Трансцитоз (также известный как цитопемпсис ) [1] представляет собой тип трансклеточного транспорта , при котором различные макромолекулы транспортируются внутрь клетки . Макромолекулы захватываются везикулами на одной стороне клетки, тянутся через клетку и выбрасываются на другой стороне. Примеры транспортируемых макромолекул включают IgA , [2] трансферрин , [3] и инсулин . [4] Хотя трансцитоз чаще всего наблюдается в эпителиальных клетках , этот процесс также присутствует и в других местах. Кровеносные капилляры являются хорошо известным местом трансцитоза [5] , хотя он встречается и в других клетках, включая нейроны , [6] остеокласты [7] и М-клетки кишечника . [8]
Регуляция трансцитоза сильно различается из-за множества различных тканей, в которых наблюдается этот процесс. Выявлены различные тканеспецифические механизмы трансцитоза. Было показано, что брефелдин А , широко используемый ингибитор транспорта ER в аппарат Гольджи , ингибирует трансцитоз в клетках почек собак, что дало первые сведения о природе регуляции трансцитоза. [9] Также было показано, что трансцитоз в клетках почек собак регулируется на апикальной мембране с помощью Rab17 , [10], а также Rab11a и Rab25 . [11] Дальнейшая работа на клетках почек собак показала, что сигнальный каскад , включающий фосфорилирование EGFR с помощью Yes , ведущий к активации Rab11FIP5 с помощью MAPK1, усиливает трансцитоз. [12] Было показано, что трансцитоз ингибируется комбинацией прогестерона и эстрадиола с последующей активацией, опосредованной пролактином, в молочной железе кролика во время беременности . [ 13] В щитовидной железе трансцитоз фолликулярных клеток положительно регулируется ТТГ . Было показано, что фосфорилирование кавеолина 1 , индуцированное перекисью водорода, имеет решающее значение для активации трансцитоза в легочной сосудистой ткани . [14] Таким образом, можно сделать вывод, что регуляция трансцитоза представляет собой сложный процесс, который варьируется в зависимости от ткани.
Благодаря функции трансцитоза как процесса транспортировки макромолекул между клетками, он может быть удобным механизмом проникновения патогенов в ткань. Было показано, что трансцитоз имеет решающее значение для проникновения Cronobacter sakazakii через эпителий кишечника, а также через гематоэнцефалический барьер . [15] Было показано, что Listeria monocytogenes проникает в просвет кишечника посредством трансцитоза через бокаловидные клетки . [16] Было показано, что шига-токсин, секретируемый энтерогеморрагической кишечной палочкой, трансцитозируется в просвет кишечника. [17] Из этих примеров можно сказать, что трансцитоз жизненно важен для процесса патогенеза различных инфекционных агентов.
Фармацевтические компании, такие как Lundbeck , в настоящее время изучают возможность использования трансцитоза в качестве механизма транспортировки терапевтических препаратов через гематоэнцефалический барьер человека (ГЭБ). [ нужна цитата ] Использование собственного транспортного механизма организма может помочь преодолеть высокую селективность ГЭБ, который обычно блокирует поглощение большинства терапевтических антител в мозг и центральную нервную систему (ЦНС). Фармацевтическая компания Genentech после синтеза терапевтического антитела , которое эффективно ингибировала ферментативную функцию BACE1 , столкнулась с проблемами переноса адекватных и эффективных уровней антител в мозг. BACE1 — это фермент, который перерабатывает белки-предшественники амилоида в пептиды амилоида-β , включая те виды, которые агрегируют с образованием амилоидных бляшек, связанных с болезнью Альцгеймера . [ нужна цитата ]
Молекулы транспортируются через эпителиальный или эндотелиальный барьер одним из двух путей: 1) трансклеточным путем через внутриклеточный компартмент клетки или 2) парацеллюлярным путем через внеклеточное пространство между соседними клетками. [18] Трансклеточный путь также называется трансцитозом. Трансцитоз может быть рецептор-опосредованным и состоит из трех стадий: 1) рецептор-опосредованный эндоцитоз молекулы на одной стороне клетки, например на просветной стороне; 2) движение молекулы через внутриклеточный компартмент, обычно внутри эндосомальной системы; и 3) экзоцитоз молекулы во внеклеточное пространство на другой стороне клетки, например на аблюминальной стороне.
Трансцитоз может быть однонаправленным или двунаправленным. Однонаправленный трансцитоз может происходить выборочно в направлении от просвета к просвету или в обратном направлении, от просвета к просвету.
