БИОХИМИЯ, 2014, том 79, вып. 9, с. 1079 — 1094

УДК 57722

РЕЦЕПТОР-ОПОСРЕДОВАННЫЙ ЭНДОЦИТОЗ И ЦИТОСКЕЛЕТ

Обзор © 2014 Е.С. Корнилова12

1 Институт цитологии РАН, 194064 Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., 4; факс: +7(812)297-3541

2 Отделение медицинской физики и биоинженерии Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, 195251 Санкт-Петербург, ул. Хлопина, 5; факс: +7(812)297-3169, электронная почта: [email protected]

Поступила в редакцию 29.04.14

Рецептор-опосредованный клатрин-зависимый эндоцитоз — наиболее специфичный путь попадания в клетку макромолекул и макромолекулярных комплексов, в общем случае именуемых лигандами. Связываясь со своими трансмембранными рецепторами, лиганды попадают в эндоцитозные пузырьки, после слияния которых формируются так называемые ранние эндосомы. Интернализованные в них лиганд-рецептор-ные комплексы подвергаются сортировке в зависимости от своей природы: метаболические рецепторы ре-циклируют обратно на плазматическую мембрану, тогда как сигнальные рецепторы и их лиганды (например, рецепторы тирозинкиназы или рецепторы, сопряженные с тирозинкиназами) направляются во внутренние пузырьки мультивезикулярных поздних эндосом и затем деградируют после взаимодействия последних с лизосомами.
ходе этих процессов происходит перемещение эндосом с периферии клетки в околоядерную область, а также многочисленные процессы слияния, инвагинирования, тубуляции и разделения мембран. В обзоре рассматриваются современные представления о механизмах сортировки лиганд-ре-цепторных комплексов, взаимодействии эндосом с микротрубочками и актином и роль этих взаимодействий в процессах созревания эндосом.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: эндосомы, лиганд-рецепторные комплексы, сортирующие комплексы, микротрубочки, микрофиламенты, доменная организация эндосом, ремоделирование мембран.

Рецептор-опосредованный эндоцитоз (РОЭ) — способ высокоизбирательного поглощения клеткой макромолекулярных лигандов, в ходе которого лиганд, связанный с трансмембранным рецептором на клеточной поверхности, концентрируется в определенных участках мембраны, из которых затем формируются отщепляющиеся внутрь клетки эндоцитозные пузырьки [1]. Основными группами макромолекул, подвергающихся клатрин-зависимому РОЭ, являются пептидные сигнальные факторы роста, цитоки-ны и гормоны (например, эпидермальный фактор роста — ЭФР, фактор роста, выделяемый тромбоцитами — ФРВТ, фактор роста фибро-

Принятые сокращения: ЭФР — эпидермальный фактор роста, ОЯО — околоядерная область, ЭПР — эндоплаз-матический ретикулум, РЭ — ранние эндосомы, ПЭ — поздние эндосомы, МВТ — мультивезикулярные тела, МТ — микротрубочки, АГ — аппарат Гольджи, ЛПНП — липопро-теины низкой плотности, Р13Р — фосфоинозитол-3-моно-фосфат (рИо8рИото8Йо1-3-топорИо8рИа1е).

бластов — ФРФ, инсулин и др.), макромолекулы, участвующие в метаболизме клеток (транс-феррин, липопротеины низкой плотности — ЛПНП и др.), а также ряд токсинов, вирусов и бактерий. В этом обзоре будет рассмотрен эндо-цитоз только двух первых групп лигандов.

В первом случае сигнальная функция лиган-дов реализуется через их рецептор благодаря наличию в его последовательности собственного цитоплазматического тирозинкиназного домена или ассоциации рецептора с внутриклеточными тирозинкиназами. В обоих случаях активация рецептора происходит после образования лиганд-рецепторного комплекса. Активированный рецептор способен стимулировать внутриклеточные сигналы, организованные, как правило, в каскады фосфорилирования разнообразных мишеней по остаткам тирозина или сери-на/треонина. Ферментативная активность рецептора играет также существенную роль в его последующей внутриклеточной судьбе за счет

активации регуляторных транспортных белков. В случае же метаболических рецепторов их взаимодействие с регуляторными транспортными белками осуществляется благодаря наличию небольших сигнальных последовательностей в их цитоплазматических доменах [2, 3]. Ряд ионных каналов и транспортеров также попадают в состав эндосом [4—6], активно участвуя в организации процессов сортировки.

