ΜΕΤΑ-ΜΕΤΑΦΡΑΣΤΙΚΗ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΣΗ ΔΙΑΛΟΓΗ - ΣΤΟΧΕΥΣΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΚΑΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΠΟΛΙΚΟΤΗΤΑ

Ιωάννης Π. Τρουγκάκος Τομέας Βιολογίας Κυττάρου & Βιοφυσικής Τμήμα Βιολογίας, Παν/μιο Αθηνών ΜΕΤΑ-ΜΕΤΑΦΡΑΣΤΙΚΗ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΣΗ ΔΙΑΛΟΓΗ - ΣΤΟΧΕΥΣΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΚΑΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΠΟΛΙΚΟΤΗΤΑ

ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΖΩΪΚΟΥ ΚΥΤΤΑΡΟΥ Διαμερισματοποίηση -10 10 πρωτεϊνικά μόρια - 10.000 διαφορετικές πρωτεϊνες) Οικογένειες ενδοκυττάριων διαμερισμάτων: - Πυρήνας / Κυττοσόλιο - Μιτοχόνδρια - Πλαστίδια (σταφυτάμόνο) - Υπεροξυσώματα - Οργανίδια εκκριτικού μονοπατιού (ΕΔ, Golgi, Λυσοσώματα, κυστίδια) http://www.johnkyrk.com/er.swf

Εξελικτικά τα ενδοκυττάρια διαμερίσματα των ευκαρωτικών κυττάρων μπορούν να ομαδοποιηθούν σε 5 διακριτές οικογένειες που είναι: - Ο πυρήνας και το κυτταρόπλασμα που επικοινωνούν μέσω των πυρηνικών πόρων και είναι τοπολογικά συνεχή διαμερίσματα (αν και διακριτά όσον αφορά την λειτουργία τους, - Τα μιτοχόνδρια - Τα πλαστίδια (στα φυτά μόνο) - Τα υπεροξεισώματα - Ολα τα οργανίδια που συμμετέχουν στο εκκριτικό και ενδοκυττικό μονοπάτι (ER, Golgi, ενδοσώματα, λυσοσώματα και οι διάφορες κατηγορίες των κυστιδίων μεταφοράς)

ΚΥΤΤΟΣΟΛΙΟ ΠΥΡΗΝΑΣ ΥΠΕΡΟΞΕΙΣΩΜΑΤΑ ΜΙΤΟΧΟΝ ΡΙΑ ΠΛΑΣΤΙ ΙΑ ΕΝ ΟΠΛΑΣΜΑΤΙΚΟ ΙΚΤΥΟ GOLGI ΛΥΣΟΣΩΜΑ ΕΝ ΟΣΩΜΑ ΕΚΚΡΙΤΙΚΑ ΚΥΣΤΙ ΙΑ ΠΛΑΣΜΑΤΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ Οι κύριες οδοί μεταφοράς πρωτεϊνών στο κύτταρο περιλαμβάνουν τη φυλασσόμενη μεταφορά (κόκκινο βέλος) απότοκυττοσόλιοστοπυρήνα(και αντίστροφα), τη διαμεμβρανικη (γκρι βέλη) και την κυστιδιακή μεταφορά (μπλε βέλη). Τα σινιάλα που κατευθύνουν τη κίνηση και το πεπρωμένο μιας πρωτεΐνης βρίσκονται στην αμινοξική της αλληλουχία, ενώ σε κάθε ενδιάμεσο σταθμό (κουτιά) θα πρέπει να παρθεί μια απόφαση αν η πρωτεΐνηπρέπειναπαραμείνειήνα μετακινηθεί περαιτέρω.

Ρυθμιζόμενη Έκκριση Συνεχής Έκκριση 9 Μεταφορά από το TGN προς την πλασματική μεμβράνη: Συνεχής και Ρυθμιζόμενη έκκριση πρωτεϊνών (μονοπάτι 9). Διαλογή πρωτεϊνών που κατευθύνονται για έκκριση μεταξύ κορυφαίας και βασοπλευρικής μεμβράνης σε επιθηλιακά κύτταρα (μονοπάτι 9 ). ΒΑΣΟΠΛΕΥΡΙΚΗ ΕΚΚΡΙΣΗ 9

Η ΘΕΩΡΙΑ ΤΟΥ ΣΙΝΙΑΛΟΥ Τα ριβοσώματα που συνθέτουν πρωτεΐνες στο κυττοσόλιο είναι όμοια με αυτά τα οποία προσδένονται στο ER και προέρχονται από ένα κοινό απόθεμα. mrna κυττοσολικής πρωτεϊνης παραμένει ελεύθερο στο κυττοσόλιο ριβοσωμικές υπομονάδες στο κυττοσόλιο 5 3 3 5 3 5 5 μεμβράνη ER mrna πρωτεΐνης για το ER παραμένει προσδεδεμένο στη μεμβράνη ελεύθερο κυττοσολικό πολυριβόσωμα 3 πεπτιδικό σινιάλο ΕR πολυριβόσωμα προσδεδεμένο στο ER μέσω των νεο-συντιθέμενων πρωτεϊνών Το ριβόσωμα οδηγείται στη μεμβράνη του ER λόγω αναγνώρισης του σινιάλου του πεπτιδίου οδηγητή. Το μόριο του mrna μπορεί να παραμείνει μόνιμα προσδεδεμένο στο ER σαν τμήμα του πολυριβοσώματος ενώ τα ριβοσώματα που μετακινούνται κατά μήκος του mrna μπορεί να ανακυκλώνονται. Στο τέλος κάθε γύρου πρωτεϊνοσύνθεσης οι ριβοσωμικές υπομονάδες απελευθερώνονται και επανασυνδέονται με το κοινό απόθεμα των ελεύθερων ριβοσωμάτων.

Στον αυλό του ER λαμβάνουν χώρα μια σειρά από τις πιο σημαντικές μεταμεταφραστικές τροποποιήσεις των πρωτεϊνών οι πιό πολλές από τις οποίες εξελίσονται παράληλα με τη σύνθεση της πρωτεΐνης. Οι βασικές αυτές μετατροπές αφορούν: (1) τη δημιουργία δισουλφιδικών δεσμών, (2) την προσθηκη και τροποποίηση υδατανθράκων σε κατάλοιπα Asp (3) το ενεργειακά αποδεκτό δίπλωμα της πρωτεϊνης (4) την αυτοσυγκρότηση των πολυπεπτιδικών υπομονάδων σε πολυμερικές πρωτεϊνες.

ΤΟ ΣΥΜΠΛΕΓΜΑ GOLGI Τόσο το CGN αλλά ιδιαίτερα το TGN φαίνεται ότι είναι χρήσιμα για τη διαλογή των μεταφερόμενων πρωτεϊνών.

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΗ ΔΙΑΜΕΡΙΣΜΑΤΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΣΥΜΠΛΕΓΜΑΤΟΣ GOLGI

λιπιδική διπλοστοιβάδα πρωτεΐνη μεμβράνης πρωτεΐνες του αυλού Ο ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ ΔΙΑΤΗΡΕΙΤΑΙ ΚΑΤΑ ΤΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΤΩΝ ΚΥΣΤΙΔΙΩΝ Διατήρηση της πλευρικότητας κατά την κυστιδιακή μεταφορά. Ο αρχικός προσανατολισμός τόσο των πρωτεϊνών όσο και των λιπιδίων της μεμβράνης-δότη διατηρείται και στη μεμβράνη-στόχο και οι διαλυτές πρωτεΐνες μεταφέρονται πάντα από τον αυλό κάποιου οργανιδίου στον αυλό κάποιου άλλου. εκβλάστηση σύντηξη κυστίδιο μεταφοράς ΟΡΓΑΝΙ ΙΟ ΟΤΗΣ ΟΡΓΑΝΙ ΙΟ ΣΤΟΧΟΣ

Ο ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ ΔΙΑΤΗΡΕΙΤΑΙ ΚΑΤΑ ΤΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΤΩΝ ΚΥΣΤΙΔΙΩΝ

ΚΙΝΗΣΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ

ΕΚΚΡΙΤΙΚΑ ΜΟΝΟΠΑΤΙΑ: Ρυθμιζόμενη και συνεχής έκκριση πρωτεϊνών ΜΙΓΜΑ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΙΑΛΟΓΗ COPI ΣΥΝΕΧΗΣ ΡΟΗ ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΣΥΝΕΧΗΣ ΕΚΚΡΙΣΗ πυρήνας κλαθρίνη υποδοχέας M6P ΛΥΣΟΣΩΜΑ πρωτεΐνη πλασματικής μεμβράνης σινιάλο (π.χ. ορμόνη) RER cis TGN ΡΥΘΜΙΖΟΜΕΝΗ ΕΚΚΡΙΣΗ medial trans GOLGI ΡΥΘΜΙΖΟΜΕΝΗ ΡΟΗ ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ Πλασματική μεμβράνη Η διαλογή των πρωτεϊνών για το αν θα ακολουθήσουν το ένα ή το άλλο μονοπάτι λαμβάνει χώρα στο TGN. Οι πιο πολλές διαλυτές πρωτεΐνες εκκρίνονται μέσω του συνεχούς μονοπατιού ( ) που λειτουργεί σε όλα τα κύτταρα και μάλλον αποτελεί την φυσική ροή για μια εκκρινόμενη πρωτεΐνη εκτός αν αυτή διαθέτει σινιάλα που θα την κατευθύνουν στο ρυθμιζόμενο μονοπάτι έκκρισης. Μέσω του συνεχούς μονοπατιού έκκρισης τροφοδοτείται με λιπίδια και πρωτεΐνες η πλασματική μεμβράνη. Στο ρυθμιζόμενο μονοπάτι έκκρισης οι επιλεγμένες πρωτεΐνες κατευθύνονται σε εκκριτικά κυστίδια όπου και συγκεντρώνονται ( ). Στακυστίδιααυτάοιπρωτεΐνες αυτές παραμένουν μέχρι να υπάρξει ένα σήμα από τον εξωκυττάριο χώρο που θα πυροδοτήσει την έκκριση τους ( ). Τα δύο αυτά μονοπάτια έκκρισης μαζί με τη διαλογή των πρωτεϊνών προς το λυσόσωμα ( ) αποτελούν τα πιο καλά κατανοητά μονοπάτια διαλογής πρωτεϊνών στο κύτταρο. Τόσο στη ρυθμιζόμενη έκκριση πρωτεϊνών όσο και κατά τη διαλογή πρωτεϊνών προς το λυσόσωμα οι πρωτεΐνες πακετάρονται σε κυστίδια με κάλυμμα κλαθρίνης. Τα κυστίδια αυτά σύντομα χάνουν το κάλυμμα τους και είτε μετατρέπονται σε εκκριτικά κυστίδια (ή κοκκία) είτε συντήκονται με τα λυσοσώματα αναλόγως του μονοπατιού στο οποίο έχουν εισαχθεί.

