В биологии клетки гранула — это маленькая частица, едва различимая в световой микроскоп . Этот термин чаще всего используется для описания секреторной везикулы, содержащей важные компоненты клеточной физиологии. [1] Примерами гранул являются гранулоциты, гранулы тромбоцитов, гранулы инсулина, гранулы германа, гранулы крахмала и стрессовые гранулы.
Группа лейкоцитов , называемых гранулоцитами , представляет собой белые кровяные клетки, содержащие гранулы ферментов, которые играют важную роль в иммунной системе . Гранулоциты включают нейтрофилы , эозинофилы и базофилы , которые атакуют бактерии или паразитов и реагируют на аллергены. Каждый тип гранулоцитов содержит ферменты и химические вещества, соответствующие его функции. [1]
Например, нейтрофилы содержат первичные гранулы, вторичные гранулы, третичные гранулы и секреторные везикулы. Первичные везикулы, также известные как азурофильные гранулы , секретируют гидролитические ферменты, включая эластазу , миелопероксидазу , катепсины и дефензины , которые способствуют разрушению патогенов. Вторичные гранулы или специфические гранулы в нейтрофилах содержат железосвязывающий белок лактоферрин . Третичные гранулы содержат матриксные металлопротеиназы . [2] [3]
Другие иммунные клетки, такие как естественные клетки-киллеры , содержат гранулярные ферменты, включая перфорин и протеазы , которые могут приводить к лизису соседних клеток. [2]
Процесс, посредством которого содержимое гранул высвобождается, называется дегрануляцией . Этот строго контролируемый процесс инициируется иммунологическими стимулами и приводит к перемещению гранул к клеточной мембране для слияния и высвобождения. [2]
Гранулы тромбоцитов классифицируются как плотные гранулы и альфа-гранулы .
α-гранулы уникальны для тромбоцитов и являются наиболее распространенными из гранул тромбоцитов, насчитывая 50–80 на тромбоцит 2. Эти гранулы имеют диаметр 200–500 нм и составляют около 10% объема тромбоцитов. Они содержат в основном белки, как мембранно-ассоциированные рецепторы (например, αIIbβ3 и P-селектин), так и растворимые грузы (например, тромбоцитарный фактор 4 [PF4] и фибриноген). Протеомные исследования выявили более 300 растворимых белков, которые участвуют в самых разных функциях, включая гемостаз (например, фактор Виллебранда [VWF] и фактор V), воспаление (например, хемокины, такие как CXCL1 и интерлейкин-8) и заживление ран (например, фактор роста эндотелия сосудов [VEGF] и фактор роста фибробластов [FGF]) 3. Классическое представление α-гранул в виде сферических органелл с периферической ограничивающей мембраной, плотным нуклеоидом и постепенно просветляющимися периферическими зонами при просвечивающей электронной микроскопии, вероятно, является упрощенным и может быть отчасти артефактом подготовки. Электронная томография с трехмерной реконструкцией тромбоцитов примечательна значительным процентом трубчатых α-гранул, в которых обычно отсутствует VWF 4. Более поздние работы с использованием просвечивающей электронной микроскопии и замещенной дегидратации покоящихся тромбоцитов показывают, что α-гранулы являются овальными с в целом гомогенной матрицей и что трубки образуются из α-гранул при активации 5. Таким образом, вопрос о том, существует ли значительная структурная гетерогенность среди α-гранул, еще предстоит полностью решить. Экзоцитоз α-гранул оценивается в первую очередь по экспрессии плазматической мембраной P-селектина (CD62P) с помощью проточной цитометрии или оценки высвобождения PF4, VWF или других грузов гранул. [4]
Плотные гранулы (также известные как δ-гранулы) являются вторыми по распространенности гранулами тромбоцитов, по 3–8 на тромбоцит. Их диаметр составляет около 150 нм 2. Эти гранулы, уникальные для тромбоцитов, являются подтипом органелл, связанных с лизосомами (LRO), группы, которая также включает меланосомы, пластинчатые тельца альвеолярных клеток типа II и литические гранулы цитотоксических Т-клеток. Плотные гранулы в основном содержат биоактивные амины (например, серотонин и гистамин), адениновые нуклеотиды, полифосфаты и пирофосфаты, а также высокие концентрации катионов, особенно кальция. Эти гранулы получили свое название из-за своего электронно-плотного вида при электронной микроскопии всего препарата, что является результатом их высоких концентраций катионов. Экзоцитоз плотных гранул обычно оценивается по высвобождению АДФ/АТФ с использованием методов люминесценции на основе люциферазы, высвобождению предварительно загруженного [3H] серотонина или мембранной экспрессии мембранного белка 2, ассоциированного с лизосомами (LAMP2) или CD63 с помощью проточной цитометрии. [4]
Были описаны и другие гранулы тромбоцитов. Тромбоциты содержат около 1–3 лизосом на тромбоцит и пероксисомы, специфичная для тромбоцитов функция которых остается неясной. Лизосомальный экзоцитоз обычно оценивается путем оценки высвобожденных лизосомальных ферментов, таких как бета-гексозаминидаза. Также была описана электронно-плотная гранула, определяемая наличием Toll-подобного рецептора 9 (TLR9) и протеиндисульфидизомеразы (PDI), называемая T-гранулой, хотя ее существование остается спорным. Сообщалось, что PDI и другие тромбоцитарные тиоловые изомеразы упакованы в негранулярный отсек, полученный из мегакариоцитарного эндоплазматического ретикулума (ER), который может быть связан с плотной трубчатой системой. [4]