И метаболические, и сигнальные рецепторы, как правило, интернализуются через клатрин-окаймленные ямки, вследствие чего процесс получил название клатрин-зависимого эндоцитоза [7]. В настоящем обзоре рассмотрено участие цитоскелета в регуляции эндоцитозных путей, инициируемых с помощью клатрин-зависимого механизма, при этом основное внимание уделено ранним и поздним эндосомам и белкам, работающим на этих этапах. Следует подчеркнуть, что в литературе под термином «эндоцитоз» часто подразумевают только начальную стадию процесса — формирование и отделение от плазматической мембраны эндоцитозного пузырька, — хотя эта стадия имеет собственное название и обозначается как интернализация. Не концентрируясь на этой стадии, мы сосредоточимся на более поздних стадиях эндоцитоза — от ранних эндосом до лизосом.

КОМПАРТМЕНТЫ ЭНДОЦИТОЗНОГО ПУТИ

Хотя процесс эндоцитоза стал объектом интенсивных исследований еще с 70-х гг. прошлого века, дискуссии об основных компартментах этого пути, получивших название эндосом, и их биогенезе не смолкают до сих пор. Основной причиной является, по-видимому, то обстоятельство, что, в отличие от имеющих легко узнаваемую характерную форму и локализацию ком-партментов экзоцитозного пути — эндоплазма-тического ретикулума (ЭПР) и аппарата Гольд-жи (АГ), эндосомные компартменты представлены везикулами, как правило, не объединенными в большие структуры.
едствием этого являются проблемы в разграничении эндоци-тозных компартментов, выразившиеся, в частности, в несколько «ненаучном» характере принятой терминологии: различают так называемые «ранние эндосомы» (РЭ) и «поздние эндо-сомы» (ПЭ). Названия эти возникли потому, что единственным маркером эндосом первоначально были молекулы-грузы, и в первые 5—10 мин эндоцитоза они выявлялись в тубуло-везику-лярных структурах на периферии клетки, тогда как позже обнаруживались в везикулах, локали-

зованных в околоядерной области (ОЯО), где находились также и лизосомы, считающиеся последним компартментом эндоцитозного пути [8, 9]. Считалось, что ранний и поздний компарт-менты различаются не только локализацией, но также и ролью в эндоцитозе. Известно, что многие рецепторы, особенно метаболические, способны избегать доставки в лизосомы, вступая на путь рециклирования: короткий (примембран-ный) и длинный, проходящий через ОЯО. Оба пути берут начало из ранних эндосом, в связи с чем стали различать периферические и околоядерные рециклирующие эндосомы, тогда как поздние эндосомы часто называют предлизо-сомным компартментом [10].

На сегодняшний день наибольшее признание получила теория созревания эндосом. Суть ее состоит в том, что сформировавшийся de novo эндоцитозный пузырек, несущий груз (например, лиганд-рецепторный комплекс), увеличивается в размерах за счет гомотипического слияния с такими же везикулами и превращается в раннюю эндосому, основной функцией которой является сортировка грузов на пути рециклирования или лизосомной деградации.
тубуляр-ную часть РЭ отсортировываются рецепторы, рециклирующие обратно в плазматическую мембрану, тогда как в везикулярной части концентрируются рецепторы, направляемые на деградацию в лизосомы. Постепенно состав мембраны эндосомы изменяется как за счет удаления рециклирующих доменов, так и благодаря слиянию с везикулами, формируемыми в транс-сети АГ и несущими лизосомные ферменты. Кроме того, на внешней мембране эндосомы появляются инвагинации, направленные вовнутрь. Груз, направляемый в лизосомы, уходит с внешней мембраны эндосомы в эти инвагинации и после их замыкания и отщепления становится недоступным для содержимого цитоплазмы. Формирующиеся структуры называют мульти-везикулярными телами (МВТ) и рассматривают как поздние эндосомы. Затем зрелая ПЭ взаимодействует с лизосомой [11].