Εξωκύττωση πρωτεϊνών Ενα σημαντικό μέρος της λειτουργίας κάθε κύτταρου είναι η επικοινωνία του με το περιβάλλον. Ιδιαίτερο τμήμα της διαδικασίας αυτής αφορά το μονοπάτι της εξωκύττωσης ουσιών προς τον εξωκυττάριο χώρο. Η πορεία των προς έκκριση πρωτεϊνών (βιοσυθετικό μονοπάτι) ξεκινά από το ER, περνά από τις δεξαμενές του Golgi και καταλήγηγει στο TGN. Tο σημείοαυτόαποτελεί σταθμό διαλογής και οι πρωτεΐνες από εδώ μέσω κυστιδιακής μεταφοράς είτε κατευθύνονται προς τα λυσοσώματα, είτε προωθούνται για έκκριση μέσω μιας διαδικασίας που απαντάται σε όλα τα ευκαρυωτικά κύτταρα και ονομάζεται εξωκύττωση. Ο αυλός κάθε διαμερισμάτος κατά μήκος του βιοσυνθετικού-εκκριτικού μονοπατιού είναι τοπολογικά αντίστοιχος του εξωκυττάριου χώρου και όλα τα διαμερίσματα είναι σε συνεχή επικοινωνία μέσω κυστιδών μεταφοράς τα οποία εκβλαστάνουν από το ένα διαμέρισμα και συντήκονται με ένα άλλο. Δύο είναι τα βασικά μονοπάτια που αφορούν την έκκριση μορίων προς τον εξωκυττάριο χώρο. Αυτό της συνεχούς και αυτό της ρυθμιζόμενης έκκρισης μορίων

Συνεχής έκκριση Πρωτεϊνών Στο μονοπάτι της συνεχούς έκκρισης πρωτεϊνών τα κυστίδια μεταφοράς που προορίζονται για την πλασματική μεμβράνη εκβλαστάνουν από το TGN μέσω μιας σταθερής συνεχόμενης ροής και συντήκονται αυθόρμητα με την πλασματική μεμβράνη όταν έρθουν σε επαφή με αυτή. Οι διαμεμβρανικές πρωτεϊνες και τα λιπίδια των κυστιδίων αυτών προμηθεύουν με νέα δομικά συστατικά την πλασματική μεμβράνη (π.χ. υποδοχείς) ενώοιδιαλυτέςτουςπρωτεΐνες εκκρίνονται στον εξωκυττάριο χώρο (π.χ. αναπτυξιακοί παράγοντες, κυττοκίνες κτλ). Επίσης μέσω του μονοπατιού αυτού τα κύτταρα εκκρίνουν τις πιο πολλές από τις πρωτεογλυκάνες και γλυκοπρωτεϊνες της εξωκυττάριας ουσίας. Είναι λοιπόν φανερό ότι το μονοπάτι της συνεχούς έκκρισης πρωτεϊνών λειτουργεί σε όλα τα κύτταρα. Σε μη πολωμένα κύτταρα όλες οι πρωτεΐνες με μη ειδικά πεπτιδικά σινιάλα διαλογής πιστεύεται ότι αποδίδονται στην κυτταρική επιφάνεια εξ ορισμού μέσω του μονοπατιού της συνεχούς έκκρισης. Πιστεύεται ότι τα κυστίδια συνεχούς έκκρισης φέρουν κάλυμμα τύπου COPΙ.

Ρυθμιζόμενη έκκριση Πρωτεϊνών Το ρυθμιζόμενο μονοπάτι έκκρισης πρωτεϊνών παρατηρείται κυρίως σε νευρικά και ενδοκρινή κύτταρα προκειμένου να διευκολυνθεί η ρυθμιζόμενη έκκριση των πεπτιδικών ορμονών καιτων νευροπεπτιδίων (ACTH, ινσουλίνη, γλυκαγόνο κτλ). Εδώ οι διαλυτές πρωτεΐνες και τα άλλα προς έκκριση συστατικά συμπηκνώνονται στο TGN και πακεταρονται σε ειδικά εκκριτικά κυστίδια τα οποία παραμένουν στο κυτταρόπλασμα μέχρι να επαχθεί η σύντηξη τους με την πλασματική μεμβράνη που πυροδοτείται από ένα ειδικό εξωκυττάριο σινιάλο. Με τον τρόπο αυτό το κύτταρο μπορεί να εκκρίνει μαζικά μεγάλες ποσότητες από μια πρωτεϊνη. Μορφολογικά δεδομένα δείχνουν ότι τόσο τα κυστίδια αυτά όσο και οι θέσεις του TGN από τις οποίες εκβλαστάνουν έχουν ειδική μορφολογία σε τομές TEM και εμφανίζονται να περιέχουν ένα ιδιαίτερα (λόγω συμπύκνωσης) ηλεκτρονιόπυκνο υλικό. Για το λόγο αυτό αναφέρονται και σαν εκκριτικά κοκκία ή κυστίδια πυκνού πυρήνα. Τα κυστίδια αυτά, τα οποία όπως και αυτά που κατευθύνονται προς τα λυσοσώματα φέρουν κάλυμμα κλαθρίνης, θα συντηχθούν με την πλασματική μεμβράνη εκκρίνοντας το περιεχόμενο τους στον εξωκυττάριο χώρο μόνο αν ένα ειδικό ερέθισμα (π.χ. μια ορμόνη) ανοίξει ένα μονοπάτι μεταγωγής σήματος που επάγει τη κίνηση τους προς τη πλασματική μεμβράνη. Εκεί θα συντηχθούν με την πλασματική μεμβράνη και θα απελευθερώσουν το περιεχόμενο τους στον εξωκυττάριο χώρο μέσω μιας διαδικασίας που είναι ανεξάρτητη από το εκκριτικό μονοπάτι που ακολουθείται.

Mεταφορά πρωτεϊνών από το ER στο Golgi - Μοντέλα που περιγράφουν την κίνηση των πρωτεϊνών κατά μηκος των δεξαμενών του Gogli TGN Golgi CGN ERGIC COPI COPII COPI COPI COPI Σχηματική αναπαράσταση των διαφορετικού τύπου κυστιδίων COPI και COPII κατά τη μετακίνηση πρωτεϊνών από το ER προς το ERGIC (κυστίδια COPII) και το Golgi (κυστίδια COPI). Κατά την ανάστροφη κίνηση των δομικών πρωτεϊνών του ER από το Golgi (αλλά και ανάμεσα στις δεξαμενές Golgi) χρησιμοποιούνται κυστίδια με κάλυμμα COPI. ER ΕΜΠΛΕΚΟΜΕΝΑ ΚΥΣΤΙΔΙΑ ΚΑΤΑ ΤΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ER GOGLI ΚΑΙ GOGLI ER

ΚΥΣΤΙΔΙΑ ΡΥΘΜΙΖΟΜΕΝΗΣ ΕΚΚΡΙΣΗΣ Ηλεκτρονιογραφία τομής εκκριτικών κυττάρων από πάγκρεας όπου συντίθενται και εκκρίνονται ένζυμα πέψης. Διακρίνεται πολύ αναπτυγμένο ΕΔ, σύμπλεγμα Golgi και εκκριτικά κυστίδια σε διάφορες φάσεις συμπύκνωαης. Η διαλογή των πρωτεϊνών στο ρυθμιζόμενο μονοπάτι έκκρισης ελέγχεται από επιλεκτική πρωτεϊνική συσσωμάτωση λόγω αλλαγής στην ιονική ισχύ και στο ph (οξίνιση) που παρατηρείται στο TGN. Παράλληλα θα πρέπει να υπάρχει και ένα ειδικό πεπτιδικό σινιάλο που κατευθύνει τις πρωτεϊνες στο μονοπάτι αυτό, το οποίο πιστεύεται ότι είναι ένα σινιάλο επιφάνειας. Μετά την αποκοπή τους από το TGN τα κυστίδια κλαθρίνης του ρυθμιζόμενου μονοπατιού έκκρισης αποβάλλουν το κάλυμμα τους και το υλικό τους συμπυκνώνεται περαιτέρω (μέχρι και 200 φορές) συγκρινόμενο με τη συγκέντρωση του στον αυλό του TGN. Η συμπήκνωση αυτή λαμβάνει χώρα ξαφνικά πιθανότατα σαν αποτέλεσμα της περαιτέρω οξίνισης του αυλού του κυστιδίου μέσω μιας αντλίας Η +.