Трансцитоз играет важную роль в микрососудистом транспорте пептидов и белков головного мозга [19] , поскольку эндотелий микрососудов головного мозга, который образует гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) in vivo, экспрессирует уникальные, эпителиоподобные, высокорезистентные плотные соединения . [20] Плотные эндотелиальные соединения головного мозга практически исключают парацеллюлярный путь транспорта растворенных веществ через эндотелиальную стенку микрососудистых сосудов в головном мозге. Напротив, эндотелиальный барьер в периферических органах не имеет плотных соединений, и движение растворенных веществ по парацеллюлярному пути заметно на эндотелиальном барьере в органах, отличных от головного или спинного мозга. [21]
Рецепторно-опосредованный трансцитоз, или RMT, через ГЭБ является потенциальным путем доставки лекарств в мозг , особенно биологических препаратов, таких как рекомбинантные белки. [22] Нетранспортируемое лекарство, или терапевтический белок, генетически слито с белком-транспортером. Белок-переносчик может представлять собой эндогенный пептид или пептидомиметическое моноклональное антитело, которое подвергается RMT через ГЭБ путем транспорта на эндотелиальные рецепторы головного мозга, такие как рецептор инсулина или рецептор трансферрина. Белок-транспортер действует как молекулярный «троянский конь», переправляя в мозг терапевтический белок, генетически слитый со специфичным для рецептора белком «троянского коня».
Троянские кони моноклональных антител, нацеленные на инсулиновый рецептор ГЭБ или трансферрин, уже более 10 лет разрабатывают лекарства в биотехнологической компании ArmaGen, Inc. в Лос-Анджелесе. Компания ArmaGen разработала генетически модифицированные антитела против рецепторов инсулина и трансферрина и соединила с этими антителами различные терапевтические белки, включая лизосомальные ферменты, терапевтические антитела, рецепторы-ловушки и нейротрофины. [23] Эти терапевтические белки сами по себе не пересекают ГЭБ, но после генетического слияния с антителом троянского коня терапевтический белок проникает через ГЭБ со скоростью, сравнимой со скоростью малых молекул. В 2015 году ArmaGen первой приступит к клиническим испытаниям на людях слитых белков BBB «Троянский конь», которые доставляют белковые лекарства в мозг через путь трансцитоза. Болезни человека, на которые изначально нацелена ArmaGen, представляют собой лизосомальные болезни накопления, которые отрицательно влияют на мозг. Наследственные заболевания создают состояние, при котором не вырабатывается специфический лизосомальный фермент, что приводит к серьезным заболеваниям головного мозга, включая умственную отсталость, поведенческие проблемы, а затем и деменцию. Хотя недостающий фермент может быть произведен фармацевтическими компаниями, сам по себе ферментный препарат не лечит мозг, поскольку сам по себе фермент не проникает через ГЭБ. ArmaGen реконструировала недостающий лизосомальный фермент в слитый белок «троянский конь-фермент», который пересекает ГЭБ. Первые клинические испытания новой технологии слитых белков «троянского коня» будут лечить мозг при лизосомальных нарушениях накопления, включая одно из заболеваний мукополисахаридоза I типа (MPSIH), также называемое синдромом Гурлера , и MPS типа II, также называемое синдромом Хантера .
Исследователи из Genentech предложили создать биспецифическое антитело , которое могло бы связываться с мембраной ГЭБ, вызывать рецептор-опосредованный трансцитоз и высвобождаться на другой стороне в мозг и ЦНС. Они использовали мышиное биспецифическое антитело с двумя активными центрами, выполняющими разные функции. В одной руке был сайт связывания антитрансферринового рецептора с низким сродством , который индуцирует трансцитоз. Сайт связывания с высоким сродством приведет к тому, что антитело не сможет высвободиться из мембраны ГЭБ после трансцитоза. Таким образом, количество транспортируемых антител зависит от концентрации антител по обе стороны барьера. Другая группа имела ранее разработанный высокоаффинный сайт связывания анти-BACE1, который ингибировал функцию BACE1 и предотвращал образование амилоидных бляшек. Genentech удалось продемонстрировать на моделях мышей, что новое биспецифическое антитело способно достигать терапевтического уровня в мозге. [24] Метод Genentech по маскировке и транспортировке терапевтического антитела путем присоединения его к рецептор-опосредованному активатору трансцитоза получил название «метод троянского коня».