Endosome - Endosome

endocytiska vägfack
Elektronmikroskopi av endosomer i humana HeLa -celler . Tidiga endosomer (E - märkta för EGFR, 5 minuter efter internalisering och transferrin), sena endosomer/MVB (M) och lysosomer (L) är synliga. Bar, 500 nm.

Endosomer är en samling av intracellulära sorteringsorgan i eukaryota celler . De är en del av den endocytiska membrantransportvägen som kommer från trans Golgi -nätverket . Molekyler eller ligander som internaliserats från plasmamembranet kan följa denna väg ända till lysosomer för nedbrytning eller kan återvinnas tillbaka till cellmembranet i den endocytiska cykeln . Molekyler transporteras också till endosomer från trans Golgi -nätverket och fortsätter antingen till lysosomer eller återvinns tillbaka till Golgi -apparaten .

Endosomer kan klassificeras som tidiga, sorterande eller sena beroende på deras stadium efter internalisering. Endosomer representerar en stor sorteringsavdelning av endomembransystemet i celler.

Fungera

Endosomer ger en miljö för material att sorteras innan det når den nedbrytande lysosomen. Till exempel tas lågdensitetslipoprotein (LDL) in i cellen genom att binda till LDL-receptorn vid cellytan. När de når tidiga endosomer, tar LDL avstånd från receptorn, och receptorn kan återvinnas till cellytan. LDL kvarstår i endosomen och levereras till lysosomer för bearbetning. LDL dissocierar på grund av den svagt försurade miljön i den tidiga endosomen, genererad av en vakuolär membranprotonpump V-ATPas . Å andra sidan har EGF och EGF-receptorn en pH-resistent bindning som kvarstår tills den levereras till lysosomer för deras nedbrytning. Den mannos 6-fosfat receptorn bär ligander från Golgi avsedd för lysosomen genom en liknande mekanism.

Typer

Det finns tre olika typer av endosomer: tidiga endosomer , sena endosomer och återvinningsendosomer . De kännetecknas av den tid det tar för endocytoserat material att nå dem, och av markörer som rabs . De har också olika morfologi. När endocytiska vesiklar har obelagts, smälter de ihop med tidiga endosomer. Tidiga endosomer mognar sedan till sena endosomer innan de smälter ihop med lysosomer.

Tidiga endosomer mognar på flera sätt för att bilda sena endosomer. De blir alltmer sura främst genom aktiviteten hos V-ATPas. Många molekyler som återvinns avlägsnas genom koncentration i de rörformiga områdena i tidiga endosomer. Förlust av dessa tubuli till återvinningsvägar innebär att sena endosomer oftast saknar tubuli. De ökar också i storlek på grund av den homotypiska fusionen av tidiga endosomer till större vesiklar. Molekyler sorteras också i mindre vesiklar som knoppar från perimetermembranet till endosomlumen och bildar intraluminala vesiklar (ILV); detta leder till att sena endosomer uppträder multivesikulärt och så kallas de också multivesikulära endosomer eller multivesikulära kroppar (MVB). Avlägsnande av återvinningsmolekyler som transferrinreceptorer och mannos 6-fosfatreceptorer fortsätter under denna period, troligen via spirande av vesiklar ur endosomer. Slutligen förlorar endosomerna RAB5A och förvärvar RAB7A , vilket gör dem kompetenta för fusion med lysosomer.

Fusion av sena endosomer med lysosomer har visat sig resultera i bildandet av ett "hybrid" fack, med egenskaper mellanliggande för de två källfacken. Till exempel är lysosomer tätare än sena endosomer, och hybriderna har en mellanliggande densitet. Lysosomer reformeras genom rekondensation till deras normala, högre densitet. Men innan detta händer kan fler sena endosomer smälta ihop med hybrid.

En del material återvinns till plasmamembranet direkt från tidiga endosomer, men de flesta trafikerar via återvinningsendosomer.

  • Tidiga endosomer består av ett dynamiskt tubulärt-vesikulärt nätverk (vesiklar upp till 1 µm i diameter med anslutna tubuli med cirka 50 nm diameter). Markörer inkluderar RAB5A och RAB4, Transferrin och dess receptor och EEA1 .
  • Sena endosomer , även kända som MVB, är huvudsakligen sfäriska, saknar tubuli och innehåller många förpackade intraluminala vesiklar. Markörer inkluderar RAB7, RAB9 och mannos 6-fosfatreceptorer.
  • Återvinningsendosomer är koncentrerade till mikrotubuliorganisationscentret och består av ett huvudsakligen rörformat nätverk. Markör; RAB11.

Fler undertyper finns i specialiserade celler som polariserade celler och makrofager .

Fagosomer , makropinosomer och autofagosomer mognar på ett sätt som liknar endosomer och kan kräva fusion med normala endosomer för deras mognad. Vissa intracellulära patogener undergräver denna process, till exempel genom att förhindra RAB7 -förvärv.

Sena endosomer/MVB kallas ibland endocytiska bärarvesiklar , men denna term användes för att beskriva vesiklar som knoppar från tidiga endosomer och smälter ihop med sena endosomer. Emellertid har flera observationer (beskrivna ovan) nu visat att det är mer troligt att transport mellan dessa två fack sker genom en mognadsprocess, snarare än vesikeltransport.