Οι πιό πολλές πρωτεΐνες του ρυθμιζόμενου μονοπατιού έκκρισης συνήθως τροποποιούνται πρωτεολυτικά στα εκκριτικά κυστίδια Κάποιες από τις εκκρινόμενες πρωτεϊνες (συνήθως ορμόνες) δεδομένου ότι μετά τη σύνθεση τους είναι ανενεργές υφίστανται μια διαδικασία ωρίμανσης κατά την έκκριση τους που συνδέεται με ειδική πρωτεολυτική επεξεργασία η οποία λαμβάνει χώρα εντός του κυστιδίου. Στα κυστίδια συνεχούς έκκρισης η πρωτεολυτική ωρίμανση επιτυγχάνεται μέσω της ενδοπρωτεάσης Furin (που αποκόπτει κάποιες πρωτεϊνες όπως η αλβουμίνη) ενώ στα κυστίδια ρυθμιζόμενης έκκρισης οι κύριες πρωτεάσες είναι οι PC2 και PC3 που αποκόπτουν τα πρόδρομα μόρια πολλών ορμονών. Η ωρίμανση των ορμονών επιτυγχάνεται μέσω διβασικών αμινοξικών ακολουθίες που εξειδικεύουν το σημείο αποκοπής από τις πρωτεάσες ενώ για πολλές ορμόνες που εκκρίνονται μέσω του ρυθμιζόμενου μονοπατιού οι πρόδρομες πρωτεϊνες περιέχουν επίσης καιμιαπεριοχή προ-ορμόνης. Οι επιπλέον αυτές περιοχές προ-ορμόνης των προδρόμων πρωτεϊνών είναι δυνατόν να παίζουν διάφορους ρόλους. Για μερικές πολύ μικρές πρωτεΐνες η περιοχή αυτή μπορεί να προσφέρει το κατάλληλο μήκος προκειμένου το νεο-σχηματιζόμενο πεπτίδιο να διασχίσει το ριβόσωμα και να εισέλθει στον αυλό του ER. Σεορισμένεςάλλεςπεριπτώσειςηπρο-περιοχή μπορεί να εμπλέκεται σε μια ενδομοριακή πρόσδεση με το υπόλοιπο πρόδρομο μόριο προκειμένου να ρυθμίσει την περαιτέρω τροποποίηση του ενώ σε μερικές περιπτώσεις οι προπεριοχές αποτελούν επιπλέον φυσιολογικά ενεργά πεπτίδια όταν απελευθερώνονται με πρωτεόλυση. Τέλος πρόσφατα δεδομένα δείχνουν ότι οι προ-περιοχές ορισμένων προ-ορμονών δρουν σαν πεπτιδικά σινιάλα για να κατευθύνουν την μετακίνηση και τη στόχευση της πρωτεΐνης στο ρυθμιζόμενο εκκριτικό μονοπάτι.

Οπως ήδη αναφέρθηκε το τελευταίο βήμα στη ρυθμιζόμενη έκκριση είναι η πυροδοτούμενη απελευθέρωση των προϊόντων ειδικών σινιάλων. Το σινιάλο αυτό συνήθως είναι ένα χημικό μήνυμα (π.χ. μια ορμόνη) που προσδένεται σε ειδικούς υποδοχείς της κυτταρικής επιφάνειας και επάγει ενδοκυττάρια σινιάλα που συχνά περιλαμβάνουν την παροδική αύξηση στη συγκέντρωση του ελεύθερου Ca 2+ στο κυττοσόλιο. Ενα εντυπωσιακό παράδειγμα για τη συμμετοχή του ασβεστίου στην έκκριση προέρχεται από τα κύτταρα της νευροϋπόφυσης που παράγουν τις ορμόνες νasοpressin και οxytοcin. Αμέσως μετά τη δημιουργία του ερεθίσματος που προκαλεί αλλαγή στην πόλωση της πλασματικής μεμβράνης, γίνεται μαζική εισαγωγή ιόντων Ca 2+ που επάγει αμέσως την σύντηξη εκκριτικών κυστιδίων με την πλασματική μεμβράνη ώστε να εκκριθεί η ορμόνη. Στη συνέχεια η πυκνότητα Ca 2+ μειώνεται γρήγορα στα συνηθισμένα επίπεδα με διάφορους τρόπους. Η συμμετοχή Ca 2+ στη σύντηξη μεμβρανών διαπιστώθηκε και με ψυκτοεξάχνωση όπου δείχθηκε πως σε συγκεντρώσεις της τάξης 10-6 μέχρι 10-5 Μ γίνεται σύντηξη κυστιδίων και πλασματικής μεμβράνης. Επειδή συνήθως το φαινόμενο της έκκρισης είναι τοπολογικά περιορισμένο σε συγκεκριμένες θέσεις της πλασματικής μεμβράνης όπως π.χ. στα κύτταρα του παγκρέατος ή στα νευρικά κύτταρα κ.ά., έχει διαπιστωθεί ότι αυτό οφείλεται σε τοπική εξωκυττάρια διαθεσιμότητα Ca 2+. ΣΥΝΤΗΞΗ ΚΥΣΤΙΔΙΩΝ ΜΕ ΤΗΝ ΠΛΑΣΜΑΤΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ / ΕΚΚΡΙΣΗ Διαγραμματική απεικόνιση των φάσεων σύντηξης των κυστιδίων με την Πλασματική Μεμβράνη. Η σύντηξη εξαρτάται και από τη συγκέντρωση ιόντων Ca 2+, Na κτλ. Εκκριση κυστιδίων κατά την ωογένεση στη Drosophila (Ηλεκτρονιογραφία Μικροσκοπίου Σάρωσης)

Τα νευρικά κύτταρα περιέχουν και μια άλλη κατηγορία μικρών (~50 nm) εκκριτικών κυστιδίων όπου αποθηκεύονται οι νευροδιαβιβαστές (όπως η ακετυλοχολίνη, το γλουταμικό κτλ) τα οποία χρησιμεύουν τόσο για γρήγορη ανταλλαγή σινιάλων μεταξύ κυττάρων στις χημικές συνάψεις όσοκαιγιαανταλλαγή τοπικών σινιάλων σε κάποιους ενδοκρινείς ιστούς. Τα κυστίδια αυτά πυροδοτούνται να ελευθερώσουν το περιεχόμενο τους σε msec όταν μια δράση διαφοράς δυναμικού φτάσει στο νευρικό άκρο. Μερικοί νευρώνες πυροδοτούν πάνω από 1000 φορές/δευτερόλεπτο απελευθερώνοντας συναπτικά κυστίδια κάθε φορά. Σε όλες τις περιπτώσεις τα συστατικά της μεμβράνης όλων των εκκριτικών κυστιδίων (ανεξαρτήτως τύπου) ανακυκλώνονται (μετά τη σύντηξη του κυστιδίου) μέσω ενδοκύττωσης και ενδοσωμάτων προς το TGN όπου και μπορούν να χρησιμοποιηθουν και πάλι. Η ανακύκλωση αυτή έχει σαν αποτέλεσμα να παραμένει σταθερή η κατανομή των μεμβρανικών συστατικών στα διάφορα κυτταρικά διαμερίσματα. Τόσο η συνεχής όσο και η ρυθμιζόμενη έκκριση μπορούν να γίνουν στο ίδιο κύτταρο. Για παράδειγμα σε κύτταρα υπόφυσης ΑtΤ-20 ποντικού ο Κelly καιοισυνεργάτεςτουδιαπίστωσανότι υπάρχουν δύο κατηγορίες εκκριτικών κυστιδίων. Η πρώτη(ρυθμιζόμενη έκκριση) περιέχει ΑCΤΗ, διάφορα πολυπεπτίδια και θειωμένα μακρομόρια και η έκκριση τους γίνεται μετά από ενεργοποίηση από c-αμρ, ενώ η δεύτερη κατηγορία (συνεχής έκκριση) περιέχει προ-οπιομελανοκορτίνη, λαμινίνη και μία ιϊκή γλυκοπρωτείνη. Θα πρέπει να σημειωθεί εδώ ότι υπάρχουν πρόσφατες ενδείξεις για μεταφορά πρωτεϊνών κατά μήκος μεμβρανών με μη κλασσικούς τρόπους. Μια σειρά από πρωτεϊνες που εκκρίνονται από κάποια κύτταρα όπως για παράδειγμα ο bfgf (basic Fibroblast Growth Factor) ή ηιντερλευκίνη-ι φτάνουν στην πλασματική μεμβράνη χωρίς να εισέλθουν στο κλασσικό μονοπάτι μεταφοράς μέσω ER και Golgi. Δεν είναι γνωστό πως οι πρωτεΐνες αυτές διασχίζουν τις μεμβράνες.

Πρότυπα εκκριτικά συστήματα Το φαινόμενο της έκκρισης έχει μελετηθεί διεξοδικά σε εξειδικευμένα συστήματα, όπως κατά την σύντηξη των τριχοκύστεων με την πλασματική μεμβράνη στο Πρωτόζωο Ρarameciυm tetraυrelia, χρησιμοποιώντας κυρίως ψυκτοεξάχνωση και μεταλλαγμένα στελέχη με ελαττωματική παραγωγή τριχοκύστεων. Διαπιστώθηκε πως το όλο φαινόμενο απαιτεί τη συνεργασία παραγόντων (που ελέγχονται από αντίστοιχα γονίδια) κατάτιςφάσειςωρίμανσης- μετακίνησης και σύντηξης. Οι τριχοκύστεις στα Ρaramecium όπως και οι βλενοκύστεις στην Τetrahymena αποτελούν εκκριτικά κυστίδια που συντηκόμενα με την πλασματική μεμβράνη εκτοξεύουν προς το περιβάλλον υγρό, το περιεχόμενό τους, για αμυντικούς κυρίως σκοπούς. Στα σημεία επαφής κάθε κυστιδίου με την πλασματική μεμβράνη παρατηρούνται ένας εξωτερικός δακτύλιος (διαμέτρου 3.000 Å) με σωματίδια 80 Å σε διάμετρο, και μία εσωτερική ροζέτα (750 Å σε διάμετρο) με σωματίδια 150 Å σε διάμετρο. Καθώς η διαδικασία σύντηξης προχωρεί η ροζέτα αυξάνει σε διάμετρο, ενώ στην τελική φάση το εσωτερικό της ροζέτας γεμίζει από τα σωματίδια της μεμβράνης της βλεννοκύστης. Το φαινόμενα της έκκρισης, όπως θα περίμενε κανείς, βρίσκεται πάντα κάτω από έλεγχο και ρυθμίζεται ανάλογα, με μηχανισμούς ερεθισμάτων, ορμονικούς παράγοντες κ.ά. Aκόμαέχειβρεθείπωςη αναστολή πολυμερισμού μικροσωληνίσκων επιβραδύνει την έκκριση, πράγμα που σημαίνει πως οι δομές αυτές παίζουν κάποιο ρόλο στο φαινόμενο βοηθώντας ίσως τη μετακίνηση των κυστιδίων προς την πλασματική μεμβράνη. H εξωκύττωση σαν φαινόμενο εκδηλώνεται και κατά τη γονιμοποίηση στον αχινό, οπότε η αύξηση (ελευθέρωση) ενδοκυττάριου Ca 2+ προκαλεί τη σύντηξη των φλοιϊκών κυστιδίων (cοrtical granυles) με την πλασματική μεμβράνη, ώστε με το εκκρινόμενο υλικό να σχηματίσει σκληρή μεμβράνη γονιμοποίησης του εμβρύου. Στασημείασύντηξηςπαρατηρείται απουσία σωματιδίων ψυκτοεξάχνωσης που μάλλον υποδηλώνει απουσία μεμβρανικών πρωτεϊνών. H αρχική «ροζέττα σύντηξης» περιέχει μεγάλα σωματίδια ψυκτοεξάχνωσης που πιστεύεται πως αντιπροσωπεύουν θέσεις διαμεμβρανικών καναλιών για είσοδο ασβεστίου.

