stringtranslate.com

Транспортировка мембранных везикул

Транспортировка мембранных везикул в эукариотических клетках животных включает перемещение биохимических сигнальных молекул из мест синтеза и упаковки в аппарате Гольджи в определенные места высвобождения на внутренней стороне плазматической мембраны секреторной клетки. Это происходит в форме связанных с мембраной аппарата Гольджи микроразмерных везикул , называемых мембранными везикулами (МВ).

В этом процессе упакованные клеточные продукты высвобождаются или секретируются за пределы клетки, через ее мембрану. С другой стороны, везикулярная мембрана удерживается и перерабатывается секреторными клетками. Это явление играет важную роль в синаптической нейротрансмиссии , эндокринной секреции, слизистой секреции, секреции гранулярных продуктов нейтрофилами и других явлениях. Ученые, стоящие за этим открытием, были удостоены Нобелевской премии за 2013 год.

В прокариотических грамотрицательных бактериальных клетках перемещение мембранных везикул осуществляется через бактериальные наружные мембранные везикулы , ограниченные наноразмерными везикулами, называемыми наружными мембранными везикулами (OMV). Однако в этом случае мембрана OMV также секретируется вместе с содержимым OMV наружу из секреторно-активной бактерии . Это другое явление играет важную роль во взаимодействиях хозяина и патогена , эндотоксическом шоке у пациентов, вторжении и инфицировании животных или растений, межвидовой бактериальной конкуренции, распознавании кворума, экзоцитозе и других областях.

Движение внутри эукариотических клеток

Здесь формируется везикула, поскольку собираются груз, рецепторы и белки оболочки. Затем везикула отпочковывается наружу и вырывается в цитоплазму. Везикула перемещается к своему целевому местоположению, затем стыкуется и сливается.

После того, как везикулы производятся в эндоплазматическом ретикулуме и модифицируются в аппарате Гольджи, они направляются в различные места назначения внутри клетки. Сначала везикулы покидают аппарат Гольджи и высвобождаются в цитоплазму в процессе, называемом почкованием. Затем везикулы перемещаются к месту назначения с помощью моторных белков . Как только везикула достигает места назначения, она соединяется с билипидным слоем в процессе, называемом слиянием , а затем высвобождает свое содержимое.

Бутонизация

Рецепторы, встроенные в мембрану тельца Гольджи, связывают специфический груз (например, дофамин) на люменальной стороне пузырька. Затем эти рецепторы груза привлекают различные белки, включая другие рецепторы груза и белки оболочки, такие как клатрин , COPI и COPII . По мере того, как все больше и больше этих белков оболочки собираются вместе, они заставляют пузырьку отпочковываться наружу и в конечном итоге вырываться в цитоплазму. Затем белки оболочки сбрасываются в цитоплазму для переработки и повторного использования. [1]

Подвижность между клеточными компартментами

Для перемещения между различными отсеками внутри клетки везикулы полагаются на моторные белки миозин , кинезин (в основном антероградный транспорт) и динеин (в основном ретроградный транспорт). Один конец моторных белков прикрепляется к везикуле, а другой конец прикрепляется либо к микротрубочкам , либо к микрофиламентам . Затем моторные белки движутся, гидролизуя АТФ, который продвигает везикулу к месту назначения. [2]

Стыковка и слияние

Когда везикула приближается к своему предполагаемому местоположению, белки RAB в мембране везикулы взаимодействуют с белками стыковки в месте назначения. Эти белки стыковки приближают везикулу к комплексу SNARE , обнаруженному в целевой мембране. Комплекс SNARE реагирует с синаптобревином, обнаруженным на мембране везикулы. [3] Это заставляет мембрану везикулы прижиматься к мембране целевого комплекса (или внешней мембране клетки) и заставляет две мембраны сливаться. В зависимости от того, сливается ли везикула с целевым комплексом или внешней мембраной, содержимое везикулы затем высвобождается либо в целевой комплекс, либо за пределы клетки. [4]

Примеры у эукариот

  1. Внутриклеточный транспорт происходит между субклеточными компартментами, такими как цистерны Гольджи и мультивезикулярные эндосомы, для транспортировки растворимых белков в виде МВ.
  2. Отпочкование МВ непосредственно от плазматической мембраны в виде микровезикул, высвобождаемых за пределы секреторных клеток .
  3. Экзосомы — это МВ, которые могут образовываться внутри внутреннего отсека, например, мультивезикулярной эндосомы. Экзосомы в конечном итоге высвобождаются из-за слияния этой эндосомы с плазматической мембраной клетки.
  4. Захват экзосомального аппарата некоторыми вирусами, такими как ретровирусы , при котором вирусы почковаются внутри мультивезикулярных эндосом и впоследствии секретируются в виде экзосом.

