stringtranslate.com

Эндосома

компартменты эндоцитарного пути
Электронная микрофотография эндосом в клетках HeLa человека . Видны ранние эндосомы (E - помечены для EGFR, через 5 минут после интернализации и трансферрина), поздние эндосомы/MVB (M) и лизосомы (L). Бар, 500 нм.

Эндосомы представляют собой совокупность внутриклеточных сортировочных органелл в эукариотических клетках . Они являются частями эндоцитарного мембранного транспортного пути, берущего начало в транс-сети Гольджи . Молекулы или лиганды, интернализованные из плазматической мембраны, могут следовать по этому пути вплоть до лизосом для деградации или могут быть возвращены обратно в клеточную мембрану в эндоцитном цикле . Молекулы также транспортируются в эндосомы из транс-сети Гольджи и либо продолжают путь в лизосомы, либо возвращаются обратно в аппарат Гольджи .

Эндосомы можно классифицировать как ранние, сортирующие или поздние в зависимости от их стадии после интернализации. [1] Эндосомы представляют собой основной сортировочный отсек эндомембранной системы в клетках. [2]

Функция

Эндосомы обеспечивают среду для сортировки материала до того, как он достигнет деградирующей лизосомы. [2] Например, липопротеин низкой плотности (ЛПНП) попадает в клетку, связываясь с рецептором ЛПНП на поверхности клетки. Достигнув ранних эндосом, ЛПНП диссоциирует от рецептора, а рецептор может быть повторно использован на поверхности клетки. ЛПНП остается в эндосоме и доставляется в лизосомы для обработки. ЛПНП диссоциирует из-за слегка подкисленной среды ранней эндосомы, создаваемой вакуолярным мембранным протонным насосом V-АТФазой . С другой стороны, эпидермальный фактор роста (ЭФР) и рецептор ЭФР имеют устойчивую к pH связь, которая сохраняется до тех пор, пока не будет доставлена ​​в лизосомы для их деградации. Рецептор маннозы-6-фосфата переносит лиганды из аппарата Гольджи, предназначенные для лизосомы, с помощью аналогичного механизма.

Типы

Существует три различных типа эндосом: ранние эндосомы , поздние эндосомы и рециркулирующие эндосомы . [2] Они различаются по времени, которое требуется эндоцитозированному материалу, чтобы достичь их, и по маркерам, таким как Rabs . [3] Они также имеют различную морфологию. После того, как эндоцитозные везикулы освобождаются от оболочки, они сливаются с ранними эндосомами. Затем ранние эндосомы созревают в поздние эндосомы перед слиянием с лизосомами. [4] [5]

Ранние эндосомы созревают несколькими способами, образуя поздние эндосомы. Они становятся все более кислыми, в основном за счет активности V-АТФазы. [6] Многие молекулы, которые рециркулируются, удаляются путем концентрации в трубчатых областях ранних эндосом. Потеря этих трубочек для путей рециркуляции означает, что поздние эндосомы в основном лишены трубочек. Они также увеличиваются в размере из-за гомотипического слияния ранних эндосом в более крупные везикулы. [7] Молекулы также сортируются в более мелкие везикулы, которые отпочковываются от периметральной мембраны в просвет эндосомы, образуя внутрипросветные везикулы (ILV); это приводит к мультивезикулярному виду поздних эндосом, и поэтому они также известны как мультивезикулярные эндосомы или мультивезикулярные тельца (MVB). Удаление рециркулирующих молекул, таких как рецепторы трансферрина и рецепторы маннозо-6-фосфата, продолжается в течение этого периода, вероятно, посредством отпочкования везикул из эндосом. [4] Наконец, эндосомы теряют RAB5A и приобретают RAB7A , что делает их способными к слиянию с лизосомами. [7]

Было показано, что слияние поздних эндосом с лизосомами приводит к образованию «гибридного» отсека с характеристиками, промежуточными между двумя исходными отсеками. [8] Например, лизосомы более плотные, чем поздние эндосомы, а гибриды имеют промежуточную плотность. Лизосомы реформируются путем повторной конденсации до своей нормальной, более высокой плотности. Однако до того, как это произойдет, более поздние эндосомы могут слиться с гибридом.

