Кавеолы

Тип липидного рафта при эндоцитозе

В биологии кавеолы ​​( лат. « маленькие пещеры»; единственное число — кавеола ), представляющие собой 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 сигнала . ^[4] Считается также, что они играют роль в механозащите, механочувствительности , эндоцитозе , онкогенезе и поглощении патогенных бактерий и некоторых вирусов . ^{[5] [6] [3] [7]}

Кавеолины

Первоначально считалось, что формирование и поддержание кавеол происходит в первую очередь за счет кавеолина , ^[8] белка 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

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

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

• Было показано, что кавеолы ​​необходимы для защиты клеток от механического стресса во многих 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 такие вирусы, 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

Некоторыми известными ингибиторами пути кавеол являются филипин III, генистеин и нистатин . ^[9]

Смотрите также

• Пиноцитоз

Рекомендации

1. 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.
2. 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. 
3. 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. doi :10.1016/j.tcm.2005.04.001. ПМИД  16039968.
4. Андерсон, Ричард GW (июнь 1998 г.). «Мембранная система кавеол». Ежегодный обзор биохимии . 67 (1): 199–225. doi : 10.1146/annurev.biochem.67.1.199 . ПМИД  9759488.
5. 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. PMID  23340574. S2CID  21940682.
6. 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. PMID  15361787. S2CID  20778606.
7. 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.
8. Caveolae в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
9. 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.
10. 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. 
11. 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 . ПМЦ 2712963 . ПМИД  19546242. 
12. Ковтун, Алексей; Тиллу, 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. 
13. 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. 
14. 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. doi :10.1016/j.cmet.2008.07.008. ПМЦ 2581738 . ПМИД  18840361. 
15. Партон, Роберт Г.; Саймонс, Кай (март 2007 г.). «Множественные лица кавеол». Nature Reviews Молекулярно-клеточная биология . 8 (3): 185–194. дои : 10.1038/nrm2122. PMID  17318224. S2CID  10830810.
16. 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. 
17. Ченг, Джейд PX; 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. 
18. 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. дои : 10.1016/j.cub.2017.05.067 . ПМИД  28648821.

Внешние ссылки

• Гистологическое изображение: 21402loa - Система обучения гистологии в Бостонском университете.