Основні закономірності клітинних секреторних механізмів

Лекція 13

ТЕМА: МЕХАНІЗМИ ВНУТРІШНЬОКЛІТИННОГО ВЕЗИКУЛЯРНОГО ТРАНСПОРТУ

План лекції

1. Ініціація формування пухирців.
2. Формування пухирців в певних ділянках мембрани.
3. Напрямок міграції пухирців.
4. Білки, необхідні для формування пухирців та злиття пухирців з мембраною-мішенню.
5. Енергетичні потреби везикулярного транспорту.

6. Молекулярні механізми формування та руху пухирців.

· Відбруньковування пухирців;

· СОР-І;

· СОР-ІІ;

· Рециркуляція пухирців. Молекулярні перемикачі,

· SNAREs та спрямування руху пухирців. Міжвидова консервативність. NSF,

· Пухирці, облямовані клатрином,. Компоненти клатринової оболонки. Адаптини,

· Визначення напрямку руху пухирців. Формування комплексу злиття. Участь ГТФ-аз в процесах стикування та злиття.

Механізми внутрішньоклітинного везикулярного транспорту

Транспортні пухирці є головним засобом переміщення білків та ліпідів всередині клітини. Цей вид транспортування є дуже економічним: білки та ліпіди, що переносяться, утворюють мембрану транспортного пухирця, а в порожнині, оточеній цією мембраною, можуть знаходитися вантажні молекули,що доставляються до інших органел.

Дефекти в системі внутрішньоклітинного розподілу є причиною багатьох захворювань людини (табл. 1.). Для з’ясування молекулярних основ цих захворювань та створення терапевтичних моделей є необхідним розуміння, яким чином відбувається везикулярний транспорт речовин. Основні принципи формування пухирців можна сформулювати наступним чином:

· речовини, що синтезуються у ЕР, призначені для компартментів, а не для цитозолю,

· речовини надходять до клітини шляхом формування та злиття пухирців; цей процес називається ендоцитозом,

· речовини в порожнині пухирця часто мають адресну мітку, завдяки якій речовини сортуються та концентруються у певних активних зонах порожнини, у яких формуються пухирці,

· білки та ліпіди, що переносяться пухирцями, зазнають модифікації за рахунок ферментів, які знаходяться у порожнині кожного компартменту,

· головним місцем глікозилювання білків та ліпідів є комплекс Гольджі,

· лізосома, головний гідролітичний компартмент, отримує свої ферменти з різних джерел.

Таблиця 1

Захворювання, пов’язані з порушеннями сигналів внутрішньоклітинного транспорту

Захворювання	Поражені білки	Доля білка
Вроджена недостатність сахарозоізомальтази	Сахароізомальтаза	ЕР, комплекс Гольджі або базолатеральна, але не апікальна поверхня
Муковісцидоз	МТР2 (муковісцидозний трансмембранний регулятор)	Руйнується в ЕР: не досягає поверхні або інших ділянок
Родинна гіперхолесрнемія	Рецептор ЛНП (ліпопротеїн низької щільності)	Клас 2: порушений вихід з ЕР; Клас 4: порушено накопичення в облямовочних ямках; Клас 5: порушена рециркуляція після ендоцитозу
Спадкова емфізема легенів	a антитрипсин	Накопичується і руйнується у ЕР; не секретується
Хвороба І-клітин	Лізосомні гідролази	Секретуються
Недостатність адгезії лейкоцитів	CD18	Не утворюється або руйнується b субодиниця рецептору; інша субодиниця не розвивається у відсутності b субодиниці
Синдром Цельвегера	Пероксисомні хвороби	Пероксисоми не утворюються із-за мутації фактору зборки пероксисом

Основні закономірності клітинних секреторних механізмів

Клітинні механізми транспорту білків та злиття мембран, яке забезпечує процес секреції, однакові для всіх видів організмів, від дріжджів до ссавців. Більшість сучасних уявлень про внутрішньоклітинний везикулярний транспорт була отримана при вивченні секреторних механізмів у дріжджових клітин. Класичні ж дослідження секреції у екзокринних клітинах підшлункової залози призвело до утворення концепції направленого транспорту. За цією концепцією, білки в процесі секреції транспортуються переносниками, які є дрібними, оточеними мембраною пухирцями (Palade, 1975). Було описано багато біохімічних компонентів, які складають систему везикулярних переносників. Так, стало зрозумілим, що розчинні білки та мембранні глікопротеїни, призначені для плазматичної мембрани та мембран інших органел, транспортуються за допомогою певного секреторного механізму (Mellum, 1995). Але і сьогодні деякі етапи цього процесу все є предметом досліджень. Транспорт з ЕР до цис- та транс- полюсів Гольджі, а потім до плазматичної мембрани здійснюється пухирцями, які після цього повертаються від апарату Гольджі до ЕР. Але залишається незрозумілим, як здійснюється транспорт всередині апарату Гольджі - чи використовуються везикулярні носії або трубчасті з’єднання між цистернами Гольджі.