Часть материала возвращается в плазматическую мембрану непосредственно из ранних эндосом [9] , но большая часть перемещается через рециркулирующие эндосомы.

Больше подтипов существует в специализированных клетках, таких как поляризованные клетки и макрофаги .

Фагосомы , макропиносомы и аутофагосомы [14] созревают аналогично эндосомам и могут потребовать слияния с нормальными эндосомами для своего созревания. Некоторые внутриклеточные патогены нарушают этот процесс, например, предотвращая приобретение RAB7. [15]

Поздние эндосомы/MVB иногда называют эндоцитарными переносчиками везикул , но этот термин использовался для описания везикул, которые отпочковываются от ранних эндосом и сливаются с поздними эндосомами. Однако несколько наблюдений (описанных выше) теперь продемонстрировали, что более вероятно, что транспорт между этими двумя отсеками происходит посредством процесса созревания, а не везикулярного транспорта.

Другой уникальной идентификационной особенностью, которая отличается между различными классами эндосом, является липидный состав их мембран. Фосфатидилинозитолфосфаты (PIP), одна из важнейших липидных сигнальных молекул, как обнаружено, различаются по мере созревания эндосом от раннего к позднему. PI(4,5)P 2 присутствует на плазматических мембранах , PI(3)P на ранних эндосомах, PI(3,5)P 2 на поздних эндосомах и PI(4)P на транс-сети Гольджи . [16] Эти липиды на поверхности эндосом помогают в специфическом наборе белков из цитозоля, тем самым обеспечивая им идентичность. Взаимное превращение этих липидов является результатом согласованного действия фосфоинозитидкиназ и фосфатаз , которые стратегически локализованы [17]

Пути

эндоцитозный путь животных клеток
Схема путей, пересекающих эндосомы в эндоцитозном пути животных клеток. Показаны примеры молекул, которые следуют некоторым из путей, включая рецепторы для EGF, трансферрина и лизосомальных гидролаз. Рециркулирующие эндосомы, а также компартменты и пути, обнаруженные в более специализированных клетках, не показаны.

Есть три основных отсека, которые имеют пути, соединяющиеся с эндосомами. Больше путей существует в специализированных клетках, таких как меланоциты и поляризованные клетки. Например, в эпителиальных клетках особый процесс, называемый трансцитозом, позволяет некоторым материалам входить с одной стороны клетки и выходить с противоположной стороны. Кроме того, в некоторых обстоятельствах поздние эндосомы/МВБ сливаются с плазматической мембраной вместо лизосом, высвобождая люменальные везикулы, теперь называемые экзосомами , во внеклеточную среду.

Единого мнения относительно точной природы этих путей не существует, и последовательный маршрут, по которому движется тот или иной груз в той или иной ситуации, будет, как правило, предметом споров.

Гольджи в/из эндосом

Везикулы проходят между аппаратом Гольджи и эндосомами в обоих направлениях. Адаптеры везикул, покрытые клатрином GGA и AP-1, создают везикулы в аппарате Гольджи, которые переносят молекулы в эндосомы. [18] В противоположном направлении ретромер генерирует везикулы в ранних эндосомах, которые переносят молекулы обратно в аппарат Гольджи. Некоторые исследования описывают ретроградный путь движения от поздних эндосом к аппарату Гольджи, который опосредован Rab9 и TIP47 , но другие исследования оспаривают эти выводы. Молекулы, которые следуют этим путям, включают рецепторы маннозо-6-фосфата, которые переносят лизосомальные гидролазы к эндоцитозу. Гидролазы высвобождаются в кислой среде эндосом, а рецептор возвращается в аппарат Гольджи ретромером и Rab9.