Механизм сортировки на путь деградации или рециклирования первоначально объясняли двумя факторами: во-первых, постепенным за-кислением внутреннего пространства эндосомы за счет работы везикулярной протонной помпы, приводящим к диссоциации лиганд-рецептор-ных комплексов при достижении определенного уровня рН; во-вторых, разным соотношением площади поверхности мембраны к внутреннему объему в тубулярной и везикулярной части РЭ. В результате равномерно распределенные по площади мембраны рецепторы оказываются преимущественно в мембране тубулы, тогда как

большая доля лиганда, перешедшего в жидкую фазу, оказывается в основном в везикулярной части [12, 13]. В настоящее время стало ясно, что, хотя этот простой пассивный механизм действительно вносит свой вклад в сортировку, на сегрегацию грузов работает множество молекулярных комплексов и внутриклеточных структур, делая процесс активным и специфичным.

Еще одной характеристикой эндоцитозного пути, описанной на ранних стадиях исследования, была его зависимость от интактных микротрубочек (МТ). Так, уже в 1979 г. было показано, что деполимеризующий МТ агент колхицин предотвращает появление ЛПНП в околоядерной области, подавляет его деградацию и стимулирует рециклирование рецептора ЛПНП [14]. Интересно, что в той же работе авторы не обнаружили перераспределения лизосом из околоядерной области, сделав вывод о независимости их позиционирования в клетке от МТ. Подобные исследования привели к представлению о роли МТ в клетке как о рельсах, по которым движутся эндосомы, роль же актина долгое время оставалась в тени. Кроме того, несмотря на хорошо описанную феноменологию всего процесса, основные механизмы регуляции эндоци-тоза и белки, с помощью которых она осуществляется, оставались неизвестны.

ЭНДОСОМЫ — СЛОЖНЫЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МАШИНЫ

Развитие исследований регуляции эндоци-тоза привело к пониманию, что даже на начальной стадии своего существования, когда размер ее не превышает 100—200 нм в диаметре, эндо-сома является не столько пассивным «транспортным средством», сколько платформой, обеспечивающей выполнение множественных функций, снабженной необходимым для этого аппаратом. Во-первых, ионный состав люмена эндо-сомы чрезвычайно лаб

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Источник: naukarus.com

Рецептор-опосредованный эндоцитоз

Способность клетки поглощать различные макромолекулы и частицы в результате инвагинации плазматической мембраны называется эндоцитозом. Существует два основных пути такого транспорта. Жидкофазный (конститутивный) эндоцитоз — это неизбирательный процесс, при котором концентрация веществ, поглощаемых в составе везикул, соответствует концентрации веществ во внеклеточной жидкости. Такие везикулы образуются чрезвычайно активно. Расходуемая на везикулы мембрана быстро восстанавливается. Опосредуемый рецепторами эндоцитоз (рис. 1) представляет собой избирательный концентрирующий механизм, позволяющий клеткам захватывать большие количества специфических лигандов без поглощения соответственно большего объема внеклеточной жидкости. При этом поглощаются макромолекулы, для которых на плазмалемме существует ограниченное число связывающих участков. Эти рецепторы, обладают высоким сродством к определенным веществам.
и выборочно поглощают их из среды клетки и концентрируют. При этом жидкости и растворенные в ней посторонние, несвязывающиеся с рецепторами молекулы, почти не поглощаются. Так обеспечивается эффективное поступление специфических молекул в клетку. Везикулы, образующиеся при таком эндоцитозе, формируются в месте инвагинаций плазмалеммы, покрытых с цитоплазматической стороны волокнистым материалом — мембранным белком клатрином. Предварительно на мембране образуются окаймленные клатрином ямки, которые могут занимать до 2% поверхности некоторых клеток. С помощью окаймленных ямок, в которых располагаются соответствующие рецепторы, интернализуются ряд веществ, например, липопротеины низкой плотности, факторы роста, гормоны и пр. [1].