Все эти типы (1–4) способов перемещения мембранных везикул, происходящие в эукариотических клетках, были объяснены схематически. [5]

У прокариот

В отличие от эукариот , мембранный везикулярный транспорт у прокариот является новой областью интерактивной биологии для внутривидовой (чувство кворума) и межвидовой сигнализации на интерфейсе хозяин-патоген , поскольку у прокариот отсутствует внутренняя мембранная компартментализация их цитоплазмы . Дисперсия везикул внешней мембраны бактерий вдоль поверхности клетки была измерена у живых Escherichia coli , комменсальных бактерий, распространенных в кишечнике человека. Лечение антибиотиками изменило динамику везикул, сродство везикул к мембране и поверхностные свойства клеточных мембран, в целом усиливая транспорт везикул вдоль поверхностей бактериальных мембран и предполагая, что их свойства движения могут быть признаком антибиотикового стресса. [6]

На протяжении более четырех десятилетий культуры грамотрицательных бактерий обнаруживали наличие наномасштабных мембранных везикул. Роль мембранных везикул в патогенных процессах предполагалась с 1970-х годов, когда их обнаружили в десневом налете с помощью электронной микроскопии . [7] Предполагалось, что эти везикулы способствуют адгезии бактерий к поверхности эпителиальных клеток хозяина. [8] Затем была продемонстрирована их роль в инвазии клеток животных-хозяев in vivo . [9] Было показано , что при межбактериальных взаимодействиях OMV, высвобождаемые Pseudomonas aeruginosa, сливаются с внешней мембраной других грамотрицательных бактерий, вызывая их бактериолизис; эти OMV также могут лизировать грамположительные бактерии. [10] Также была подтверждена роль OMV в инфицировании Helicobacter pylori первичных эпителиальных клеток антрального отдела человека как модели, которая очень похожа на человеческий желудок. [11] OMV, содержащие VacA, также могут быть обнаружены в слизистой оболочке желудка человека, инфицированной H. pylori. [ 12] Также было показано, что OMV сальмонеллы играют прямую роль в инвазии эпителиальных клеток подвздошной кишки цыплят in vivo в 1993 году (ссылка 4) и позже, в захвате защитных макрофагов в подслужбу для репликации патогена и последующем апоптозе инфицированных макрофагов при тифоподобной инфекции животных. [13] Эти исследования переместили внимание OMV на транспорт мембранных везикул и показали, что это явление участвует в разнообразных процессах, включая генетическую трансформацию , кворумное зондирование , конкурентный арсенал среди микробов и инвазию, инфекцию , иммуномодуляцию животных-хозяев. [7] Уже был предложен механизм образования OMV грамотрицательными бактериями, включающий расширение карманов периплазмы (называемых периплазматическими органеллами ) из-за накопления секретов бактериальных клеток и их отщепления в виде везикул, ограниченных внешней мембраной (OMV), по линиям образования «мыльного пузыря» с трубкой пузыря и дальнейшее слияние или поглощение диффундирующих OMV клетками-хозяевами/целевыми клетками (рис. 2). [14]

Рис. 2 Механизм перемещения мембранных везикул (A–E), предложенный для высвобождения (стадии A–C) везикул внешней мембраны, OMV, из грамотрицательных бактерий по аналогии с образованием мыльного пузыря из сборки пузырьковой трубки (RC на стадии C) комплексов заклепок, RC, и их транслокации (стадия D) в клетку-хозяина животного/целевую клетку, TC. Общий секреторный путь (GSP) секретирует белки через мембрану бактериальной клетки (CM), чтобы выпячивать богатую липополисахаридом (LPS) внешнюю мембрану (OM) над слоем пептидогликана (PDG) в карманы раздутой периплазмы, называемые периплазматическими органеллами (PO), чтобы отщипнуть OMV, содержащие белки внешней мембраны (OMP), секреторные белки (SP) и шапероны (CH). OMV сигнализируют эпителиальным клеткам-хозяевам (EHC) о волнистости (R), способствуя макропиноктозу грамотрицательного (G−) микроба (стадия E).
Рис. 3 Микрофотография, полученная с помощью трансмиссионного электронного микроскопа , на поверхности организма сальмонеллы , несущего периплазматические органеллы (p, линейная стрелка) и высвобождающего везикулы наружной мембраны бактерий (MV), которые эндоцитируются (изогнутая стрелка) макрофагальной клеткой (M) в подвздошной кишке цыпленка in vivo.