ΤΡΙΧΟΚΥΣΤΕΙΣ ΣΤΟ ΠΡΩΤΟΖΩΟ Paramecium tetraurelis Διαδοχικάστάδιακατάτηνσύντηξη των κύστεων με την πλασματική μεμβράνη και την εκτόξευση του περιεχομένου (Ηλεκτρονιογραφίες Μικροσκοπίου Σάρωσης) Ηλεκτρονιογραφία ψυκτοεξάχνωσης των θέσεων σύντηξης τριχοκύστεων με την πλασματική μεμβράνη (όψη Ε). Διακρίνονται διαδοχικές φάσεις (Φ1-Φ3) που σχετίζονται με την εμφάνιση των σωματιδίων ψυκτοεξάχνωσης.

ΣΥΣΝΤΗΞΗ ΒΛΕΝΝΟΚΥΣΤΗΣ ΜΕ ΤΗΝ ΠΛΑΣΜΑΤΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ (ΠΡΩΤΟΖΩΟ Tetrahymena) 1. Κυκλική κατονομή σωματιδίων στην ΠΜ 2-3. Μεγέθυνση του δακτυλίου καθώς η σύντηξη προχωρεί. Κάθετη τομή στο σημείο σύντηξης της βλενοκύστης με την πλασματική μεμμβράνη.

ΣΥΝΤΗΞΗ ΚΥΣΤΙΔΙΟΥ ΣΤΗ ΠΛΑΣΜΑΤΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ

ΚΙΝΗΣΗ ΚΥΣΤΙΔΙΩΝ ΣΤΟΝ ΚΥΤΤΑΡΟΣΚΕΛΕΤΟ https://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=gigxu1uxzxo

ΚΙΝΗΣΗ ΚΥΣΤΙΔΙΩΝ ΣΤΟΝ ΚΥΤΤΑΡΟΣΚΕΛΕΤΟ

ΔΙΑΛΟΓΗ ΒΑΣΕΙ ph Golgi ph 7.4 1 mm Ca2+ εκκριτικό κυστίδιο συνεχόμενης έκκρισης ανώριμο εκκριτικό κοκκίο TGN ph 6.4 10 mm Ca2+ εκκρινόμενη πρωτεΐνη συνεχούς έκκρισης εκκρινόμενη πρωτεΐνη ρυθμιζόμενης έκκρισης εκκρινόμενη πρωτεΐνη ρυθμιζόμενης έκκρισης που συνδέεται με την ΠΜ λιπίδια μεμβρανών για κυστίδιο ρυθμιζόμενης έκκρισης λιπίδια μεμβρανών για κυστίδιο ρυθμιζόμενης έκκρισης Μηχανισμός διαλογής εκκρινόμενων πρωτεϊνών και λιπιδίων σε κυστίδια συνεχούς έκκρισης ή και σε εκκριτικά κυστίδια (ρυθμιζόμενο μονοπάτι έκκρισης) λόγω αλλαγής στην συγκέντρωση ιόντων Ca 2+ και ph που προκαλεί διαφορική συμπύκνωση κάποιων πρωτεϊνών καθώς αυτές εισέρχονται στο TGN. Πρόσφατα δεδομένα δείχνουν ότι μια παρόμοια διαδικασία διαφορικής συμπύκνωσης μπορεί να οδηγήσει σε ειδική διαλογή πρωτεΐνες συνεχούς έκκρισης είτε μέσω πακεταρίσματος τους σε διαφορετικά κυστίδια είτε μέσω τοπολογικού διαχωρισμού τους στο ίδιο κυστίδιο (όπου έχουν αρχικά συν-πακεταριστεί).

ΔΙΑΛΟΓΗ ΒΑΣΕΙ ph Διαλογή στο Golgi και πακετάρισμα πρωτεϊνών σε διαφορετικά κυστίδια. Οι διαφορετικές πρωτεΐνες έχουν ανοσοσημανθεί με διαφορετικού μεγέθους κόκκους χρυσού (5, 10 nm) και στη συνέχεια η κατανομή τους αναλύθηκε με Η.Μ. Οι πρωτεΐνες που σημαίνονται με τον κόκκο χρυσού των 5 nm εντοπίζονται κύρια στα μη-ηλεκτρονιόπυκνα κυστίδια (βέλη), ενώ αυτές που σημαίνονται με τον κόκκο χρυσού των 10 nm στα ηλεκτρονιόπυκνα κυστίδια (διπλά βέλη). Μόνο σε λίγες περιπτώσεις (κεφαλή βέλους) παρατηρήθηκε ανάμιξη των δύο πρωτεϊνών ομάδων. Αν και στη περίπτωση αυτή η έκκριση είναι συνεχόμενη ο παράγων διαλογής είναι η διαφορική συμπύκνωση των πρωτεϊνών στην ίδια ιονική ισχύ και Ph.

ΔΙΑΛΟΓΗ ΒΑΣΕΙ ph Όπως δείχθηκε μετά από ανοσοσήμανση εκκρινόμενων πρωτεϊνών με κόκκους χρυσού διαφορετικού μεγέθους (5, 10, 15 nm) και ανάλυση με Η.Μ., η διαφορικήσυμπύκνωσηπρωτεϊνώνσε μια δεδομένη ιονική ισχύ ή ph είναι δυνατόνναεπάγειτοδιαχωρισμότους (διαλογή) ακόμη και αν αυτές έχουν αρχικά πακεταριστεί στο ίδιο κυστίδιο.

ΔΙΠΛΗ ΑΝΟΣΟΣΗΜΑΝΣΗ (Σύμπλεγμα golgi θυλακοκυττάρων) χρυσός 10 nm: YPs χρυσός 5 nm: sv19

ΤΡΙΠΛΗ ΑΝΟΣΟΣΗΜΑΝΣΗ (Σύμπλεγμα golgi θυλακοκυττάρων) χρυσός 15 nm: sv19 χρυσός 10 nm: sv25 χρυσός 5 nm: YPs

Τα πολωμένα κύτταρα κατευθύνουν τις προς έκκριση πρωτεΐνες από το TGN προς το κατάλληλο τμήμα της πλασματικής μεμβράνης Τα πιο πολλά κύτταρα στούς διάφορους ιστούς είναι πολωμένα. Εχουν δηλαδή (συνήθως) δύο διακριτά τμήματα πλασματικής μεμβράνης στα οποία πρέπει να στοχευτούν διαφορετικά κυστίδια. Ένα τυπικό επιθηλιακό κύτταρα για παράδειγμα έχει μια κορυφαία πλευρά (η οποία βλέπει τον αυλό του αγγείου και φέρει εξειδικευμένες δομές όπως μικρολάχνες) και ένα βασοπλευρικό τμήμα που καλύπτει το υπόλοιπο κύτταρο. Τα δύο τμήματα διαχωρίζονται από ένα δαχτυλίδι στενοσυνδέσμων οι οποίοι αποτρέπουν τη συνηθισμένη ανάμιξη των πρωτεϊνων και λιπίδιων (~ 1μm/sec1 sec) των δύο περιοχών μέσω διάχυσης. Στην πραγματικότητα η κορυφαία μεμβρανική περιοχή είναι πολύ πλούσια σε γλυκολιπίδια και χοληστερόλη αλλά φτωχή σε φωστατίδυλοχολίνη. Τα μόρια αυτά φαίνεται να προστατεύουν την πλευρά αυτή όταν για παράδειγμα εκτείθεται στα ένζυμα πέψης και το όξινο ph του αυλού του στομάχου. Επίσης στη κορυφαία πλασματικά μεμβράνη συναντούμε προσδεδεμένες σχεδόν αποκλειστικά GPI-συνδεδεμένες πρωτεϊνες, ενώ ορισμένα επιθηλιακά κύτταρα εκκρίνουν προς την κατεύθυνση αυτή μια σειρά ειδικών πρωτεϊνών όπως ένζυμα πέψης ή βλένη στη περίπτωση κυττάρων που περιγράφουν το στομάχι. Αντίθετα μια άλλη ομάδα πρωτεϊνών (π.χ. λαμινίνη) κατευθύνονται προς την βασοπλευτική τους επιφάνεια. Εκτόςαπότιςδιαμεμβρανικέςπρωτείνες, στην πολικότητα συμμετέχουν και οι περιφερειακές όπως π.χ. η βιλλίνη (νillin) και η φιμμπρίνη (fimbrin) που σχετίζονται με ακτίνη μέσω ειδικών πρωτεϊνών 110 kd και 140 kd. Όλες αυτές οι πρωτείνες βρίσκονται στην κυτταροπλασματική περιοχή της κορυφαίας πλευράς. Ενα νευρικό κύτταρο είναι μια ακραία περίπτωση πολωμένου κυττάρου. Η πλασματική μεμβράνη του αξονικού άκρου είναι εξειδικευμένη για να μεταδίδει σινιάλα σε άλλα κύτταρα, ενώ αυτή του κυτταρικού σώματος και των δενδριτών εξειδικεύεται στη λήψη σινιάλων από άλλα κύτταρα. Οι μεμβράνες αυτές εκτός από διαφορετική λειτουργία έχουν και διαφορετική σύσταση (η πλασματική μεμβράνη του αξονικού τμήματος είναι αντίστοιχη της της κορυφαίας).