Стратегии внутриклеточной доставки лекарств

Использование белковых векторов, специфичных к клеточным рецепторам

В разработке противораковых препаратов широкое распространение получил подход с использованием гибридных конструкций типа белковый вектор + химиопрепарат, ковалентно связанных друг с другом (далее конъюгат, рис. 2.). Избирательность действия конъюгатов достигается либо за счет наличия на поверхности опухолевых клеток специфических рецепторов, «узнаваемых» векторным белком или антителом, либо за счет значительно более высокого уровня рецепторов векторного белка на поверхности опухолевых клеток по сравнению с нормальными.
ряде работ опубликованы данные об успешном применении цитотоксических конъюгатов, созданных на основе цитотоксических антибиотиков и векторных молекул, осуществляющих направленную доставку антибиотика в опухолевые клетки или эндотелиальные клетки сосудов опухоли [2]. В качестве векторов активно используют онкофетальные белки, трансферрин, моноклональные антитела к специфическим опухолевым антигенам, гормоноподобные пептиды (см. далее).

Конъюгация препарата с белковым вектором может быть осуществлена несколькими способами: с помощью химической сшивки (в простейшем случае — дисульфидная или тиоэфирная связь) полиэтиленгликолевого (PEG) или полипептидного линкера, авидин–биотин технологии. В любом случае, способ конъюгации должен удовлетворять двум основным критериям: высокий выход реакции и возможность внутриклеточного расщепления. Структура линкерного фрагмента может не подразумевать его клеточное расщепления, при этом «независимость» препарата от вектора обеспечивается значительной длиной линкера. В этом случае обычно используют PEG, масса которого может достигать 2–3 кДа [3].

В качестве противоопухолевых препаратов обычно используют цитотоксические антибиотики (например, интеркаляты в ДНК, такие как doxorubicin), индукторы апоптоза (напр. camptothecin) и др.

Таким образом, специфичность действия конъюгата будет определяться, прежде всего, структурой и типом белкового вектора, которые мы будем обсуждать далее.

Трансферрин–трансфериновый рецептор

Поскольку ионы Fe³⁺ нерастворимы, а Fe²⁺ обладают токсичностью, транспорта железа (Fe³⁺) в организме осуществляется в комплексе с глобулиновым белком — трансферрином (Trf). Транспорт железа в клетку происходит в результате эндоцитоза, опосредованного взаимодействием Trf со своим рецептором (TfrR) [4]. Трансферрин широко используется как белковый вектор для направленной доставки противораковых препаратов белков и генов опухолевой клетки, которая характеризуется повышенным уровнем экспрессии TfrR. Tfr-специфичная внутриклеточная доставка достигается конъюгацией данного вектор с рядом противоопухолевых препаратов (doxorubicin, daunorubicin) и белковых токсинов (СRM107, ricin) [5]. Использование таких конструкций позволяет существенно снизить токсичность химиотерапии, а также противостоять механизмам приобретенной резистентности раковых клеток.

Гормоны и их рецепторы

В качестве векторов не менее эффективно могут быть использованы пептидные гормоны, имеющие на поверхности клеток специфические к ним рецепторы. В частности установлено, что для рецепторов десятичленного пептида гонадолиберина (LHRH) наблюдается повышенная экспрессия в опухолевых клетках при развитии рака молочной железы, яичников и простаты [6], [7]. Поэтому LHRH может быть использован для направленной доставки лекарств к таким злокачественным образованиям. Так, для конъюгата, состоящего из LHRH, PEG и camptothecin’а была показана хорошая противоопухолевая активность на мышах. Данная конструкция была не токсична, и при этом не наблюдалось существенного физиологического эффекта на репродуктивные функции испытуемых животных, связанного с повышением концентрации LHRH [6].

Онкофетальные белки

Наиболее изученным представителем данного класса является α-фетопротеин (α-FP). Это гликопрпотеин (69 кДа), близкий по структуре к сывороточному альбумину человека. α-FP появляется в развивающемся эмбрионе млекопитающих и полностью исчезает из крови сразу после рождения. Однако он может появляться в крови взрослых особей при развитии рака печени и репродуктивных органов. α-FP в крови способен связывать различные компоненты сыворотки, включая жирные кислоты, стероиды и пр., а также обладает сродством к поверхности раковых клеток [8], [9]. Это позволяет также использовать его в качестве вектора. Конъюгирование α-FP с различными цитотоксическими антибиотиками (doxorubicin, carminomycin) позволяют увеличить их противораковую эффективность. В экспериментах in vivo для таких конъюгатов было показано ингибирование опухолевого роста и заметное увеличение продолжительности жизни мышей, подвергаемых терапии [10], [11].

