В биологии клетки пузырёк (или пятачок ) — это выпячивание плазматической мембраны клетки, характеризующееся сферической, «пузыревидной», громоздкой морфологией. [2] [3] [4] Он характеризуется отделением цитоскелета от плазматической мембраны, что приводит к деградации внутренней структуры клетки и обеспечивает необходимую гибкость для разделения клетки на отдельные выпячивания или карманы межклеточного матрикса. [4] Чаще всего пузыри наблюдаются при апоптозе (запрограммированной гибели клетки), но они также наблюдаются при других неапоптотических функциях, включая апокринную секрецию (клеточную секрецию путем распада части клетки). Пузырькообразное образование , или цейоз , — это образование пузырьков.
Рост пузырьков обусловлен внутриклеточным давлением (аномальный рост), которое образуется в цитоплазме , когда актиновый кортекс подвергается сокращениям актомиозином. [5] Нарушение взаимодействия мембраны и актинового кортекса [4] зависит от активности миозин-АТФазы [6] На инициацию пузырьков влияют три основных фактора: высокое внутриклеточное давление, сниженное количество белков-линкеров кортекс-мембрана и ухудшение состояния актинового кортекса. [7] [8] Целостность связи между актиновым кортексом и мембраной зависит от того, насколько целостна кортекс и сколько белков связывают две структуры. [7] [8] Когда эта целостность нарушена, дополнительное давление может заставить мембрану выпячиваться из остальной части клетки. [7] [8] Наличие только одного или двух из этих факторов часто недостаточно для образования пузырьков. [8] Образование пузырьков также связано с повышением сократимости миозина и повышением локальной активности миозина. [7] [8]
Образование пузырька может быть инициировано двумя способами: 1) через локальный разрыв кортекса или 2) через локальный отрыв кортекса от плазматической мембраны . [9] Это создает слабое место, через которое течет цитоплазма , что приводит к расширению выпуклости мембраны за счет увеличения площади поверхности путем разрыва мембраны от кортекса, в течение которого уровни актина снижаются. [5] Цитоплазматический поток управляется гидростатическим давлением внутри клетки. [10] [3] Прежде чем пузырь сможет расшириться, давление должно вырасти достаточно, чтобы достичь порогового значения. [8] Этот порог представляет собой величину давления, необходимую для преодоления сопротивления плазматической мембраны деформации. [8]
Образование пузырьков было искусственно вызвано в нескольких лабораторных моделях клеток с использованием различных методов. [11] Вставив микропипетку в клетку, клетку можно быстро аспирировать до тех пор, пока разрушение связей кортекс-мембрана не вызовет блеббинг. [11] Разрыв связей кортекс-мембрана также был вызван лазерной абляцией и инъекцией препарата, деполимеризующего актин , что в обоих случаях в конечном итоге приводило к блеббингу клеточной мембраны. [11] Было также показано, что искусственно повышенные уровни сократимости миозина вызывают блеббинг в клетках. [11] Было показано, что некоторые вирусы, такие как поксвирус Vaccinia , вызывают блеббинг в клетках, поскольку они связываются с поверхностными белками. [12] Хотя точный механизм еще не полностью изучен, этот процесс имеет решающее значение для эндоцитоза вириона и последующего инфицирования. [12]
Пузыристый процесс является одной из определенных особенностей апоптоза . [6] Во время апоптоза (запрограммированной гибели клетки) цитоскелет клетки распадается и заставляет мембрану выпячиваться наружу. [13] Эти вздутия могут отделяться от клетки, забирая с собой часть цитоплазмы , и становятся известными как апоптотические пузырьки. [14] Фагоцитарные клетки в конечном итоге потребляют эти фрагменты, и компоненты перерабатываются.
В апоптозе различают два типа пузырьков. Сначала образуются небольшие поверхностные пузырьки. На более поздних стадиях могут появляться более крупные так называемые динамические пузырьки, которые могут нести более крупные фрагменты органелл, такие как более крупные части фрагментированного ядра апоптотической клетки . [15]
Наряду с ламеллиподиями , пузырьки играют важную роль в миграции клеток . [7] [11] Мигрирующие клетки способны поляризовать образование пузырьков, поэтому пузырьки возникают только на переднем крае клетки. [7] [11] Двумерная движущаяся клетка способна использовать адгезивные молекулы для получения сцепления в своей среде, в то время как пузырьки образуются на переднем крае. [7] [11] При формировании пузырька центр масс клетки смещается вперед, и достигается общее движение цитоплазмы. [7] Известно также, что клетки выполняют трехмерное движение на основе пузырьков посредством процесса, называемого «дымоход». [7] [ 11] В этом процессе клетки оказывают давление на верхний и нижний субстраты, сжимая себя, заставляя пузырь на переднем крае расти, а клетку — двигаться вперед. [7] [11]
Апокриновая секреция — это способ секреции экзокринных желез , при котором секреторные клетки накапливают материал на своих апикальных концах, а затем этот материал отпочковывается от клеток. Во многих аспектах это можно рассматривать как апоптоз части клетки. Процесс секреции обычно начинается с накопления секреторных гранул в апикальном пузырьке (также называемом « апикальным рылом ») клетки, который впоследствии распадается, высвобождая секреторные гранулы в просвет.
Пузырьки также выполняют важные функции в других клеточных процессах, включая движение клеток, деление клеток и физические или химические стрессы. Пузырьки были обнаружены в культивируемых клетках на определенных стадиях клеточного цикла. Эти пузырьки используются для движения клеток в эмбриогенезе . [16] Типы пузырьков сильно различаются, включая различия в скорости роста пузырьков, размере, содержимом и содержании актина . Он также играет важную роль во всех пяти разновидностях некроза , как правило, пагубного процесса. Однако клеточные органеллы не распространяются в некротические пузырьки.
В 2004 году было показано, что химическое вещество, известное как блеббистатин, ингибирует образование блеббов. [18] Этот агент был обнаружен в ходе скрининга малых молекулярных ингибиторов немышечного миозина IIA . [18] Блеббистатин аллостерически ингибирует миозин II, связываясь вблизи участка связывания актина и участка связывания АТФ. [19] Это взаимодействие стабилизирует форму миозина II, которая не связана с актином, тем самым снижая сродство миозина к актину . [ 18] [19] [20] [21] Вмешиваясь в функцию миозина, блеббистатин изменяет сократительные силы, которые воздействуют на интерфейс цитоскелет -мембрана, и предотвращает нарастание внутриклеточного давления, необходимого для блеббинга. [8] [18] [19] [20] [21] Блеббистатин исследовался на предмет его потенциального медицинского применения для лечения фиброза , рака и повреждений нервов . [19] Однако известно, что блеббистатин является цитотоксичным , светочувствительным и флуоресцентным , что привело к разработке новых производных для решения этих проблем. [19] Некоторые известные производные включают азидоблеббистатин, пара -нитроблеббистатин и пара -аминоблеббистатин. [19]