Είναι λοιπόν φανερό ότι στα πολωμένα κύτταρα οι εκκρινόμενες πρωτεϊνες (ανεξαρτήτως αν εκκρίνονται από το συνεχές ή το ρυθμιζόμενο μονοπάτι) θα πρέπει με κάποιο τρόπο να κατευθύνονται επιλεκτικά είτε στο κορυφαίο είτε στο βασοπλευρικό τμήμα της πλασματικής μεμβράνης δεδομένου ότι όλες οι προς έκκριση πρωτεϊνες φτάνουν μαζί στο TGN. Ετσι για τη μεταφορά πρωτεϊνών προς (τουλάχιστον) μια από τις δύο κατευθύνσεις θα πρέπει να μεσολαβεί ειδική διαλογή στο TGN. Η στόχευση στις διαφορετικές περιοχές της μεμβράνης των πολωμένων κυττάρων δεν γίνεται μέσω πεπτιδικών σινιάλων αλλά μέσω ειδικών μορίων που ονομάζονται v-snare και Rabs και τα οποία συμμετέχουν στο κυστίδιο που εκβλαστάνει από το TGN. Επίσης ένα σινιάλο διαλογής είναι η σύνδεση GPI-σύνδεση αφού όλες οι GPI-αγκυροβολημένες πρωτεϊνες σε επιθηλιακά κύτταρα MDCK εκκρίνονται από την κορυφαία πλευρά και σε κυτταρα θυροειδούς αποκλειστικά από τη βασοπλευρική μεμβράνη. Τέλοςσεκάποιεςπεριπτώσειςόλεςοιπρωτεϊνεςκατευθύνονταιπροςτηβασοπλευρική μεμβράνη. Εκεί αποροφώνται μεσω ενδοκύττωσης και μετά από διαλογή είτε ανακυκλώνονται στη βασοπλευρική μεμβράνη, είτε μεταφέρονται μέσω κυστίδιων στην κορυφαία μεμβράνη (διακύττωση). Σημειώνουμε ότι η διαδικασία της διακύττωσης χρησιμοποιείται και κατά τη μεταφορά μορίων κατά μήκος των επιθηλιακών κυττάρων.

βασοπλευρικό πρώιμο ενδόσωμα ΚΟΡΥΦΑΙΟ ΤΜΗΜΑ στενοσύνδεσμος ΕΚΚΡΙΣΗ ΣΕ ΔΙΑΚΡΙΤΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΤΗΣ ΜΕΜΒΡΑΝΗΣ Α * Β TGN N N ER ΒΑΣΟΠΛΕΥΡΙΚΟ ΤΜΗΜΑ Διαλογή πρωτεϊνών σε πολωμένα επιθηλιακά κύτταρα. Οι νεοσυντιθέμενες πρωτεΐνες διαλέγονται είτε μέσω ενός άμεσου (Α) είτε μέσω ενός έμμεσου (Β) μονοπατιού. Στο άμεσο μονοπάτι οι πρωτεΐνες ξεχωρίζουν στο TGN και στη συνέχεια μεταφέρονται με κυστίδια στη κορυφαία ή βασοπλευρική περιοχή της μεμβράνης. Αντίθετα στο έμμεσο μονοπάτι μια πρωτεΐνη που προορίζεται για την κορυφαία πλασματική μεμβράνη και βρέθηκε στη βασοπλευρική απορροφάται μέσω ενδοκύττωσης και μεταφέρεται στην κατάλληλη θέση μέσω πρωίμων ενδοσωμάτων (η διαδικασίααυτήονομάζεταιδιακύττωση).

Κατανομή διαφόρων πρωτεϊνών στην κορυφαία (Κ) και βασική (Β) πλευρά της κυτταρικής μεμβράνης.

Μόριο σύνδεσμος Υποδοχέας Μεταφορά πρωτεϊνών από την πλασματική μεμβράνη προς το εσωτερικό του κυττάρου μέσω του συστήματος των ενδοσωμάτων : Ενδοκύττωση (μονοπάτι 10). ΛΥΣΟΣΩΜΑ καλυμμένη εσοχή 10 καλυμμένο κυστίδο Ενδόσωμα

Τα κύτταρα μεταφέρουν υλικό από τον εξωκυττάριο χώρο και την πλασματική μεμβράνη προς το εσωτερικό τους μέσω ενδοκύττωσης κατά την οποία τα κύτταρα αποροφούν μακρομόρια, μεγάλα σωματίδια και σε ειδικές περιπτώσεις ακόμη και άλλα κύτταρα. Το υλικό που πρόκειται να αποροφηθεί περικλείεται από ένα μικρό τμήμα της πλασματικής μεμβάνης, δημιουργώντας έτσι μια διόγκωση, που στη συνέχεια μεγαλώνει ώστε τελικά να εκβλαστήσει στο εσωτερικό του κυττάρου ένα κυστίδιο που περιέχει την ενσωματωμένη ουσία ή σωματίδιο. Βάση του μεγέθους των κυστιδίων που σχηματίζονται.διακρίνονται δύο τύποι ενδοκύττωσης. Η φαγοκύττωση (κυτταροφαγία) και η πινοκύττωση (κυτταροποσία).

Φαγοκύττωση Κατά τη φαγοκύττωση πραγματοποιείται απορρόφηση μεγάλων σωματιδίων όπως π.χ. μικροοργανισμών (βλέπε ή κυτταρικών υπολοιμάτων μέσω μεγάλων κυστιδίων που ονομάζονται φαγοσώματα και είναι γενικά 250 nm σε διάμετρο. Τα φαγοσώματα τελικά καταλήγουν στα λυσοσώματα όπου το υλικό τους αποδομείται. Στις περιπτώσεις (όχι σπάνιες) που δεν υπάρχουν τα αντίστοιχα ένζυμα για διάσπαση (π.χ. φαγοκυττάρωση χαλαζία) τότε οι ουσίες αυτές παραμένουν για όλη τη ζωή του κυττάρου μέσα στα λυσοσώματα που καλούνται υπολειπόμενα σωμάτια. Η διαδικασία της φαγοκύττωσης αφορά μόνο εξειδικευμένα κύτταρα που ειναι επαγγελματίες φαγοκύτταρα. Σε κάποιους οργανισμούς όπως τα πρωτόζωα η φαγοκύττωση αποτελεί τον μοναδικό τρόπο πρόσληψης τροφής (π.χ. άλλα πρωτόζωα) που στη συνέχεια διασπάται από τα υδρολυτικά ένζυμα των λυσοσωμάτων. Στα θηλαστικά οι δύο κατηγορίες λευκών αιμοσφαιρίων που δρούν σαν φαγοκύτταρα είναι τα μακροφάγα (που είναι ευρεως διαδεδομένα σε διάφορους ιστούς και το αίμα) και τα ουδετερόφιλα. Και οι δύο τύποι αυτοί κυττάρων προέρχονται από ένα κοινό πρόδρομο κυτταρικό τύπο και μας προστατεύουν από τις μολύνσεις καταπίνοντας τους παθογόνους μικροοργανισμούς που προσβάλουν το σώμα μας. Τα μακροφάγα παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο στο να απομακρύνουν τόσο τα γηρασμένα και/ή κατεστραμμένα κύτταρα όσο και διάφορα κυτταρικά υπολείμματα που για παράδειγμα προκύπτουν κατά τον προγραμματισμένο κυτταρικό θανατο. Ειδικότεραταμακροφάγα του σπλήνα καταστρέφουν περισσότερα από 10 11 ερυθροκύτταρα τη μέρα στα πλαίσια φυσιολογικού μηχανισμού ανανέωσης. Η φαγοκύττωση ενεργοποιείται μέσω ειδικών υποδοχέων στα φαγοκύτταρα. Οι καλύτερα χαρακτηρισμένοι πυροκροτητές είναι τα αντισώματα τα οποία καθώς προσδένονται στους παθογόνους μικροοργανισμούς δημιουργούν ένα κάλυμμα στην επιφάνεια τους στο οποίο η σταθερή περιοχή (Fc) των αντισωμάτων είναι προς τα έξω. Στην περιοχή αυτή προσδένονται ειδικοί Fc-υποδοχείς των μακροφάγων και των ουδετερόφιλων. Η πρόσδεση αυτή επάγει τη δημιουργία ψευδοποδίων τα οποία περιβάλουν το σωματίδιο (στη περίπτωση μας μικροοργανισμός). Τελικά τα άκρα των ψευδοποδίων τελικά συντήκονται δημιουργώντας έτσι ένα φαγόσωμα. Αλλοι υποδοχείας αναγνωρίζουν τις πρωτεϊνες του συμπληρώματος και άλλοι κάποια ειδικά σακχαρικά κατάλοιπα στην επιφάνεια των μικροοργανισμών. Ποιοι υποδοχείς αναγνωρίζουν τα γηρασμένα ή τα κατεστραμμένα κύτταρα είναι αδιευκρίνιστο ανκαιοιπρωτεϊνες πρόσδεσης της οικογένειας των ιντεγκρινών φαίνεται να εμπλέκονται σε κάποιες περιπτώσεις.

Πινοκύττωση Η πινοκύττωση περιλαμβάνει την απορόφηση υγρών και διαλυτών ουσιών μέσω μικρών κυστιδίων ( 150 nm σε διάμετρο) και είναι μια διαδικασία που λαμβάνει χώρα με ιδιαίτερα έντονο ρυθμό στα πιό πολλά κύτταρα. Σχεδόν όλα τα κύτταρα ευκαρωτικών ενσωματώνουν τμήματα της μεμβράνης τους στη μορφή μικρών πινοκυττικών (ενδοκυττικών) κυστιδίων που αργοτερα επιστρέφουν και πάλι στη μεμβράνη μέσω εξωκύττωσης (συνεχές μονοπάτι έκκρισης). Είναιδηλαδήσαφέςότιοιδύοκύκλοιείναι δια-συνδεόμενοι και υπάρχει συνεχής ανακύκλωση υλικών μέσω ενδοκύττωσης και εξωκυττωσης. Στα παγκρεατικά κύτταρα για παράδειγμα η πλασματική μεμβράνη διατηρείται στα 30 μm 2 μολονότι σε κάθε εκκριτικό κύκλο τα κυστίδια που εκκρίνονται έχουν συνολική επιφάνεια 300 μm 2. Σε κάποιους κυτταρικούς τύπου μπορεί να λάβει χώρα ανακύκλωση μέχρι και 100% της επιφάνειας της πλασματικής μεμβράνης μέσα σε διάστημα 0.5 έως 2 ωρών! Η πινοκύττωση διακρίνεται σε δύο τύπους:

(1) Πινοκύττωση υγρής φάσης (FΡΡ ή Fluid phase pinοcytοsis), όπου η πρόσληψη εξωκυττάριων ουσιών γίνεται μη εκλεκτικά με ρυθμό που φτάνει στα 0,3 ml εξωκυττάριου υγρού ανά mg κυτταρικής πρωτεϊνης σε κάθε ώρα.