Моноклональные антитела

Наиболее широко в качестве векторов используются моноклональные антитела (mAB) к различным рецепторам на поверхности раковых клеток (TrfR, рецептор фактора роста эпителия (EGFR), CD-рецепторы). Выработка таких mAB лежит в основе действия онковакцин. Кроме того, иногда используют радиомеченные mAB, которые связываются с клеткой и вызывают ее гибель за счет присутствия в их структуре радионуклидов. Также mAB часто конъюгируют с цитотоксическими антибиотиками и другими лекарственными препаратами с помощью различных линкеров (авидин–биотин, PEG и пр.) [12]. Использование конъюгатов на основе mAB к рецепторам часто бывает эффективней, чем использование в качестве векторов естественных лигандов. Так, например, Tfr обладает ограниченной способностью проникать через гематоэнцефалический барьер, что не позволяет использовать его в терапии онкологических заболеваний мозга. В то же время антитела к TfrR беспрепятственно проникают к различным тканям мозга [13].

«Троянские» пептиды

В качестве альтернативы классическим белковым векторам, которые обеспечивают интернализацию конъюгата с помощью рецептор-опосредованного эндоцитоза, можно использовать «троянские» пептиды (или CPP — cell penetrating peptides). Данные пептиды способны доставлять в клетки различные ковалентно пришитые гидрофильные молекулы (ДНК, белки, лекарства) без нарушения целостности плазматической мембраны, что делает их перспективными объектами современной молекулярной медицины. Пенетратин (pAntp), 16-членный фрагмент гомеодоменного белка Антеннопедии из D. melanogaster [14] является типичным и наиболее изученным представителем CPP. Однако, несмотря на колоссальное число работ, посвященных pAntp, механизм его переноса через клеточную мембрану остается до конца не установленным. Известно, что для pAntp возможно как прямое (за счет дестабилизации бислоя) проникновение в клетку, так и посредством эндоцитоза [15]. Возможно, энергозависимый путь проникновения CPP в клетку связан с рафт-опосредованным эндоцитозом [16]. Использование таких пептидов в качестве вектора является перспективным, поскольку гибридные конструкции зачастую обладают гораздо меньшими размерами, по сравнению с описанными выше конъюгатами, и просты в получении. В частности для pAntp с ковалентно пришитым doxrubicin’ом (рис. 3) было показано эффективное подавление опухолевого роста в мозге мышей [17]. При этом pAntp обеспечивал доставку doxrubicin’а через гематоэнцефалический барьер.

Источник: biomolecula.ru

Разновидности и механизмы эндоцитоза

 

В широком смысле слова понятие «эндоцитоз» означает «поглощение, попадание внутрь клетки». В настоящее время этот термин используют для обобщения всех путей поступления веществ в клетку, при которых формируется углубление плазматической мембраны и попадающее в клетку вещество ею окружается. По сути, эндоцитоз является механизмом интернализации внеклеточных компонентов и фрагментов плазматической мембраны, которая формирует эндоцитозный пузырек или вакуоль. Т.о., эндоцитоз – обобщенный термин, означающий интернализацию внеклеточных компонентов посредством пузырьков, формируемых плазмалеммой.

 

Существует два больших класса эндоцитоза:

1. интернализация микродоменов плазматической мембраны в виде небольших (около 100 нм) пузырьков или трубочек;
2. интернализация макродоменов плазматической мембраны, когда формируются крупные пузыри (вакуоли) и интернализуются частицы микронных размеров.

 

Среди типов эндоцитоза 1 класса наиболее изучен

 

1. Клатрин-зависимый тип эндоцитоза.

Наиболее хорошо изучен и понят. Ранее его называли «Рецептивный» (рецепторно

зависимый) эндоцитоз (Receptor-mediated endocytosis). Главной особенностью этого типа эндоцитоза является интернализация лиганд-рецепторных комплексов. Одна из функций плазматической мембраны – прием информации в виде молекулярных сигналов извне и ее передача в клетку по строго определенному адресу. Прежде всего, речь идет о передаче регуляторных сигналов, в частности, гормональных, однако в клетку поступает и другая многообразная «молекулярная» информация. В клетке существуют разные механизмы передачи сигналов, обеспечивающие адресную доставку молекулярного сигнала, сортировку сигнальных молекул, и клатрин-зависимый тип эндоцитоза занимает важное место в этих процессах.

