МедУнивер - MedUniver.com Все разделы сайта Видео по медицине Книги по медицине Форум консультаций врачей  
Рекомендуем:
Генетика:
Генетика
Аномалии хромосом
Биология клетки
Генетика врожденных пороков
Генетика рака - опухолей
Молекулярная генетика
Наследственные синдромы
Цитогенетика - исследование хромосом
Лечение наследственных болезней
Фармакогенетика
Форум
 

Транспорт и сортировка лизосомальных ферментов в транс-Гольджи

• Все вновь синтезированные мембранные и секреторные белки следуют по одному транспортному пути до достижения транс-Гольджи сети, где они распределяются в различные транспортные везикулы, в соответствии с местом своего назначения

• Клатриновые везикулы транспортируют лизосомальные белки из транс-Гольджи сети в созревающие эндосомы

• В аппарате Гольджи к растворимым ферментам, предназначенным для лизосом, ковалентно присоединяется манноза-6-фосфат. Из транс-Гольджи сети эти ферменты выходят на путь эндоцитоза при участии рецептора манноза-6-фосфата

• Белки лизосомальных мембран транспортируются из транс-Гольджи сети в созревающие эндосомы, однако для этого используются другие сигналы, чем для растворимых ферментов лизосом

Так же как и другие белки, предназначенные для перемещения по механизму эндо- и экзоцитоза, белки лизосом синтезируются в ЭПР. Растворимые ферменты деградации и трансмембранные белки лизосом транспортируются из ЭПР через аппарат Гольджи в транс-Гольджи сеть, где они отделяются от белков клеточной поверхности и от белков другой внутриклеточной локализации.

В клетках млекопитающих для сортировки растворимых ферментов лизосом в транс-Гольджи сети необходим сигнал, отличающийся от сигналов сортировки цитоплазматических белков, которые рассматривались до сих пор. В данном случае сигнал лизосомальной сортировки называется маннозо-6-фосфатный сигнал (М-6-Ф). Он образуется в люмене при модификации олигосахаридов, ковалентно присоединенных к лизосомаль-ным ферментам.

Этот сигнал был обнаружен при изучении некоторых заболеваний, связанных с нарушениями функционирования лизосом, например при болезни 1-клеток (также называемой муколипидоз II типа). В лизосомах больных, страдающих этим заболеванием, отсутствуют необходимые ферменты, и вместо поступления в лизосомы ферменты экскретируются во внеклеточное пространство.

Поэтому в лизосомах накапливаются непереваренные белки, образующие характерные внутриклеточные включения (называемые «I» при болезни 1-клеток). Аналогичные включения обнаруживаются и при других болезнях накопления, например при болезни Тей-Сакса, при которой в клетке отсутствует фермент гексозаминидаза А.

Лизосомы при болезни Тея-Сакса
Нейрон головного мозга пациента с болезнью Тей-Сакса.
Отмечается много аномальных лизосом, одна из которых показана при большом увеличении.

Сигнал М-6-Ф образуется в результате фосфорилирования N-терминального маннозного остатка. Как показано на рисунке ниже, N-ацетилглюкозаминфосфат (G1cNAc-P) добавляется к С-6-гидроксильной группе избранного терминального маннозного остатка при участии фермента фосфотрансферазы (при болезни 1-клеток большинство ферментов лизосом не получают М-6-Ф сигнала, поскольку фосфотрансфераза у них отсутствует). Скорее всего, остаток G1cNAc-P добавляется на ранних этапах нахождения белка в аппарате Гольджи.

Затем специальный фермент, который присутствует в транс-Гольджи сети, удаляет остаток G1cNAc, открывая группу М-6-Ф. Таким образом, сигнал сортировки появляется только тогда, когда начинается сам процесс сортировки.

Конечно, для многих белков, транспортируемых по механизму экзоцитоза, характерно присутствие олигосахаридов с высоким содержанием маннозы, причем эти белки не являются ферментами лизосом. Поэтому, наряду с М-6-Ф сигналом сортировки, также должна существовать другая информация, специфичная только для лизосомальных ферментов. Эта информация не заложена в линейной последовательности аминокислот, как в случае многих других сигналов сортировки, а находится в определенном участке молекулы лизосомального фермента.
Вначале, до модификации олигосахаридного остатка, фосфотрансфераза должна узнать этот участок.