(2) Πινοκύττωση (ή όπως πιο συχνά αναφέρεται ενδοκυττωση) με μεσολάβηση υποδοχέων (RΜΡ ή receptοr mediated pinοcytοsis). H δέσμευση των προσλαμβανόμενων μορίων σε υποδοχείς θεωρείται σαν ειδικός μηχανισμός ενδοκύτωσης που εξασφαλίζει το μέγιστο της αποδοτικότητας (και επιλεκτικότητας) πρόσληψης. Ο κύκλος της επιλεκτικής ενδοκύττωσης μέσω υποδοχέα αρχίζει σε εξειδικευμένες περιοχές της μεμβράνης που ονομάζονται καλυμμένες εσοχές και σχεδόν πάντα φέρουν κάλυμμα κλαθρίνης. Τα κυστίδια αυτά συνήθως καταλαμβάνουν περίπου το 2% της κυτταρικής επιφάνειας. Ο χρόνος ζωής των εσοχών αυτών είναι μικρός αφού σε σύντομο χρονικό διάστημα (περίπου ένα λεπτό) η εσοχή εκβλαστάνει δημιουργώντας κυστίδια που φέρουν κάλυμμα κλαθρίνης. Ο χρόνος ημιζωής των κυστιδίων αυτών είναι ακόμη πιο μικρός αφού εντός δευτερολέπτων αποβάλλουν το κάλυμμα κλαθρίνης οπότε είναι ικανά να συντηχθούν με μια ομάδα υπομεμβρανικών κυστιδίων που ονομάζονται πρώιμα ενδοσώματα. Περίπου 2500 τέτοια κυστίδια δημιουργούνται από τη μεμβράνη των ινοβλαστών κάθε λεπτό, ενώ θα πρέπει να σημειώσουμε ότι εκτός από τη διαδικασία που μόλις περιγράφηκε τα κύτταρα ενσωματώνουν εξωκυττάριο υλικό συνεσώς και μέσω μιας μη-επιλεκτικής διαδικασίας που ονομάζεται ενδοκύττωση υγρής φάσης.

Διαδοχικές φάσεις κατά τον σχηματισμό των «καλυμμένων εσοχών» (Α, Β) με εγκόλπωση της πλασματικής μεμβράνης (ΠΜ) και στη συνέχεια των «καλυμμένων κυστιδίων» (Γ, Δ) με τη συμμετοχή τρισκελών μορίων κλαθρίνης (Τ).

μόριο σύνδεσμος καλυμμένηι εσοχή καλυμμένο κυστίδιο αποβολή καλύμματος ΠΡΩΙΜΟ ΕΝ ΟΣΩΜΑ ΩΨΙΜΟ ΕΝ ΟΣΩΜΑ ΛΥΣΟΣΩΜΑ σύντηξη με ενδόσωμα υποδοχέας μεταφορά μέσω μικροσωληνίσκων εκβλάστηση κυστιδίων μικροσωληνίσκος πλασματική μεμβράνη ανακύκλωση υποδοχέα στην πλασματική μεμβράνη TGN Ενδοκύττωση μέσω υποδοχέα από την πλασματική μεμβράνη. Ησύνδεσητου μόριου συνδέσμου (π.χ. LDL) με τον υποδοχέα έχει σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία μιας καλυμμένης εσοχής και στη συνέχεια καλυμμένων κυστιδίων κλαθρίνης. Ακολούθως το κάλυμμα αποβάλλεται και το κυστίδιο μέσω σύντηξης ελευθερώνει το περιεχόμενο του σε ένα πρώιμο ενδόσωμα. Στοσημείοαυτόο υποδοχέας (π.χ. ο υποδοχέαςldl) λόγω του όξινου περιβάλλοντος συνήθως απελευθερώνει το μόριο σύνδεσμο και ανακυκλώνεται στην πλασματική μεμβράνη. Η μεταφορά του φορτίου από τα πρώιμα στα όψιμα ενδοσώματα γίνεται μέσω μεγάλων κυστιδίων που περιέχουν μεγάλες ποσότητες μεμβράνηςκαιγιατολόγοαυτόονομάζονται πολυκυστιδιακά σωμάτια. Η κίνηση τους προς το εσωτερικό του κυττάρου γίνεται μέσω μικροσωληνίσκων. Τελικάαπότοόψιμο ενδόσωμα και μέσω κυστιδίων το φορτίο μεταφέρεται στο λυσόσωμα όπου και διασπάται (π.χ. απελευθέρωση χοληστερόλης στην περίπτωση της LDL). Παράλληλα μια διαφορετική ομάδα κυστιδίων κλαθρίνης ανακυκλώνει υλικό μεταξύ των όψιμων ενδοσωμάτων και του TGN. Εναλλακτικά ο υποδοχέας είναι δυνατόν να απελευθερωθεί στο πολύ πιο όξινο περιβάλλον των όψιμων ενδοσωμάτων.

Αν και σε σπάνιες περιπτώσεις η ενδοκύττωση γίνεται μέσω μικρών εσοχών της πλασματικής μεμβράνης που περιέχουν τη μεμβρανική πρωτεϊνη καβεολίνη και κάποιους ειδικούς υποδοχείς, στα πιό πολλά κύτταρα τα καλλυμένα κυστίδια κλαθρίνης αποτελούν έναν ιδιαίτερα αποτελεσματικό τρόπο για την επιλεκτική πρόσληψη (μέσω υποδοχέα) από το κύτταρο μορίων από τον εξωκυττάριο χώρο. Τα καλυμμένα κυστίδια και οι καλυμμένες εσοχές πρωτοαναφέρθηκαν το 1975, αλλά ήταν ορατά από μικροσκοπιστές Ηλεκτρονικού μικροσκοπίου ήδη από το 1964 (Rοth και Ροrter). Κατά την ενδοκύττωση μέσω υποδοχέα τα μακρομόρια προσδέονται σε διαμεμβρανικούς υποδοχείς στη μεμβράνη συσσωρεύονται σε καλλυμένες εσοχές και εισέρχονται στο κύτταρο σαν σύμπλοκα του υποδοχέα με το μόριο-σύνδεσμο μέσα σε καλλυμένα κυστίδια κλαθρίνης. Η διαδικάσια αυτή είναι παρόμοια με το πακετάρισμα υδρολασών στο Golgi καθ οδόν για το λυσόσωμα, αλλά και κατά την ρυθμιζόμενη εξωκύττωση όπου επίσης χρησιμοποιείται κάλυμμα κλαθρίνης. Η αυτοσυγκρότηση του καλύμματος βοηθάτοκυστίδιαναεκβλαστάνει. Με τον σχετικά απλό αυτόν τρόπο αυτό τα κύτταρα μπορούν να συγκεντρώνουν μέχρι και 1000 φορες μόρια του εξωκυττάριου χώρου που είναι σε μικρή συγκέντρωση και να τα αποροφούν χωρίς να χρειάζεται να αποροφήσουν μεγάλες ποσότητες εξωκυττάριο υγρού.

ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΚΑΛΛΥΜΕΝΩΝ ΚΥΣΤΙΔΙΩΝ ΚΛΑΘΡΙΝΗΣ ΣΤΗΝ ΠΛΑΣΜΑΤΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ

Tο κάλλυμα στα κυστίδια της επιλεκτικής ενδοκύττωσης αποτελείται από την πρωτεϊνη κλαθρίνη (clathrin) (απότοελληνικό«κλήθρα», γένος Κυπελλοφόρων παραποτάμιων δέντρων), η οποία μαζί με άλλες πρωτεϊνες δημιουργεί ένα καλάθι στο οποίο πακετάρονται οι προς ενδοκύττωση πρωτεϊνες. Η κλαθρίνη είναι μια αρκετά συντηρημένη πρωτεϊνη. Αποτελείται από τρείς βαριές (~180 kda) και τρείς ελαφριές (~35-40 kda) πολυπεπτιδικες αλυσίδες που μαζί δημιουργούν μια τρίποδη δομη που ονομάζεται τρισκέλιο με συντελεστή καθίζησης 8s και μοριακό βάρος ~650 ΚdaΙtοns. Υπάρχουν δύο τύποι ελαφριών αλυσίδων α, β οι οποίοι έχουν μεταξύ τους ομολογία περίπου 60% αλλά οι τυχόν λειτουργικές τους διαφορές δεν είναι γνωστές. Η δημιουργία της καλυμμένης εσοχής πιστεύεται ότι καθοδηγείται από την αυτοσυγκρότηση των πρωτεϊνων του καλλύματος στην κυττοσολική περιοχή της μεμβράνης. Πιό συγκεκριμένα τα τρισκέλια αυτοσυγκροτούνται σε ένα δίκτυο πενταγώνων ή εξαγώνων που θυμίζουν καλάθι. Σημειώνουμε ότι η αποβολή της κλαθρίνης από τα καλλυμένα κυστίδια που έχουν εκβλαστήσει από τη μεμβράνη και η ανακύκλωση της γίνεται μέσω της κυττοσολικής χαπερόνης Hsc70.

β α βαριά αλυσίδα ελαφριά αλυσίδα Η δομή του καλύμματος κλαθρίνης. (α) Κάθε τρισκέλιο αποτελείται από τρειςβαριέςκαιτρειςελαφριές αλυσίδες κλαθρίνης. (β) Τρισδιάστατη απεικόνιση του καλύμματος της κλαθρίνης αποτελούμενου από 36 τρισκέλια οργανωμένων σε ένα δίκτυο 12 πενταγώνων και 6 εξαγώνων (συνήθως ο αριθμός τωνεξαγώνωνείναιαρκετά μεγαλύτερος). Στην επιφάνεια του καλαθιού διακρίνεται σχηματική απεικόνιση της κατανομής και διάταξης δύο τρισκελίων. Η αλληλεπικαλυπτόμενη διάταξη τους προσδίδει τόσο μηχανική αντοχή όσο και ευλυγισία. Το άκρο κάθε ποδιού του τρισκέλιου στρέφεται προς τα μέσα έτσι ώστε δημιουργείται ένα ενδιάμεσο κέλυφος.

βαριά αλυσίδα ελαφριά αλυσίδα Τρισκελή κλαθρίνης παρουσία πρωτεΐνης AP-2 που θεωρείται ότι δεσμεύεται στα άκρα των βραχιόνων και βοηθάει στην σύνδεση των τρισκελών με τη μεμβράνη του κυστιδίου. α Ηλεκτρονιογραφία απομονωμένων τρισκελών κλαθρίνης σε αλκαλικό ph και μετά από ξήρανση και κυκλική σκίαση.

