• Транспорт больших белковых структур через аппарат Гольджи осуществляется посредством созревания цистерн
• Отдельные белки и небольшие белковые структуры транспортируются через аппарат Гольджи или посредством созревания цистерн, или за счет везикулярного транспорта
Аппарат Гольджи представляет собой органеллу, состоящую из многих компартментов, которые содержат упорядоченный набор ферментов. Эти ферменты могут модифицировать гликопротеины и липиды по мере их перехода от цис- к транс цистернам.
Поэтому молекулы карго должны пройти через каждый компартмент органеллы, хотя механизм этого остается предметом оживленных дискуссий.
На основании результатов исследований транспорта различных по размеру белков предложено две модели антероградного транспорта через аппарат Гольджи: созревание цистерн и везикулярный транспорт.
Модель созревания цистерн была предложена на основании наблюдений, сделанных на клетках некоторых растений, образующих чешуйки, покрывающую клеточную поверхность. Эти белковые оболочки, по-видимому, образуются в аппарате Гольджи и по размеру приближаются к размеру цистерн, которые их содержат (примерно 1-2 мкм диаметром).
Движение всей цистерны, вероятно, представляет собой для чешуйки единственную возможность пройти через аппарат Гольджи. Предположили, что собирающиеся в цистернах новые чешуйки образуются на цис- или на входной стороне аппарата Гольджи, а зрелые чешуйки выходят на транс-стороне или на стороне выхода.
Эти наблюдения позволили высказать предположение о созревании цистерн: при созревании цистерна, несущая чешуйку, должна пройти всю стопку, как это иллюстрирует рисунок ниже.
При созревании происходит не только физическое перемещение цистерны, но также меняется ее мембрана. Это приводит к изменению набора ферментов, действующих на созревающую чешуйку на очередном этапе ее созревания.
Экспериментальная проверка этой гипотезы затрудняется непригодностью растений в качестве экспериментального объекта. Также остается неясным, ограничивается предложенный механизм транспорта чешуек только некоторыми растительными объектами или имеет более общее значение.
Большинство клеточных биологов (цитологов) склоняется к первой точке зрения, хотя имеются данные, полученные и на клетках млекопитающих, о том, что некоторые большие белки, например фибриллы коллагена, транспортируются по аппарату Гольджи практически таким же образом.
Две модели, предложенные для описания транспорта через аппарат Гольджи:
созревание цистерн и везикулярный транспорт.
Модель везикулярного транспорта разработана на основании исследований антероградного транспорта VSV-G-белка в экспериментах по реконструкции in vitro c использованием мембран аппарата Гольджи. Эти эксперименты показали, что COPI везикулы содержат VSV-G-белок, и позволили предположить его транспорт между цис- и транс- цистернами Гольджи.
В частности, VSV-G-белок экспрессировали в клетках, генетически дефектных по ферменту гликозил-трансферазе, который катализирует его терминальное гликозилирование. Мембраны Гольджи от этих клеток инкубировали in vitro с мембранами клеток дикого типа, содержащих фермент.
При этом наблюдалось терминальное гликозилирование, и появлялись COPI-везикулы, которые служили в качестве интермедиатов в транспорте между цистернами Гольджи. Прямого слияния мембран Гольджи не происходило. Эти эксперименты позволили прийти к заключению о том, что аппарат Гольджи содержит стабильную стопку цистерн и груз транспортируется от цистерны к цистерне в COPI-окаймленных везикулах.
На основании экспериментов по реконструкции везикулярного транспорта in vitro было показано, что COPI-везикулы участвуют в прямом транспорте секреторного белка карго от цис- к транс-участку аппарата Гольджи.
Однако обнаружение участия COPI-везикул в ретроградном транспорте из аппарата Гольджи в ЭПР объясняет, каким образом перестройка цистерн участвует в их созревании. COPI-везикулы могут возвращать резидентные компоненты цис-цистерн по мере прохождения ими стопки Гольджи и в процессе «созревания» становятся транс-цистернами. Действительно, ферменты Гольджи были обнаружены в COPI-везикул ах биохимическими методами и иммуноэлектронной микроскопией.
Конечно, данные о том, что COPI-везикулы осуществляют ретроградный транспорт, не исключают возможности их функционирования в качестве антероградных переносчиков секреторного карго от цис- к транс-цистернам.
Действительно, есть данные о том, что COPI-везикулы содержат новосинтезированные карго белки, такие как VSV-G и проинсулин. Это позволяет предполагать, что существуют различные популяции COPI-везикул, переносящие различные белки.
Проще говоря, при везикулярном транспорте мембраны аппарата Гольджи остаются на месте, и карго переносится в везикулах. Напротив, при созревании цистерн карго остается на месте (в цистерне), но перестраивается окружающая его мембрана цистерны.
Необходимо иметь в виду, что обе модели не исключают друг друга, и транспорт может осуществляться одновременно по двум механизмам. Если белок карго слишком велик для включения в COPI-везикулы, то он может транспортироваться через аппарат Гольджи по механизму созревания цистерн.
Небольшие молекулы карго проходят через цистерны в COPI-везикулах. Это не означает, что при созревании цистерн транспортируются только большие молекулы, однако это может являться для них лучшим (если не единственным) путем транспорта.