М-6-Ф сигнал сортировки узнается рецепторами М-6-Ф (существует два типа этих рецепторов), которые локализованы в транс-Гольджи сети. Цитоплазматические участки обоих типов рецепторов содержат сигналы сортировки, обеспечивающие транспорт в эндосомы. Один из них представляет собой тирозиновый сигнал, он может узнаваться АР-1 клатриновым адаптерным комплексом, расположенным в транс-Гольджи сети.

Другой сигнал, расположенный на цитоплазматической части М-6-Ф рецептора, содержит два остатка лейцина, находящихся в окружении кислых аминокислот. Этот сигнал отличается от таких же сигналов, обеспечивающих захват белков с клеточной поверхности, и взаимодействует с GGA-белком.

GGA относится к семейству белков, названных так потому, что они локализуются в аппарате Гольджи, содержат последовательности гомологичные дополнительному домену у-адаптина, и связываются с фактором АДФ-рибозилирования. Предполагается, что белки GGA являются упаковочными молекулами, которые помогают загружать М-6-Ф-рецепторы, связанные с лизосомальными ферментами, в клатриновые везикулы, отпочковывающиеся от транс-Гольджи сети. По-видимому, GGA передают М-6-Ф-рецептор и клатрин на комплекс АР-1, присутствующий в образовавшейся везикуле.

Как показано на рисунке ниже, образующиеся в транс-Гольджи сети клатриновые везикулы, вероятно, направляются в поздние эндосомы, где происходит диссоциация М-6-Ф-рецептора и связанного с ним фермента, подобно тому, как это осуществляется для комплекса рецептор-лиганд при эндоцитозе. Доставка фермента из транс-Гольджи сети в ранние эндосомы также может происходить более редким путем — через клеточную поверхность. Эндосомы обладают более кислой средой, чем транс-Гольджи сеть, и при кислых pH ферменты отщепляются от М-6-Ф-рецеп-торов, что приводит к накоплению свободных ферментов в люмене эндосом.

Затем М-6-Ф-рецепторы рециклируют из эндосом в транс-Гольджи сеть и повторно участвуют в транспортном процессе. При рециклировании используется другой адаптерный белок, TIP47, который узнает другой сигнал сортировки (содержащий фенилаланин/триптофан или остатки гидрофобных аминокислот) в цитоплазматическом участке М-6-Ф-рецептора. TIP47 отличается от других известных адаптеров тем, что он концентрирует в образующихся везикулах, которые возвращают М-6-Ф-рецепторы в транс-Гольджи сеть, белок Rab9. Rab9 участвует в дальнейшем адресовании этих везикул.

Сборка манноза-6-фосфатного сигнала
Сборка молекул сигнала сортировки с участием манноза-6-фосфатного рецептора.
Олигосахариды с высоким содержанием маннозы, связанные с ферментами лизосом,
подвергаются модификации в ранних цистернах аппарата Гольджи при добавлении к ним N-ацетилглюкозамин фосфата.
Остаток N-ацетилглюкозамина удаляется в последней из цистерн Гольджи.
При этом демаскируется остаток манноза-6-фосфата, который узнается рецепторами М-6-Ф.

Транспорт растворимых лизосомальных ферментов в эндосомы по механизму экзоцитоза представляет собой часть обычного процесса их созревания. Пока лизосомальные ферменты не достигнут конечного места назначения, они защищены от воздействия ферментов деградации. Существуют, по крайней мере, три механизма, которые обеспечивают активность ферментов только в определенных компартментах:

• Лизосомальные ферменты не проявляют активности при pH, характерном для ЭПР и аппарата Гольджи, и активируются только при кислых значениях pH, свойственных эндосомам и лизосомам. Таким образом, кислое значение pH в эндосомах не только благоприятствует диссоциации М-6-Ф-рецепторов, но и существенно для активации фермента.

• Некоторые лизосомальные ферменты образуются в ЭПР в виде проферментов, в N-терминальной области которых находится короткая последовательность, ингибирующая их активность. Ингибирование сохраняется до тех пор, пока последовательность не отщепится в эндосомах. Нередко отщепление носит «аутокаталитический» характер, т. е. определенная протеаза активируется самостоятельно, при достижении органеллы с достаточно низкой величиной pH.