В заключение следует отметить, что транспортировка мембранных везикул посредством OMV грамотрицательных организмов происходит во всех видах и царствах, включая царство растений [15] , в сфере передачи сигналов от клетки к клетке .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Бонифацино, Хуан (январь 2004 г.). «Механизмы почкования и слияния везикул». Cell . 116 (2): 153–166. doi : 10.1016/S0092-8674(03)01079-1 . PMID  14744428.
  2. ^ Hehnly H, Stamnes M (май 2007). «Регулирование подвижности везикул на основе цитоскелета». FEBS Letters . 581 ( 11): 2112–8. doi :10.1016/j.febslet.2007.01.094. PMC 1974873. PMID  17335816. 
  3. ^ Nanavati C, Markin VS, Oberhauser AF, Fernandez JM (октябрь 1992 г.). «Экзоцитотическая пора слияния, смоделированная как липидная пора». Biophysical Journal . 63 (4): 1118–32. Bibcode :1992BpJ....63.1118N. doi :10.1016/S0006-3495(92)81679-X. PMC 1262250 . PMID  1420930. 
  4. ^ Papahadjopoulos D, Nir S, Düzgünes N (апрель 1990 г.). «Молекулярные механизмы слияния мембран, вызванного кальцием». Журнал биоэнергетики и биомембран . 22 (2): 157–79. doi :10.1007/BF00762944. PMID  2139437. S2CID  1465571.
  5. ^ Théry C, Ostrowski M, Segura E (август 2009). «Мембранные везикулы как переносчики иммунных реакций». Nature Reviews. Иммунология . 9 (8): 581–93. doi :10.1038/nri2567. PMID  19498381. S2CID  21161202.
  6. ^ Bos J, Cisneros LH, Mazel D (январь 2021 г.). «Отслеживание в реальном времени бактериальных мембранных везикул выявляет усиление мембранного трафика при воздействии антибиотиков». Science Advances . 7 (4): eabd1033. doi :10.1126/sciadv.abd1033. PMC 7817102 . PMID  33523924. 
  7. ^ ab Ellis TN, Kuehn MJ (март 2010). «Вирулентность и иммуномодулирующая роль везикул наружной мембраны бактерий». Microbiology and Molecular Biology Reviews . 74 (1): 81–94. doi :10.1128/MMBR.00031-09. PMC 2832350. PMID  20197500 . 
  8. ^ Halhoul N, Colvin JR (февраль 1975). «Ультраструктура бактериального налета, прикрепленного к десне человека». Архивы Oral Biology . 20 (2): 115–8. doi :10.1016/0003-9969(75)90164-8. PMID  1054578.
  9. ^ YashRoy RC (1993). «Исследования поверхностных пилей и везикул организмов Salmonella 3,10:r:- с помощью электронного микроскопа». Indian Journal of Animal Sciences . 63 (2): 99–102.
  10. ^ Kadurugamuwa JL, Beveridge TJ (май 1996). «Бактериолитическое действие мембранных везикул Pseudomonas aeruginosa на другие бактерии, включая патогены: концептуально новые антибиотики». Журнал бактериологии . 178 (10): 2767–74. doi :10.1128 / jb.178.10.2767-2774.1996. PMC 178010. PMID  8631663. 
  11. ^ Heczko U, Smith VC, Mark Meloche R, Buchan AM, Finlay BB (ноябрь 2000 г.). «Характеристики прикрепления Helicobacter pylori к первичным антральным эпителиальным клеткам человека». Microbes and Infection . 2 (14): 1669–76. doi : 10.1016/s1286-4579(00)01322-8 . PMID  11137040.
  12. ^ Fiocca R, Necchi V, Sommi P, Ricci V, Telford J, Cover TL, Solcia E (июнь 1999 г.). «Выделение вакуолизирующего цитотоксина Helicobacter pylori как специфическим путем секреции, так и почкованием везикул внешней мембраны. Поглощение выделенного токсина и везикул желудочным эпителием». Журнал патологии . 188 (2): 220–6. doi :10.1002/(sici)1096-9896(199906)188:2<220::aid-path307>3.0.co;2-c. PMID  10398168. S2CID  44528015.
  13. ^ Yashroy RC (2000). «Захват макрофагов сальмонеллой (3,10:r:-) посредством экзоцитозной сигнализации типа III: механизм заражения подвздошной кишки цыплят». Indian Journal of Poultry Science . 35 (3): 276–281.
  14. ^ YashRoy RC (июнь 2003 г.). «Интоксикация эукариотических клеток грамотрицательными патогенами: новая модель экзоцитоза нановезикулярных клеток, связанных с внешней мембраной, для системы секреции типа III». Toxicology International . 10 (1): 1–9.
  15. ^ Bahar O, Pruitt R, Luu DD, Schwessinger B, Daudi A, Liu F, Ruan R, Fontaine-Bodin L, Koebnik R, Ronald P (2014). «Белок Xanthomonas Ax21 обрабатывается общей секреторной системой и секретируется совместно с везикулами внешней мембраны». PeerJ . 2 : e242. doi : 10.7717/peerj.242 . PMC 3897388 . PMID  24482761. 

Внешние ссылки