Плазматическая мембрана в/из ранних эндосом (через рециркулирующие эндосомы)

Молекулы доставляются из плазматической мембраны в ранние эндосомы в эндоцитарных везикулах. Молекулы могут быть интернализованы посредством опосредованного рецепторами эндоцитоза в везикулах, покрытых клатрином . Другие типы везикул также образуются на плазматической мембране для этого пути, включая те, которые используют кавеолин . Везикулы также транспортируют молекулы непосредственно обратно в плазматическую мембрану, но многие молекулы транспортируются в везикулах, которые сначала сливаются с рециркулирующими эндосомами. [19] Молекулы, следующие этому рециркулирующему пути, концентрируются в канальцах ранних эндосом. Молекулы, следующие этим путям, включают рецепторы для ЛПНП , эпидермального фактора роста (EGF) и белка-транспортера железа трансферрина. Интернализация этих рецепторов из плазматической мембраны происходит посредством опосредованного рецепторами эндоцитоза. ЛПНП высвобождается в эндосомах из-за более низкого pH, а рецептор рециркулируется на поверхность клетки. Холестерин переносится в крови в основном (ЛПНП), и транспортировка рецептором ЛПНП является основным механизмом, посредством которого холестерин поглощается клетками. EGFR активируются, когда связывается с EGF. Активированные рецепторы стимулируют собственную интернализацию и деградацию в лизосомах. EGF остается связанным с рецептором EGF (EGFR) после того, как он эндоцитируется в эндосомы. Активированные EGFR стимулируют собственную убиквитинизацию, и это направляет их в люменальные везикулы (см. ниже), и поэтому они не возвращаются в плазматическую мембрану. Это удаляет сигнальную часть белка из цитозоля и, таким образом, предотвращает непрерывную стимуляцию роста [20] - в клетках, не стимулированных EGF, EGFR не имеют связанного с ними EGF и, следовательно, возвращаются в цикл, если они достигают эндосом. [21] Трансферрин также остается связанным со своим рецептором, но в кислой эндосоме железо высвобождается из трансферрина, а затем трансферрин, не содержащий железа (все еще связанный с рецептором трансферрина), возвращается из ранней эндосомы на поверхность клетки, как напрямую, так и через рециркулирующие эндосомы. [22]

