулума. Обычно сигнальная последовательность секреторного белка удаляется только в том случае, если микросомы предназначены для синтеза белка, поскольку секреторный белок включается в микросомы. Транспорта белка не происходит, если происходит позднее добавление микросом после завершения процесса синтеза белка.
Экструзия белка в микросому может быть описана множеством факторов. Белок считается экструдированным, если он устойчив к протеазам , не устойчив к протеазам в присутствии детергентов или гликозилирован ферментами, находящимися в микросомах. Кроме того, еще одним признаком того, что белок был выдавлен, является отщепление сигнальной пептидазой N-концевого сигнального пептида внутри микросомы, что может привести к уменьшению размера белка.
Импульсные эксперименты
[ редактировать ]Микросомы также играют роль в экспериментах Pulse-Chase . Эксперименты Pulse-Chase показали, что секретируемые белки перемещаются через мембрану эндоплазматической сети, когда мембраны очищаются. Было важно отделить эндоплазматический ретикулум от остальной части клетки, чтобы изучить транслокацию, но это невозможно из-за того, насколько он хрупкий и взаимосвязанный. Это позволило микросомам вступить в игру, поскольку они обладают большинством биохимических свойств эндоплазматической сети. Микросомы образуются в результате гомогенизации клеток и небольших закрытых везикул с рибосомами снаружи, образующимися в результате грубого разрушения эндоплазматического ретикулума. При обработке микросом протеазой было обнаружено, что полипептид , образованный рибосомами, заканчивается в просвете микросомы. Это происходит даже несмотря на то, что белки производятся на цитозольной стороне мембраны эндоплазматического ретикулума.
Другие эксперименты показали, что микросомы должны быть введены до того, как первые 70 аминокислот будут транслированы, чтобы секреторный белок попал в просвет микросомы. В этот момент 40 аминокислот торчат из рибосомы, а следующие 30 аминокислот находятся в рибосомном канале. Котрансляционная транслокация объясняет, что транспорт секреторных белков в просвет эндоплазматической сети начинается с того, что белок все еще связан с рибосомами и не полностью синтезирован. [3] Микросомы можно концентрировать и отделять от другого клеточного мусора дифференциальным центрифугированием . Неразрушенные клетки, ядра и митохондрии осаждаются при 10 000 g (где g — ускорение силы тяжести Земли), тогда как растворимые ферменты и фрагментированный ЭР, содержащий цитохром P450 (CYP), остаются в растворе. При 100 000 g, что достигается за счет более быстрого вращения центрифуги, ER выпадает из раствора в виде осадка, но растворимые ферменты остаются в супернатанте . Таким образом цитохром Р450 в микросомах концентрируется и выделяется. Микросомы имеют красновато-коричневый цвет из-за присутствия гема . Из-за необходимости наличия многокомпонентной белковой системы микросомы необходимы для анализа метаболической активности CYP. Эти CYP широко распространены в печени крыс, мышей и человека, но присутствуют также во всех других органах и организмах.
Чтобы получить микросомы, содержащие специфический CYP или большое количество активного фермента, микросомы получают из клеток насекомых Sf9 или дрожжей посредством гетерологичной экспрессии . Альтернативно можно также осуществлять экспрессию в Escherichia coli целых или укороченных белков. [4] [5] Таким образом, микросомы являются ценным инструментом для изучения метаболизма соединений (ингибирование ферментов, клиренс и идентификация метаболитов ), а также для изучения взаимодействия лекарств с помощью исследований in vitro . Исследователи часто выбирают партии микросом на основе уровня ферментативной активности конкретных CYP. Некоторые партии доступны для изучения конкретных групп населения (например, микросом легких курильщиков или некурящих) или разделены на классификации для достижения целевых уровней активности CYP для исследований ингибирования и метаболизма .
Микросомы используются для имитации активности эндоплазматической сети в пробирке и проведения экспериментов, требующих синтеза белка на мембране. Они дают ученым возможность выяснить, как белки производятся в ЭР клетки, воссоздавая этот процесс в пробирке.