Клатрин-зависимый эндоцитоз хорошо визуализируется в электронном микроскопе, благодаря наличию «зубчиков» клатрина на цитоплазматической стороне плазмалеммы, участвующей в эндоцитозе. Клатрин придает эндоцитозным структурам «опушенный» вид.

 

В процессе клатрин-зависимого эндоцитоза выделяют следующие стадии:

 

Распознавание белковой молекулы (лиганда) рецептором;

Формирование лиганд-рецепторного комплекса;

Образование «опушенной» ямки (coated pit);

Образование «опушенного» пузырька (coated vesicle);

Отделение опушенного пузырька от плазмалеммы;

Формирование эндоцитозного пузырька;

Перенос лиганд-рецепторного комплекса в раннюю эндосому;

Процессинг лиганд-рецепторного комплекса, сортировка.

 

Клатрин – фибриллярный белок цитозоля, состоящий из трех ветвей, расположенных под определенным углом друг к другу, и способный к самосборке с формированием корзинковидных структур. Формирование лиганд-рецепторного комплекса на поверхности плазмалеммы является сигналом к полимеризации клатрина, в результате которой происходит искривление плазматической мембраны и формирование «опушенной» ямки и «опушенного» пузырька. После отделения пузырька клатриновая корзинка деполимеризуется, пузырек становится «гладким». Эндоцитозный пузырек мигрирует от плазмалеммы в цитоплазму и сливается с ранней эндосомой. Таким образом, клатриновые пузырьки в процессе эндоцитоза переносят участки плазмалеммы в цитоплазму, где они сливаются с мембраной ранних эндосом. Кроме интернализации макромолекул, в процессе клатрин-зависмого эндоцитоза осуществляется обновление плазматической мембраны.

 

Клатринне может сам связываться с мембраной и с лигандами, для этого нужны белки-адаптеры. Известно около 20 форм белков-адаптеров клатрина. Кроме клатрина и белков-адаптеров, в клатрин-зависимом эндоцитозе участвует актин, хотя его роль не всегда очевидна.

Отделение «опушенного» пузырька от мембраны обеспечивается динамином, 100-кДа ГТФазой, имеющей в клетках млекопитающих 3 изоформы (динамин-1, -2 и -3). Динамин-3 наиболее распространен.

 

Ранняя эндосома – конечная точка транспорта макромолекул и место, где начинает реализовываться их «программа». Ранние эндосомы существуют в клетке, и являются частью эндосомально-лизосомальной системы. Назначение ранних эндосом в клатрин-зависимом эндоцитозе – диссоциация лиганд-рецепторного комплекса и сортировка рецепторов, которая обеспечивается кислым рН. В ранней эндосоме нет гидролаз. Маркеры ранних эндосом:

— Early Endosome Associated Protein (EEA-1)

— Rabaptin-5

— рН=5,9-6.

 

Клатрин-зависимый эндоцитоз обеспечивает проникновение в клетку многих белковых гормонов, используется вирусами. Этот тип эндоцитоза намного лучше изучен, чем все остальные разновидности эндоцитоза, и поэтому создается ложное впечатление, что тот путь обеспечивает основную долю эндоцитируемого материала. На самом деле, в зависимости от типа клеток, примерно половина – клатрин-зависимый эндоцитоз, и половина – клатрин-незвисимый.

 

Механизмы, регулирующие формирование эндоцитозных пузырьков и интернализацию связавшихся с поверхностью клетки молекул и несвязанных, находящихся в просвете пузырьков, варьируют в зависимости от типа молекулы и типа клеток. Картина усложняется наличием разных путей эндоцитоза в одной клетке и неспецифичностью связывания некоторых молекул. Одним из ключевых является вопрос: захватывает ли уже существующий пузырек молекулы, или их связывание с поверхностью клетки индуцирует формирование пузырька?