Поздние эндосомы в лизосомы

Транспорт из поздних эндосом в лизосомы, по сути, однонаправленный, поскольку поздняя эндосома «потребляется» в процессе слияния с лизосомой (иногда называемой эндолизосомой [23] [24] ). Следовательно, растворимые молекулы в просвете эндосом будут иметь тенденцию попадать в лизосомы, если только они не будут извлечены каким-либо образом. Трансмембранные белки могут быть доставлены в периметральную мембрану или просвет лизосом. Трансмембранные белки, предназначенные для просвета лизосом, сортируются в везикулы, которые отпочковываются от периметральной мембраны в эндосомы, процесс, который начинается в ранних эндосомах. Считается, что процесс создания везикул внутри эндосомы усиливается особым липидом BMP или LBPA, который обнаруживается только в поздних эндосомах, эндолизосомах или лизосомах. [12] Когда эндосома созревает в позднюю эндосому/MVB и сливается с лизосомой, везикулы в просвете доставляются в просвет лизосомы. Белки маркируются для этого пути путем добавления убиквитина . [25] Эндосомальные сортировочные комплексы, необходимые для транспорта (ESCRT), распознают этот убиквитин и сортируют белок в формирующиеся люменальные везикулы. [26] Молекулы, которые следуют этим путям, включают ЛПНП и лизосомальные гидролазы, доставляемые маннозо-6-фосфатными рецепторами. Эти растворимые молекулы остаются в эндосомах и, следовательно, доставляются в лизосомы. Кроме того, трансмембранные EGFR, связанные с EGF, помечены убиквитином и, следовательно, сортируются в люменальные везикулы с помощью ESCRT.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Stoorvogel W, Strous GJ, Geuze HJ, Oorschot V, Schwartz AL (май 1991). «Поздние эндосомы происходят от ранних эндосом путем созревания». Cell . 65 (3): 417–27. doi :10.1016/0092-8674(91)90459-C. PMID  1850321. S2CID  31539542.
  2. ^ abc Mellman I (1996). «Эндоцитоз и молекулярная сортировка». Annual Review of Cell and Developmental Biology . 12 : 575–625. doi : 10.1146/annurev.cellbio.12.1.575. PMID  8970738.
  3. ^ Stenmark H (август 2009). «Rab GTPases как координаторы везикулярного трафика». Nature Reviews. Molecular Cell Biology . 10 (8): 513–25. doi :10.1038/nrm2728. PMID  19603039. S2CID  33236823.
  4. ^ ab Futter CE, Pearse A, Hewlett LJ, Hopkins CR (март 1996 г.). «Мультивезикулярные эндосомы, содержащие интернализованные комплексы рецепторов EGF-EGF, созревают и затем сливаются напрямую с лизосомами». Журнал клеточной биологии . 132 (6): 1011–23. doi :10.1083/jcb.132.6.1011. PMC 2120766. PMID  8601581. 
  5. ^ Luzio JP, Rous BA, Bright NA, Pryor PR, Mullock BM, Piper RC (май 2000 г.). «Слияние лизосом и эндосом и биогенез лизосом». Journal of Cell Science . 113 ( Pt 9) (9): 1515–24. doi : 10.1242/jcs.113.9.1515 . PMID  10751143.
  6. ^ Lafourcade C, Sobo K, Kieffer-Jaquinod S, Garin J, van der Goot FG (июль 2008 г.). Joly E (ред.). «Регулирование V-АТФазы по эндоцитозному пути происходит посредством обратимой ассоциации субъединиц и локализации на мембране». PLOS ONE . ​​3 (7): e2758. Bibcode :2008PLoSO...3.2758L. doi : 10.1371/journal.pone.0002758 . PMC 2447177 . PMID  18648502. 
  7. ^ ab Rink J, Ghigo E, Kalaidzidis Y, Zerial M (сентябрь 2005 г.). «Rab-конверсия как механизм перехода от ранних к поздним эндосомам». Cell . 122 (5): 735–49. doi : 10.1016/j.cell.2005.06.043 . PMID  16143105.
  8. ^ Mullock BM, Bright NA, Fearon CW, Gray SR, Luzio JP (февраль 1998 г.). «Слияние лизосом с поздними эндосомами приводит к образованию гибридной органеллы промежуточной плотности и зависит от NSF». The Journal of Cell Biology . 140 (3): 591–601. doi :10.1083/jcb.140.3.591. PMC 2140175 . PMID  9456319. 
  9. ^ Hopkins CR, Trowbridge IS (август 1983). «Интернализация и обработка трансферрина и рецептора трансферрина в клетках человеческой карциномы A431». Журнал клеточной биологии . 97 (2): 508–21. doi :10.1083/jcb.97.2.508. PMC 2112524. PMID  6309862 . 
  10. ^ Russell MR, Nickerson DP, Odorizzi G (август 2006 г.). «Молекулярные механизмы поздней эндосомной морфологии, идентичности и сортировки». Current Opinion in Cell Biology . 18 (4): 422–8. doi :10.1016/j.ceb.2006.06.002. PMID  16781134.