Ας δούμε όμως τώρα πια είναι η περαιτέρω τύχη των κυστιδίων κλαθρίνης από τη στιγμή που χάσουν το κάλυμμα τους. Είναι πλέον σήμερα γνωστό ότι τα κυστίδια αυτά αρχικά συντήκονται με τα ενδοσώματα (πρώϊμα και όψιμα) που διαμορφώνουν το ενδοσωμικό διαμέρισμα του κυττάρου. Το διαμέρισμα αυτό αποτελεί ένα πολύπλοκο σύμπλεγμα κυστιδίων και ετερογενών σωληνόμορφων σχηματισμών μεμβρανικής φύσης που εκτείνεται από την περιφέρεια του κυττάρου έως την περι-πυρηνική περιοχή. Τα πρώιμα ενδοσώματα εντοπίζονται ακριβώς κάτω από την πλασματική μεμβράνη και τα όψιμα σχετικά κοντά στο Golgi. Τα ενδοσωμικά διαμερίσματα (πρώϊμο, ή όψιμο ενδόσωμα ανάλογα με την μεταφερόμενη πρωτεϊνη) αποτελούν τον κύριο σταθμό διαλογής στο μονοπάτι της ενδοκύττωσης και η δράση τους μπορεί να παρομοιαστεί με αυτήν του TGN στο βιοσυνθετικό-εκκριτικό μονοπάτι. Απότοσημείοαυτόστιςπιόπολλέςπεριπτώσειςτοφορτίοπροωθείταιμέσωκυστιδιών για αποδόμηση στα λυσοσώματα και σε κάποιες περιπτώσεις ανακυκλώνεται μέσω κυστιδιακής μεταφοράς προς τη μεμβράνη. Δεδομένου ότι το εσωτερικό των ενδοσωμάτων έχει όξινο ph, λόγωύπαρξηςστηνμεμβράνητουςμιαςαντλίας Η + που αντλεί ιόντα Η + προς το εσωτερικό, στις πιο πολλές περιπτώσεις η αλλαγή ph (σε σχέση με τον εξωκυττάριο περιβάλλον) που αντιμετωπίζουν το σύμπλοκο υποδοχέας-μόριο σύνδεσμος στα ενδοσώματα προκαλεί αποδέσμευση του φορτίου από τον υποδοχέα. Στη συνέχεια ο υποδοχέας συνήθως ανακυκλώνεται προς τη πλασματική μεμβράνη (μεσω κυστίδιων που εκβλαστάνουν από το ενδοσωμικό διαμέρισμα) προκειμένου να ξαναχρησιμοποιηθεί. Θα πρέπει να σημειώσουμε ότι το ph στον αυλό των όψιμων ενδοσωμάτων είναι πιό όξινο από το ph των πρώιμων ενδοσωμάτων. Το σύστημα των ενδοσωμάτων μπορεί επίσης να παραλάβει ή και να στείλει φορτίο από και προς το TGN μέσω κυστιδιακών ενδιαμέσων. Δεν είναι ξεκάθαρο πως τα μόρια κινούνται από το ένα τμήμα στο άλλο για να καταλήξουν στα λυσοσώματα. Σύμφωνα με μια άποψη τα πρωϊμα ενδοσώματα μετακινούνται προς το εσωτερικό του κυττάρου και μετατρέπονται σε όψιμα. Στη συνέχεια τόσο μέσω σύντηξης με κυστίδια του Golgi (πρωτογενή λυσοσώματα) που μεταφέρουν υδρολάσες όσο και μέσω αυξανόμενης οξίνισης του αυλού τους μετατρέπονται σε λυσοσώματα. Σύμφωνα με μια άλλη άποψη που είναι και η πιό δημοφιλής τα πρώιμα και τα όψιμα ενδοσώματα αποτελούν διακριτά διαμερίσματα και επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω κυστιδίων. Τελικά δε από τα όψιμα ενδοσώματα και μέσω κυστιδίων το υλικό μεταφέρεται στα λυσοσώματα. Το γεγονός ότι τα όψιμα και τα πρωϊμα ενδοσώματα διαφέρουν στη σύσταση τους αφού για παράδειγμα συνδέονται με διαφορετικές Rab πρωτεϊνες που παίζουν σημαντικό ρόλο στο να καθοδηγούν την κυστιδιακή μεταφορά αποτελεί σημαντικό στοιχείο υπέρ του δεύτερου μοντέλου. Η πινοκύττωση (υγρής φάσης ή με μεσολάβηση υποδοχέων) δεν είναι ο μοναδικός τρόπος διέλευσης μορίων από μεμβράνες αφού είναι γνωστές περιπτώσεις διέλευσης μορίων κατευθείαν από τη μεμβράνης (π.χ. μόρια DΝΑ σε βακτήρια, τοξίνες βακτηρίων σε ζωικά κύτταρα, κτλ). Τέλος εκτός των φυσιολογικών διεργασιών (υποδοχέας LDL, Τρανσφερίνη, βιταμίνη Β12, ορμόνες, αναπτυξιακοί παράγοντες, κτλ) κάποιοι επιφανειακοί υποδοχείς (που συνήθως είναι υπεύθυνοι για εσωτερικοποίηση άλλων μορίων) χρησιμοποιούνται και για την πρόσληψη ιών και τοξινών. Σχετικά πρόσφατο παράδειγμα αποτελεί η πρόσληψη των ιών ΑΙDS από λεμφοκύτταρα μετά από δέσμευση σε υποδοχείς της μεμβράνης και ενδοκύττωση.

Πιθανά μονοπάτια του συμπλόκου υποδοχέας μόριο-σύνδεσμος μετά την ενδοκύττωση Μονοπάτι Ι. Ανακύκλωση υποδοχέα - αποικοδόμηση μορίου συνδέσμου (ligand): Τα κύτταρα των θηλαστικών μπορούν να αποροφήσουν με ενδοκύττωση μέσω υποδοχέα (χρησιμοποιώντας το κλασσικό μονοπάτι Ι) πλήθος πρωτεϊνών όπως π.χ. ασιαλογλυκοπρωτεινες και ορμόνες, αλλά και λιπίδια όπως π.χ. χοληστερόλη. Το λιπίδιο αυτό μεταφέρεται στο αίμα μέσω των λιποπρωτεϊνων χαμηλής πυκνότητας (LDL; low density lipoproteins) που σχηματίζουν σωματίδια με διάμετρο ~220 Å τα οποία περιέχουν ~1500 μόρια χοληστερόλης εστεροποιημένα σε λιπαρά οξέα. Τα σωματίδια αυτά περιβάλλονται από λιπιδική διπλοστοιβάδα που περιλαμβάνει 2 μόρια λιποπρωτείνης με μοριακό βάρος ~250 daltοns. Στη περίπτωση των LDL ακολουθείται το κλασσικό μονοπάτι Ι. Πιο συγκεκριμένα ο υποδοχέας αφού προσδέσει το σωμάτιο-ldl στον εξωκυττάριο χώρο το μεταφέρει μέσω καλλυμένων κυστιδίων κλαθρίνης στο ενδοσωμικό διαμέρισμα. Εδώ το φορτίο αποδεσμεύεται στο όξινο περιβάλλον του όψιμου ενδόσωματος λόγω αλλαγής στη διαμόρφωση του υποδοχέα ο οποίος ακολούθως ανακυκλώνεται στη πλασματική μεμβράνη. Τελικά περίπου περίπου 15 λεπτά μετά την ενδοκύττωση του το σωμάτιο-ldl φτάνει στα λυσόσωματα μέσω κυστιδίων που εκβλαστάνουν από το όψιμο ενδόσωμα και συντήκονται με το λυσόσωμα. Εδώ τα LDL σωματια αποδομούνται σε αμινοξέα, λιπαρά οξέα και ελεύθερη χοληστερόλη που μπορεί τώρα να χρησιμοποιειθεί από το κύτταρο. Η βασική αρχή μεταφοράς στη περίπτωση αυτή οφείλεται στο γεγονός ότι ο υποδοχέας δεσμεύει ισχυρά το μόριο-σύδεσμο σε ουδέτερο ph (εξωκυττάριος χώρος) αλλά το αποδεσμεύει λόγω αλλαγής στη διαμόρφωση του σε ph<5 (όψιμα ενδοσώματα). Από ιστορική άποψη είναι ενδιαφέρον να αναφερθεί ότι ο μηχανισμός αυτός στο σύστημα LDL περιγράφηκε το 1974. Το μονοπάτι Ι χρησιμοποιείται όπου απαιτείται μαζική εισαγωγή κάποιων μορίων στο κύτταρο και επιτρέπει τη συνεχή χρήση του ίδιου υποδοχέα. Έτσι το ίδιο μόριο μπορεί να εσωτερικοποιήσει εκατοντάδες μόρια-συνδέσμους στο διάστημα του χρόνου ημιζωής του (συνήθως 10-30 ώρες). Είναι αυτονόητο ότι η συνεχής χρήση του υποδοχέα απαιτεί ανθεκτικότητά του στις επιδράσεις της ανακύκλωσης (π.χ. στο χαμηλό pη των ενδοσωμάτων). Έχει πράγματι βρεθεί ότι ο υποδοχέας LDL μπορεί να πραγματοποιήσει μέχρι και 150 ανακυκλώσεις χωρίς να χάσει τη δραστικότητά του.