Кифер и др. изучил, как микросомы печени человека и гепатоциты человека используются для изучения метаболической стабильности и ингибирования систем in vitro. Изучение их сходств и различий может пролить свет на механизмы метаболизма , пассивной проницаемости и транспортеров. Показано, что пассивная проницаемость важна для метаболизма и ингибирования ферментов в гепатоцитах человека. Кроме того, отток P-gp играет меньшую роль в этой же области. Кроме того, микросомы печени более предсказывают клиренс in vivo, чем гепатоциты, поскольку они обеспечивают более высокий внутренний клиренс, чем гепатоциты. [6]
МТП
[ редактировать ]Икбал, Джахангир и Аль-Карни изучали микросомальный белок-переносчик триглицеридов (MTP). MTP является резидентным белком эндоплазматической сети и помогает переносить нейтральные липиды к формирующемуся аполипопротеину B. MTP широко используется у пациентов с абеталипопротеинемией с мутациями MTP из-за того, как он влияет на сборку и секрецию апоВ-содержащих липопротеинов . Эти мутации MTP связаны с отсутствием циркуляции липопротеинов, содержащих апоВ. MTP также участвует в биосинтезе эфира холестерина и кластера дифференцировки 1d. Перенос сфинголипидов в апоВ-содержащие липопротеины также подпадает под способность MTP. МТР влияет на гомеостаз липидов и липопротеинов и связан с определенными патофизиологическими состояниями и метаболическими заболеваниями . [7]
Ван и др. исследовали метаболизм лекарств in vitro с использованием микросом печени человека и фракций S9 печени человека. Исследование выявило значительные различия между микросомами печени человека и фракциями S9 печени человека в концентрациях ферментов, метаболизирующих лекарства, и белков-транспортеров. Определены белково-белковые корреляции этих ферментов и переносчиков, метаболизирующих лекарственные средства, в отношении двух печеночных препаратов. [8]
См. также
[ редактировать ]- Цитохром P450
- Список нарушений биологического развития
- фракция S9
- Бесклеточный синтез белка
- Импульсные эксперименты
- Дифференциальное центрифугирование
- Микросомальный белок-переносчик триглицеридов
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Воет Д., Воет Дж.Г. (2004). Биохимия (3-е изд.). Уайли. п. 1309 . ISBN 0-471-19350-Х .
- ^ Мэтлин, С. Карл (13 апреля 2011 г.). «Пространственное выражение генома: сигнальная гипотеза в сорок лет». Nature Reviews Молекулярно-клеточная биология . 12 (5): 333–340. дои : 10.1038/nrm3105 . ПМИД 21487438 . S2CID 37896698 .
- ^ Лодиш, HF и др. (2008). Молекулярно-клеточная биология. У. Х. Фриман.
- ^ Пан Ю., Абд-Рашид Б.А., Исмаил З., Исмаил Р., Мак Дж.В., Онг CE (2011). «Гетерологичная экспрессия человеческих цитохромов P450 2D6 и CYP3A4 в Escherichia coli и их функциональная характеристика». Белковый журнал . 30 (8): 581–91. дои : 10.1007/s10930-011-9365-6 . ПМИД 22001938 . S2CID 26020065 .
- ^ Шварц Д., Киселев П., Хонек Х., Каскорби И., Шунк В.Х., Рутс I (2001). «Совместная экспрессия вариантов цитохрома P4501A1 человека (CYP1A1) и НАДФН-цитохром P450 редуктазы человека в системе бакуловирус/клетка насекомых». Ксенобиотика; Судьба чужеродных соединений в биологических системах . 31 (6): 345–56. дои : 10.1080/00498250110055947 . ПМИД 11513247 . S2CID 43124584 .
- ^ Кифер, К. и др. (2020). Механистические представления о несоответствии клиренса и ингибирования между микросомами печени и гепатоцитами, когда клиренс в микросомах печени выше, чем в гепатоцитах. Европейский журнал фармацевтических наук: официальный журнал Европейской федерации фармацевтических наук. Получено 29 ноября 2022 г. с сайта ПМИД 32927071
- ^ Икбал Дж., Джахангир З. и Аль-Карни А.А. (2020). Микросомальный белок-переносчик триглицеридов: от липидного обмена к метаболическим заболеваниям. Достижения экспериментальной медицины и биологии. Получено 29 ноября 2022 г. с сайта ПМИД 32705593
- ^ Ван, X. и др. (2020, январь). Сравнительный протеомный анализ микросом печени человека и фракций S9. Метаболизм и распределение лекарств: биологическая судьба химических веществ. Получено 29 ноября 2022 г. с сайта ПМИД 31699809
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Микросомы Национальной медицинской библиотеки США в медицинских предметных рубриках (MeSH)
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