En annan unik identifierande egenskap som skiljer sig mellan de olika klasserna av endosomer är lipidsammansättningen i deras membran. Fosfatidylinositolfosfater (PIP), en av de viktigaste lipidsignaleringsmolekylerna, visar sig skilja sig när endosomerna mognar från tidigt till sent. PI (4,5) P 2 är närvarande på plasmamembran , PI (3) P på tidiga endosomer, PI (3,5) P 2 på försenade endosomer och PI (4) Ptrans-Golgi-nätverk . Dessa lipider på ytan av endosomerna hjälper till vid specifik rekrytering av proteiner från cytosolen, vilket ger dem en identitet. Inter-omvandling av dessa lipider är ett resultat av den samordnade verkan av fosfoinositid kinaser och fosfataser som är strategiskt lokaliserade

Vägar

djurcells endocytiska väg
Diagram över de vägar som skär endosomer i den endocytiska vägen för djurceller. Exempel på molekyler som följer några av banorna visas, inklusive receptorer för EGF, transferrin och lysosomala hydrolaser. Återvinningsendosomer och fack och vägar som finns i mer specialiserade celler visas inte.

Det finns tre huvudfack som har vägar som ansluter till endosomer. Fler vägar finns i specialiserade celler, såsom melanocyter och polariserade celler. Till exempel, i epitelceller , tillåter en speciell process som kallas transcytos att vissa material kommer in i ena sidan av en cell och går ut från den motsatta sidan. Under vissa omständigheter smälter sena endosomer/MVB också ihop med plasmamembranet istället för med lysosomer, vilket frigör de lumenala vesiklarna, nu kallade exosomer , i det extracellulära mediet.

Det råder ingen enighet om de exakta karaktärerna hos dessa vägar, och den sekventiella vägen som en given last tar i en given situation tenderar att vara en debattfråga.

Golgi till/från endosomer

Vesiklar passerar mellan Golgi och endosomer i båda riktningarna. De PVGM och AP-1- clathrin-belagda vesikel adaptrar göra vesiklar vid Golgi som bär molekyler till endosomer. I motsatt riktning genererar retromer vesiklar vid tidiga endosomer som bär molekyler tillbaka till Golgi. Vissa studier beskriver en retrograd trafikväg från sena endosomer till Golgi som förmedlas av Rab9 och TIP47 , men andra studier bestrider dessa fynd. Molekyler som följer dessa vägar inkluderar mannos-6-fosfatreceptorerna som bär lysosomala hydrolaser till den endocytiska vägen. Hydrolaserna frigörs i den sura miljön i endosomer, och receptorn hämtas till Golgi av retromer och Rab9.

Plasmamembran till/från tidiga endosomer (via återvinningsendosomer)

Molekyler levereras från plasmamembranet till tidiga endosomer i endocytiska vesiklar. Molekyler kan intern via receptorförmedlad endocytos i clathrin -belagd vesiklar. Andra typer av vesiklar bildas också vid plasmamembranet för denna väg, inklusive sådana som använder caveolin . Blåsor transporterar också molekyler direkt tillbaka till plasmamembranet, men många molekyler transporteras i blåsor som först smälter ihop med återvinningsendosomer. Molekyler som följer denna återvinningsväg är koncentrerade i tubuli av tidiga endosomer. Molekyler som följer dessa vägar inkluderar receptorerna för LDL , epidermal tillväxtfaktor (EGF) och järntransportproteintransferrin. Internalisering av dessa receptorer från plasmamembranet sker genom receptormedierad endocytos. LDL frigörs i endosomer på grund av det lägre pH -värdet, och receptorn återvinns till cellytan. Kolesterol transporteras i blodet främst av (LDL), och transport av LDL -receptorn är den viktigaste mekanismen genom vilken kolesterol tas upp av celler. EGFR aktiveras när EGF binder. De aktiverade receptorerna stimulerar sin egen internalisering och nedbrytning i lysosomer. EGF förblir bunden till EGF -receptorn (EGFR) när den endocytoseras till endosomer. De aktiverade EGFR stimulerar deras egen ubiquitination, och detta leder dem till lumenala vesiklar (se nedan) och så återvinns de inte till plasmamembranet. Detta tar bort signalens del av proteinet från cytosolen och förhindrar därmed fortsatt tillväxtstimulering - i celler som inte stimuleras med EGF har EGFR inga EGF bundna till dem och återvinns därför om de når endosomer. Transferrin förblir också associerat med dess receptor, men i den sura endosomen frigörs järn från transferrin, och sedan återgår det järnfria transferrinet (fortfarande bundet till transferrinreceptorn) från den tidiga endosomen till cellytan, både direkt och via återvinningsendosomer.

Sena endosomer till lysosomer

Transport från sena endosomer till lysosomer är i huvudsak enriktad, eftersom en sen endosom "konsumeras" i processen att smälta ihop med en lysosom. Därför tenderar lösliga molekyler i endosomernas lumen att hamna i lysosomer, såvida de inte hämtas på något sätt. Transmembranproteiner kan levereras till omkretsmembranet eller lysosomernas lumen. Transmembranproteiner som är avsedda för lysosomlumen sorteras i blåsorna som knoppar från omkretsmembranet till endosomer, en process som börjar i tidiga endosomer. När endosomen har mognat till en sen endosom/MVB och smälter ihop med en lysosom, levereras blåsorna i lumen till lysosomlumen. Proteiner är markerade för denna väg genom tillsats av ubiquitin . De endosomala sorteringskomplexen som krävs för transport (ESCRT) känner igen detta ubiquitin och sorterar proteinet i de bildande lumenala blåsorna. Molekyler som följer dessa vägar inkluderar LDL och de lysosomala hydrolaserna som levereras av mannos-6-fosfatreceptorer. Dessa lösliga molekyler finns kvar i endosomer och levereras därför till lysosomer. De transmembrana EGFR: erna, bundna till EGF, är också märkta med ubiquitin och sorteras därför i lumenala vesiklar av ESCRT: erna.

Se även

Referenser

externa länkar