ΕΝΔΟΚΥΤΤΩΣΗ LDL ΜΕΣΩ ΥΠΟΔΟΧΕΑ

LDL ΥΠΟΔΟΧΕΑΣ

Μονοπάτι ΙΙ. Ανακύκλωση υποδοχέα - ανακύκλωση μορίου συνδέσμου: Μια διαφορετική οδό ακολουθεί η τρανσφερίνη η οποία είναι μια κύρια γλυκοπρωτεϊνη του αίματος που μεταφέρει σίδηρο σε όλους τους ιστούς. Αρχικά η μορφή της πρωτεϊνης που δε φέρει σίδηρο (αποτρανσφερίνη) προσδένει δύο ιόντα Fe 3+ προκειμενου να δημιουργηθεί η φεροτρανσφερίνη. ΣτηνκατάστασηαυτήκαιστοουδέτεροpH του εξωκυττάριου χώρου η φεροτρανσφερίνη προσδένεται στον υποδοχέα της και μέσω ενδοκύττωσης αποροφάται από το κύτταρο. Οταν το σύμπλοκο υποδοχέας-φεροτρανσφερίνη φτάσει στο όξινο περιβάλλον των όψιμων ενδοσωμάτων, τα ιόντα Fe 3+ απελευθερώνονται από την φεροτρανσφερίνη, που τώρα μετατρέπεται ξανά σε αποτρανσφερίνη. Σε αντίθεση όμως με την περίπτωση των LDL η αποτρανσφερίνη δεν απελευθερώνεται από τον υποδοχέα της στα όξινα ενδοσώματα αλλά ανακυκλώνεται μαζί του στην επιφάνεια όπου το σύμπλοκο διαλύεται αφού η αποτρανσφερίνη δεν μπορεί να προσδέσει τον υποδοχέα σε ουδέτερο ph. Ο υποδοχέας είναι τώρα ελεύθερος να προσδέσει ένα άλλο μόριο φεροτρανσφερίνης. To μονοπάτι ΙΙ χρησιμοποιείται και από τα Β και Τ λεμφοκύτταρα του ανοσοποιητικού μας συστήματος. Έτσι όταν τα μακροφάγα και τα Β λεμφοκύτταρα εσωτερικοποιήσουν ξένα αντιγόνα, αυτά υφίστανται μερική πρωτεόλυση στα ενδοσώματα. Τα προϊόντα της πρωτεόλυσης επαναφέρονται στην κυτταρική επιφάνεια από όπου δίδονται στους ειδικούς υποδοχείς των Τ λεμφοκυττάρων.

Μονοπάτι ΙΙΙ. Αποικοδόμηση υποδοχέα και μορίου συνδέσμου: Σε κάποιες περιπτώσεις το σύμπλοκο σύνδεσμος-υποδοχέας δεν διασπάται στα ενδοσώματα και η αποδόμηση του μορίου συνδέσμου (π.χ. ινσουλίνη) στα λυσοσώματα συνδυάζεται με αποδόμηση και του υποδοχέα. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται ρύθμιση συγκέντρωσης υποδοχέα μέσω αποδόμησης. Εναλακτικά, όπως για παράδειγμα κατά την πρόσληψη του επιδερμικού αυξητικού παράγοντα, (ΕGF-epidermal grοwth factοr) το σύμπλοκο υποδοχέας-μόριο σύνδεσμος αφού διασπασθεί στο ενδόσωμα συνμεταφέρεται στο λυσόσωμα όπου ακολουθεί η πρωτεολυτική διάσπαση και των δύο μορίων. Μονοπάτι ΙV. Ανακύκλωση υποδοχέα αποθήκευση μορίου συνδέσμου: Στα ωοκύτταρα κάποιων οργανισμών το υλικό που αποροφάται μέσω ενδοκύττωσης αποθηκεύεται εντός του κυττάρου χωρίς να διασπαστεί στα λυσοσώματα. Κάτι τέτοιο για παράδειγμα συμβαίνει στο αναπτυσσόμενο ωοκύτταρο των εντόμων όπου οι λεκιθοπρωτεϊνες που προσλαμβάνονται μέσω ενδοκύττωσης δεν διασπώνται αλλά αποθηκεύονται προκειμένου να χρησιμοποιηθούν μετά την γονιμοποιησηαπότοαναπτυσόμενοέμβρυο σαν πηγή αμινοξέων και ενέργειας.

θυλακοκύτταρα α τροφοκύτταρα γ NC δ VM ωοκύτταρο β Ενδοκύττωση μέσω υποδοχέα των λεκιθοπρωτεϊνών στο ωοθυλάκιο του εντόμου Drosophila melanogaster. (Επάνω εικόνα) Γενική άποψη κατά μήκος τομής του ωοθυλακίου μετά από παρατήρηση σε φωτονικό μικροσκόπιο. Οι λεκιθοπρωτεϊνες φθάνουν στην πλασματική μεμβράνη του ωοκυττάρου, [διαπερνώντας τη μη σχηματισμένη βιτελλινική μεμβράνη (vm)] προερχόμενες είτε από την αιμολέμφο είτε από τα θυλακοκύτταρα. (α-ε) Μετά από ανοσοσήμανση των λεκιθοπρωτεϊνών με κόκκους χρυσού και παρατήρηση λεπτών τομών σε Η.Μ. αποκαλύπτεται η συσσώρευση τους σε όλο το μήκος του μονοπατιού της ενδοκύττωσης το οποίο αποτελείται από αρχικά (α) και προχωρημέναστάδιαδημιουργίας καλυμμένων εσοχών (β) καλυμμένα κυστίδια (γ) πρώιμα ενδοσώματα (δ) και τέλος όψιμα ενδοσώματα (ε, βέλος). ε

ΔΙΠΛΗ ΑΝΟΣΟΣΗΜΑΝΣΗ (πλασματική μεμβράνη ωοκυττάρου) ΕΝΔΟΚΥΤΤΩΣΗ ΛΕΚΙΘΟΠΡΩΤΕΪΝΩΝ χρυσός 5 nm: sv19 χρυσός 10 nm: YPs

ΕΝΔΟΚΥΤΤΩΣΗ ΛΕΚΙΘΟΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΤΡΙΠΛΗ ΑΝΟΣΟΣΗΜΑΝΣΗ (πλασματική μεμβράνη ωοκυττάρου) χρυσός 15 nm: sv19 χρυσός 10 nm: sv25 χρυσός 5 nm: YPs

ΤΡΙΠΛΗ ΑΝΟΣΟΣΗΜΑΝΣΗ (λεκιθοσφαιρίδιο- τροποποιημένο ενδόσωμα) χρυσός 15 nm: sv19 χρυσός 10 nm: sv25 χρυσός 5 nm: YPs

Μονοπάτι V. Διακύττωση υποδοχέα και μορίου συνδέσμου: Στα πολωμένα επιθηλιακά κύτταρα η ενδοκύττωση είναι δυνατόν να λαμβάνει χώρα τόσο από την βασοπλευρική όσο και από την κορυφαία περιοχή της πλασματικής μεμβράνης. Η περαιτέρω τύχη του φορτίου (διαλογή) συνήθως καθορίζεται στο διαμέρισμα των πρώιμων ενδοσωμάτων αφού τα επιθηλιακά κύτταρα έχουν δύο διακριτά πρώιμα ενδοσωμικά διαμερίσματα που αντιστοιχούν σε κάθε τμήμα της μεμβράνης αλλά ένα κοινό διαμέρισμα όψιμων ενδοσωμάτων. Μια σειρά από μόρια είναι δυνατόν να μεταφερθούν κατά μήκος των επιθηλιακών κυττάρων μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται διακύττωση. Κατά τη διακύττωση μητρικών ανοσοσφαιρινών (IgGs), που προσλαμβάνονται από τη μητέρα κατά το θηλασμό και καταλήγουν στο έντερο του νεογνού, λαμβάνει χώρα κατά μήκος της εντερικών επιθηλιακών κυττάρων ενδοκύττωση που καταλήγει σε εξωκύττωση. Ο αυλός του εντέρου έχει ph ~ 6 ενώ η αντίθετη άκρη (που βλέπει προς το αίμα) έχει ph ~7. Οι ειδικοί Fc υποδοχείς των εντερικών επιθηλιακών κυττάρων του νεογνού προσδένονται στη σταθερή περιοχή των IgG μορίων μόνο σε ph<6 αλλά όχι σε ph>7. Κυστίδια που περιέχουν το σύμπλοκο υποδοχέα-igg το οποίο δημιουργείται στην πλευρά του εντερικού αυλού (ph ~6) μετακινούνται κατά μήκος του κυττάρου και εκκρίνουν το περιεχόμενο τους στη βασική μεμβράνη (ph~7) όπου οι IgGs απελευθερώνονται στην κυκλοφορία του άιματος λόγω αύξησης του ph που προκαλεί αποδέσμευση των IgG από τον υποδοχέα. Οι υποδοχείς στη συνέχεια ανακυκλώνονται στη συνέχεια μέσω ενδοσωμάτων προς την μεμβράνη του αυλού.

βασοπλευρικό πρώιμο ενδόσωμα ΒΑΣΟΠΛΕΥΡΙΚΉ πλασματική μεμβράνη κορυφαίο πρώιμο ενδόσωμα ΠΥΡΗΝΑΣ όψιμο ενδόσωμα ΛΥΣΟΣΩΜΑ ΚΟΡΥΦΑΙΑ πλασματική μεμβράνη Η πιθανή κατάληξη διαμεμβρανικών υποδοχέων μετά την ενδοκύττωση τους σε ένα επιθηλιακό κύτταρο σχετίζεται με τα τρία μονοπάτια του ενδοσωμικού διαμερίσματος. Οι υποδοχείς οι οποίοι δεν επανακτόνται για περαιτέρω χρήση από τα ενδοσώματα καταλήγουν στα λυσοσώματα όπου και αποδομούνται (, ). Οι επανακτούμενοι υποδοχείς είτε επιστρέφουν στην ίδια μεμβράνη από την οποία προήλθαν (, ) (ανακύκλωση) είτε καταλήγουν σε ένα διαφορετικό τμήμα της μεμβράνης ( ) (διακύττωση). Αν το μόριο σύνδεσμος παραμείνει ενωμένο με τον υποδοχέα του στο όξινο περιβάλλον των ενδοσωμάτων θα ακολουθήσει την τύχη του υποδοχέα αλλιώς θα μεταφερθεί για αποδόμηση στα λυσοσώματα. Στα επιθηλιακά κύτταρα συνήθως υπάρχουν δύο διακριτοί υποπληθυσμοί πρώιμων ενδοσωμάτων, αν και τα μόρια που κατευθύνονται προς τα λυσοσώματα τελικά συναντώνται σε ένα κοινό τύπο όψιμων ενδοσωμάτων πριν αποδομηθούν στα λυσοσώματα.

ΤΟ ΜΟΝΟΠΑΤΙ ΤΗΣ ΕΝΔΟΚΥΤΤΩΣΗΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΠΛΑΣΜΑΤΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ ΣΤΑ ΛΥΣΟΣΩΜΑΤΑ

ΠΡΩΪΜΑ ΕΝΔΟΣΩΜΑΤΑ

ΤΥΠΟΙ ΕΝΔΟΚΥΤΤΩΣΗΣ