  11. ^ Кобаяси, Тошихидэ; Беша, Мари-Элен; Шевалье, Жюльен; Макино, Асами; Майран, Натали; Эскола, Жан-Мишель; Лебранд, Сесиль; Коссон, Пьер; Кобаяши, Тецуюки; Грюнберг, Жан (30 августа 2002 г.). «Разделение и характеристика поздних эндосомальных мембранных доменов». Журнал биологической химии . 277 (35): 32157–32164. дои : 10.1074/jbc.M202838200 . ISSN  0021-9258. ПМИД  12065580.
  12. ^ ab Hullin-Matsuda, F.; Luquain-Costaz, C.; Bouvier, J.; Delton-Vandenbroucke, I. (ноябрь 2009 г.). «Бис(моноацилглицеро)фосфат, своеобразный фосфолипид, контролирующий судьбу холестерина: значение в патологии». Prostaglandins, Leukotrienes, and Essential Fatty Acids . 81 (5–6): 313–324. doi :10.1016/j.plefa.2009.09.006. ISSN  1532-2823. PMID  19857945.
  13. ^ Ullrich O, Reinsch S, Urbé S, Zerial M, Parton RG (ноябрь 1996 г.). «Rab11 регулирует рециркуляцию через перицентриолярную рециркулирующую эндосому». Журнал клеточной биологии . 135 (4): 913–24. doi :10.1083/jcb.135.4.913. PMC 2133374. PMID  8922376 . 
  14. ^ Fader CM, Colombo MI (январь 2009). «Аутофагия и мультивезикулярные тельца: два тесно связанных партнера». Cell Death and Differentiation . 16 (1): 70–8. doi : 10.1038/cdd.2008.168 . PMID  19008921.
  15. ^ Körner U, Fuss V, Steigerwald J, Moll H (февраль 2006 г.). «Биогенез основных вакуолей Leishmania в дендритных клетках мышей». Инфекция и иммунитет . 74 (2): 1305–12. doi :10.1128/IAI.74.2.1305-1312.2006. PMC 1360340. PMID  16428780 . 
  16. ^ van Meer G, Voelker DR, Feigenson GW (февраль 2008 г.). «Мембранные липиды: где они находятся и как они себя ведут». Nature Reviews. Molecular Cell Biology . 9 (2): 112–24. doi :10.1038/nrm2330. PMC 2642958. PMID 18216768  . 
  17. ^ Di Paolo G, De Camilli P (октябрь 2006 г.). «Фосфоинозитиды в регуляции клеток и динамике мембран». Nature . 443 (7112): 651–7. Bibcode :2006Natur.443..651D. doi :10.1038/nature05185. PMID  17035995. S2CID  4421550.
  18. ^ Ghosh P, Kornfeld S (июль 2004 г.). «Белки GGA: ключевые игроки в сортировке белков в транс-сети Гольджи». European Journal of Cell Biology . 83 (6): 257–62. doi :10.1078/0171-9335-00374. PMID  15511083.
  19. ^ Грант Б.Д., Дональдсон Дж.Г. (сентябрь 2009 г.). «Пути и механизмы эндоцитарного рециклинга». Nature Reviews. Молекулярная клеточная биология . 10 (9): 597–608. doi :10.1038/nrm2755. PMC 3038567. PMID  19696797 . 
  20. ^ Futter CE, Collinson LM, Backer JM, Hopkins CR (декабрь 2001 г.). «Человеческий VPS34 необходим для формирования внутренних везикул в мультивезикулярных эндосомах». The Journal of Cell Biology . 155 (7): 1251–64. doi :10.1083/jcb.200108152. PMC 2199316. PMID  11756475 . 
  21. ^ Felder S, Miller K, Moehren G, Ullrich A, Schlessinger J, Hopkins CR (май 1990). «Активность киназы контролирует сортировку рецептора эпидермального фактора роста в мультивезикулярном теле». Cell . 61 (4): 623–34. doi :10.1016/0092-8674(90)90474-S. PMID  2344614. S2CID  22770514.
  22. ^ Dautry-Varsat A (март 1986). «Рецепторно-опосредованный эндоцитоз: внутриклеточное путешествие трансферрина и его рецептора». Biochimie . 68 (3): 375–81. doi :10.1016/S0300-9084(86)80004-9. PMID  2874839.
  23. ^ Джексон CB, Фарзан M, Чен B, Чое H (2022). «Механизмы проникновения SARS-CoV-2 в клетки». Nature Reviews Molecular Cell Biology . 23 (1): 3–20. doi :10.1038/s41580-021-00418-x. PMC 8491763. PMID  34611326 . 
  24. ^ Хан Н., Чен Х., Гейгер Дж. Д. (2020). «Роль эндолизосом в тяжелом остром респираторном синдроме, вызванном коронавирусом 2 типа, и патогенезе коронавирусного заболевания 2019 года: значение для потенциальных методов лечения». Frontiers in Pharmacology . 11 : 595888. doi : 10.3389/fphar.2020.595888 . PMC 7723437. PMID  33324224 . 
  25. ^ Хике Л., Данн Р. (2003). «Регуляция транспорта мембранных белков убиквитином и убиквитин-связывающими белками». Annual Review of Cell and Developmental Biology . 19 : 141–72. doi :10.1146/annurev.cellbio.19.110701.154617. PMID  14570567.
  26. ^ Hurley JH (февраль 2008 г.). «Комплексы ESCRT и биогенез мультивезикулярных тел». Current Opinion in Cell Biology . 20 (1): 4–11. doi :10.1016/j.ceb.2007.12.002. PMC 2282067. PMID  18222686 . 

Внешние ссылки