В случае клатрин-зависимого эндоцитоза это определяется типом захватываемой молекулы (лиганда). Ряд лигандов индуцирует формирование новых «опушенных» ямок (рецептор фактора роста эпидермиса, различные патогены). Другие лиганды стабилизируют существующие ямки и используют их для интернализации (рецептор трансферрина, рецептор липопротеинов низкой плотности). Первый вариант – конституитивный эндоцитоз, второй – лиганд-индуцированный.

Клатрин-зависимый эндоцитоз – очень эффективный сортировочный механизм, опушенные ямки могут накапливать на порядок больше рецепторов, чем находится на ровной поверхности клетки.

 

Кавеолы– специальный тип липидных рафтов, являются инвагинациями липидного бислоя плазмалеммы. Они вовлечены в большой набор клеточных процессов, включая передачу сигналов, эндоцитоз, трансцитоз и транспорт холестерола. Кавеолы есть не во всех типах клеток. Так, их много в клетках эндотелия, жировых и мышечных клетках – они могут занимать до 35% клеточной поверхности. В то же время они не обнаружены в нейронах и лимфоцитах. Кавеолы могут располагаться как по всей поверхности клетки, так и на одной из поверхностей (в эпителии), могут образовывать цепочки и кластеры (розетки), везикуло-вакуолярные органеллы. В эндотелии кавеолы могут образовывать каналы, проходящие через клетку.

Существуют две формы кавеол: мелкие и глубокие.

 

Формирование кавеол обеспечивается белками кавеолинами, которые деформируют фосфолипидный бислой, взаимодействуя с холестеролом. Кавеолин-1 – интегральный белок плазмалеммы с центральным гидрофобным доменом, формирующим петлю. Оба конца, и N, и C выходят в цитоплазму, т.е., кавеолин-1 имеет топологию шпильки (hairpin). Кавеолин-1 – основной формообразующий белок кавеол, он формирует «скелет» кавеолы вместе с другими формами кавеолина. «Скелет» определяет форму кавеол, размеры и многие их свойства. Недавно открытые белки кавины формируют наружный периферический слой, имеют форму крупных гетероолигомерных комплексов, покрывающих изогнутую мембрану кавеолы. Полагают, что кавины стабилизируют «скелет» кавеолы, обеспечивают изгиб мембраны, участвуют в почковании кавеолы.

 

Генетический анализ показал высокую консервативность кавеолинов. На мышах показано, что нарушение экспрессии кавеолина-1 связано с развитием рака, диабета, сосудистых и урогенитальных аномалий, болезней глаз, легких, мышечной дистрофии и кардиомиопатии.

Кавеолы стабильны и долго существуют в мембране, а кавеолины – исключительно долгоживущие белки. В отличие от «клатриновых» пузырьков, кавеолы не сбрасывают свое кавеолиновое «покрытие» при отшнуровке и попадании в цитоплазму.

Кавеолы имеют четкую спиральную исчерченность на цитозольной стороне, в отличие от зубчиков клатрина на поверхности «опушенных» пузырьков. Остальные типы пузырьков имеют гладкую поверхность и этим отличаются от кавеол и «опушенных» пузырьков.

 

Факт, что липидные рафты могут формироваться в мембранах цитоплазматических структур, в частности, в АГ, предполагает возможный механизм биогенеза кавеол. Синтез кавеолина происходит на мембранах ЭПР, молекулы закрепляются «крючком» через внутренний листок мембраны ЭПР. Вскоре после синтеза мономеры кавеолина олигомеризуются в гептамеры, которые фосфорилируются, чтобы предупредить преждевременную сборку. Фосфорилированные олигомеры переносятся посредством COPII-пузырьков в АГ, где дефосфорилируются. Гипотетически холестерол встраивается в участки мембраны, в которые встроен кавеолин, и тогда эти участки, содержащие гептамеры кавеолина и холестреол, изгибают мембрану и формируют фрагмент рафта кавеол. Именно асимметрично встроенный в мембрану кавеолин обеспечивает создание изгибающего момента и задает в конечном счете форму кавеол. Т.е., липидные рафты, обогащенные кавеолином, образуются на мембранах АГ, затем транспортируются к плазмалемме, где они сливаются, накапливаются и формируют кавеолу «привычной» формы. Перенос кавеолинового «скелета» к плазмалемме происходит путем специального пузырькового транспортного пути.

 

Источник: studopedia.su