Гранулы инсулина представляют собой особый тип гранул, обнаруженных в бета-клетках поджелудочной железы . Гранулы инсулина представляют собой секреторные гранулы, которые отвечают за хранение и секрецию инсулина , гормона, регулирующего концентрацию глюкозы в кровотоке для поддержания гомеостаза. Выделение инсулина гранулами сигнализируется концентрацией глюкозы в плазме и возникающим в результате притоком ионов кальция в клетки поджелудочной железы, которые инициируют экзоцитоз гранул . Выделение инсулина является двухфазным, поскольку инсулин сначала высвобождается в первичной фазе гранулами, наиболее близкими к плазматической мембране. Во вторичной фазе гранулы инсулина рекрутируются из резервов, расположенных глубже в бета-клетке, для более медленной скорости высвобождения. [5]
Гранулы инсулина подвергаются значительному процессу созревания. Сначала молекулы-предшественники проинсулина синтезируются в эндоплазматическом ретикулуме и упаковываются в сеть Гольджи. Гранулы инсулина отпочковываются от транс-сети Гольджи и далее сортируются с помощью транспорта везикул, покрытых клатрином . После отпочкования секреторные гранулы инсулина подкисляются, активируя эндопротеазы PC1/3 и PC2 для превращения проинсулина в инсулин. Покрытие клатрином высвобождается, и секреторные гранулы инсулина транспортируются через клетку с помощью актиновых нитей и микротрубочек . [6]
В 1957 году Андре и Руайе впервые ввели термин « nuage » [7] (по-французски «облако»). Его аморфная и волокнистая структура появилась на рисунках еще в 1933 году (Рисли). Сегодня принято считать, что nuage представляет собой характерную электронно-плотную органеллу зародышевой плазмы , инкапсулирующую цитоплазматическую поверхность ядерной оболочки клеток, предназначенных для зародышевой линии. Тот же самый гранулярный материал также известен под различными синонимами: плотные тельца, митохондриальные облака, желточные ядра, тельца Бальбиани, перинуклеарные P-гранулы у Caenorhabditis elegans , зародышевые гранулы у Xenopus laevis , хроматоидные тельца у мышей и полярные гранулы у Drosophila . Молекулярно nuage представляет собой тесно переплетенную сеть дифференциально локализованных РНК-связывающих белков , которые в свою очередь локализуют определенные виды мРНК для дифференциального хранения, асимметричной сегрегации (как необходимо для асимметричного деления клеток ), дифференциального сплайсинга и/или трансляционного контроля. Гранулы зародышевой линии , по-видимому, являются предковыми и повсеместно сохраняются в зародышевых линиях всех типов метазоа .
Многие компоненты гранул зародышевой линии являются частью пути piRNA и выполняют функцию подавления мобильных элементов .
Крахмал — это нерастворимый углевод, используемый для хранения энергии в растительных клетках. Существует две формы крахмала: переходный крахмал и запасной крахмал. Переходный крахмал синтезируется посредством фотосинтеза и находится в фотосинтетических клетках растительных тканей, таких как листья. Запасной крахмал сохраняется в течение более длительного периода времени и находится в нефотосинтетических клетках тканей, таких как корни или стебель. Запасной крахмал используется во время прорастания или повторного роста, или когда потребности в энергии превышают чистое производство энергии в результате фотосинтеза. [8]
Крахмал хранится в форме гранул. Гранулы крахмала состоят из кристаллической структуры амилопектина и амилозы . Амилопектин образует структуру гранулы крахмала с разветвленными и неразветвленными A-цепями, B-цепями и C-цепями. Амилоза заполняет пробелы в структуре амилопектина. Под микроскопом гранулы крахмала выглядят как концентрические слои, называемые «годичными кольцами». Гранулы крахмала также содержат связанные с гранулами крахмалсинтазы и ферменты синтеза амилопектина. Примечательно, что гранулы крахмала различаются по размеру и морфологии в зависимости от растительных тканей и видов. [8]
Гранулы стресса состоят из белка и РНК и формируются из пулов мРНК, которые не начали трансляцию из-за условий окружающей среды, включая окислительный стресс , температуру, токсины и осмотическое давление. Гранулы стресса также содержат факторы инициации трансляции, РНК-связывающие белки (которые составляют 50% компонентов гранулы) и не-РНК-связывающие белки. Они образуются посредством белок-белковых взаимодействий между мРНК-связывающими белками и находятся под влиянием метилирования или фосфорилирования белков. Они содержат «ядро» с высокой концентрацией белков и мРНК и менее концентрированную внешнюю область. Гранулы стресса имеют динамическую структуру и могут стыковаться и обмениваться с p-телами или цитоплазмой. Они также могут выполнять слияние и деление в цитоплазме. [9]
Сборка стрессовых гранул зависит от условий клетки. У дрожжей стрессовые гранулы образуются в условиях высокой температуры. Стрессовые гранулы важны для их роли в локализации мРНК, клеточных сигнальных путях и противовирусных процессах. После разборки РНК внутри стрессовых гранул может вернуться к трансляции или быть удалена как клеточные отходы. Стрессовые гранулы могут обеспечивать защиту мРНК от взаимодействия с цитозолем. Более того, мутации, которые влияют на образование или деградацию стрессовых гранул, могут способствовать нейродегенеративным состояниям, таким как БАС и FTLD . Однако влияние стрессовых гранул на физиологию клеток все еще изучается. [9]
Текст скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.