• Некоторые молекулы карго хранятся в секреторных гранулах, которые сливаются с плазматической мембраной и высвобождают содержимое только после стимуляции
• Хранение белков для регулируемой секреции часто сопровождается процессом конденсации, при котором молекулы карго образуют ассоциаты и концентрируются для последующей доставки во внеклеточную среду
• Конденсация белков при регулируемой секреции часто начинается в эндоплазматическом ретикулуме, продолжается в аппарате Гольджи и завершается в вакуолях, которые в конце концов образуют секреторные гранулы
• Конденсация на всех стадиях экзоцитоза сопровождается селективным возвращением мембран гранул
• Слияние синаптических везикул с плазматической мембраной происходит с участием белков SNARE, но регулируется зависимыми от кальция белками, в частности синаптотагмином
Многие клетки эукариот могут сохранять секреторные белки во внутриклеточных везикулах, и они выходят во внеклеточное пространство только после стимуляции клетки соответствующим сигналом (секретагогом). Этот процесс называется регулируемой секрецией, он обеспечивает быструю доставку больших количеств метаболитов, не используя длительный путь синтеза de novo. По такому пути могут создаваться запасы различных белков, от нейромедиаторов до гормонов и пищеварительных ферментов.
Соответствующие везикулы называются секреторные гранулы, они образуются в транс- Гольджи сети при созревании.
Белки, выходящие из клеток за счет регулируемой секреции,
концентрируются в везикулярных тубулярных кластерах,
в то время, как другие белки перемещаются в везикулы, покрытые COPI.
Первые подробные исследования процесса регулируемой секреции были выполнены на ацинарных клетках поджелудочной железы, синтезирующих секреторные белки (главным образом пищеварительные ферменты желудка и тонкого кишечника). Эти белки образуются в таких больших количествах, что составляют основную часть белков, вырабатываемых этими клетками. Как представлено на рисунке ниже, упаковка секреторных белков начинается на ранних этапах секреторного пути, после их выхода из ЭПР.
Вероятно, эти белки не обладают сигналом экспорта, и их концентрация в ЭПР такая же, как и в COPII-везикулах. Однако после слияния COPII-везикул с образованием везикулярных тубулярных кластеров (ВТК) везикулы COPI начинают процесс возвращения компонентов. Однако при этом каким-то образом из образующихся COPI-везикул исключаются секреторные белки. В результате концентрация секреторных белков в ВТК увеличивается.
Секреторные белки могут исключаться благодаря наличию общих для них свойств, которые вызывают их ассоциацию друг с другом, и при этом исключают из комплекса другие типы белков. Эти белковые комплексы могут быть слишком велики, чтобы войти в COPI везикулы, которые осуществляют обратный транспорт.
Процесс конденсации продолжается в аппарате Гольджи и в вакуолях, которые отпочковались от транс-Гольджи сети. Образующиеся секреторные гранулы имеют одинаковые размеры (около 0,5 мкм в диаметре) и занимают в клетке определенный район, примыкая к апикальной мембране. По получении клеткой стимулирующего сигнала от секретагога, гранулы сливаются с указанной мембраной. Для экзокринных клеток поджелудочной железы таким секретагогом является пептид, называемый ССК, который выделяется в желудке в процессе переваривания пищи.
Таким образом, стимулируя высвобождение гранул из поджелудочной железы, ССК обеспечивает выделение пищеварительных ферментов в желудочно-кишечный тракт.
Белки, предназначенные для регулируемой секреции,
упаковываются в везикулы, которые отпочковываются от транс-Гольджи сети и сливаются друг с другом.
При конденсации секреторного содержимого остается излишек мембраны, который возвращается на место в виде везикул, покрытых клатрином.
Зрелые гранулы сливаются с плазматической мембраной только после получения клеткой соответствующего сигнала.
Созревание секреторных гранул также исследовалось на клетках культуры PC12, представляющих собой линию нейроэндокринных клеток, полученных из клеток надпочечников и способных секретировать гормоны в ответ на воздействие ростового фактора нервных клеток. Как показано на рисунке ниже, вакуоли отпочковываются от транс-Гольджи сети и затем при дальнейшей конденсации созревают. При этом при образовании клатрино-вых везикул удаляются мембранные компоненты. В этих везикулах могут сохраняться белки транс-Гольджи сети, например фурин и М-6-Ф-рецептор, которые случайно включились в мембраны образующихся гранул.
Регулируемое слияние секреторных гранул с плазматической мембраной в основном происходит таким же образом, что и при конститутивном секреторном процессе. Основное различие состоит в том, что слияние блокируется на стадии сборки комплекса SNARE. Процесс слияния инициируется поступлением ионов кальция из внеклеточной среды. Как показано на рисунке ниже, ключевую роль в регуляции этого процесса играет синаптотагмин, белок, связывающий кальций.
Синаптотагмин впервые был обнаружен в мембранах синаптических пузырьков, специализированных секреторных гранул, которые участвуют в высвобождении нейромедиаторов в синапсах. Нейроны являются поляризованными клетками с двумя доменами: клеточным телом и аксоном, которые никак не разделены. Аксоны — длинные выросты (иногда достигающие нескольких метров в длину), которые передают электрический импульс от одного нейрона к другому.
Аксоны заканчиваются синапсами, которые представляют собой специальный тип контакта с мышечными клетками или с телом (или с клеточными отростками, называемыми дендритами) других нейронов. Плазматические мембраны аксона в синапсе характеризуются крайне специфическим биохимическим составом, который соответствует функциям передачи нервного импульса. Синаптотагмины участвуют в регулируемом секреторном процессе в нейронах и в других клетках.
На одном конце молекулы синаптотагмина имеется мембранный якорь, а остальная часть молекулы погружена в цитоплазму клетки. Этот цитоплазматический домен содержит два сайта, связывающих кальций, образует комплекс со всеми белками SNARE и, по-видимому, поддерживает их в неактивной конфигурации. Нервный импульс, вызывающий деполяризацию плазматической мембраны, запускает поступление в клетку ионов кальция через кальциевые каналы в пресинаптической мембране.
Локальное увеличение концентрации ионов кальция, как предполагают, служит сигналом изменения конформации синаптотагмина. Эти конформационные изменения приводят к выходу синаптотагмина из комплекса SNARE, и происходит слияние мембран.
Синаптотагмин регулирует высвобождение содержимого синаптических пузырьков.
Считают, что он связывает комплекс, образованный v- и t-SNARE, тем самым предотвращая слияние мембран.
Ионы кальция входят через кальциевый канал, связываются с синаптотагмином, при этом высвобождается комплекс SNARE, что обеспечивает слияние мембран.