• Некоторые активирующие ферменты представляют собой фосфатазы, которые расщепляют М-6-Ф-сигналы сортировки. Удаление этих сигналов помогает ограничить выход в транс-Гольджи сеть активных ферментов лизосом за счет предотвращения их связывания с рециклирующими М-6-Ф-рецепторами. Все эти события созревания начинаются на уровне поздних эндосом, при вступлении фермента на путь эндоцитоза. При последующем продвижении ферментов в лизосомы скорость протекания и эффективность этих событий увеличиваются.

Начиная от ранних эндосом и до лизосом происходит постепенное снижение величины pH: от 6,5-6,8 до 4,5-5,0. Поскольку для большинства лизосомальных ферментов оптимальное значение pH составляет < 5, то по мере продвижения по пути эндоцитоза они постепенно увеличивают активность.

Резидентные белки мембран лизосом, например лизосомальные гликопротеины (lgps) и лизосомальные мембранные белки (lamps), транспортируются из транс-Гольджи сети по механизму, независимому от М-6-Ф.

В цитоплазматическом домене этих белков присутствуют тирозин-содержащие сигналы, которые определяют их взаимодействие с одним или несколькими адаптерными комплексами (АР-1 или АР-3) или с GGA-белками. В эндосомы эти белки доставляются из транс-Гольджи сети, вероятно, посредством клатриновых везикул, и накапливаются в лизосомах. В отличие от М-6-Ф-рецепторов они не рециклируют в транс-Гольджи сети, поскольку, вероятно, не способны реагировать с TIP47. Хотя большинство мембранных белков подвергаются в лизосомах деградации, белки lgp и lamp устойчивы к протеолизу.

Они содержат много гликозильных групп, и считается, что последние либо образуют некое защитное покрытие, либо обладают плотной упаковкой, которая обеспечивает устойчивость к ферментам.

Сортировка лизосомальных белков у дрожжей и в клетках млекопитающих происходит различным образом. У дрожжей органеллы, эквивалентные лизосомам, называются вакуоли. В них также содержится набор растворимых гидролитических ферментов, которые поступают туда с участием мембранных рецепторов. Однако транспорт из транс-Гольджи сети в вакуоли не требует узнавания маркера М-6-Ф и происходит без участия М-6-Ф рецепторов, для которых у дрожжей не существует гомологов. Природа сигналов, которые обеспечивают адресование растворимых ферментов в дрожжевые вакуоли, неизвестна, однако не исключено, что ферменты связываются с рецептором на мембране.

Генетический анализ позволяет предполагать, что этот рецептор может взаимодействовать с GGA-белками, что свидетельствует о консерватизме, свойственном стратегии сортировки. Подобно белкам мембран лизосом у животных, транспорт белков мембран вакуолей из аппарата Гольджи происходит у дрожжей с участием клатриновых адаптеров (например АР-3). Однако у дрожжей АР-3 может взаимодействовать с сигналом, содержащим остатки двух лейцинов, а не тирозина.

Сортировка в транс-Гольджи сети
При образовании в транс-Гольджи сети везикул, покрытых клатрином,
GGA может переносить рецепторы манноза-6-фосфата и клатрин на АР-1 адаптерные комплексы.
Транспорт лизосомальных ферментов
Манноза-6-фосфатный сигнал сортировки используется для транспорта ферментов лизосом из транс-Гольджи сети на путь эндоцитоза.
Основной путь представляет собой прямой перенос из транс-Гольджи сети в поздние эндосомы.
Существует также дополнительный путь через клеточную поверхность.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

- Также рекомендуем "Сортировка белка в поляризованных клетках эпителия"

Оглавление темы "Физиология и биология клетки":
  1. Локализация и функции адаптерных комплексов
  2. Судьба рецептора эндосомы после захвата клеткой
  3. Механизм созревания эндосом и их превращения в лизосомы
  4. Транспорт и сортировка лизосомальных ферментов в транс-Гольджи
  5. Сортировка белка в поляризованных клетках эпителия
  6. Образование секреторных гранул и их регуляция
  7. Перспективы изучения транспорта белков в клетке
  8. Строение ядра клетки и его функции
  9. Факторы влияющие на размер и форму ядра клетки
  10. Локализация хромосом в ядре клетки
Медунивер Мы в Telegram Мы в YouTube Мы в VK Форум консультаций врачей Контакты, реклама
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.