Часть 3 (1129751), страница 102
Текст из файла (страница 102)
Некоторые избегают нормального процесса упаковки в везикулы в транссети Гольджи и «по умолчанию» транспортируются на поверхность клетки, где они секретируютсяво внеклеточную жидкость. Однако некоторые рецепторы М6P также движутся в обход через плазматическую мембрану, где они улавливают «сбежавшие» лизосомальные гидролазы и возвращают ихпосредством рецептор-опосредованного эндоцитозав лизосомы через ранние и поздние эндосомы.
По-Рис. 13.43. Структура маннозо-6-фосфата на лизосомальнойгидролазе.Рис. 13.44. Транспорт новосинтезированных лизосомальных гидролаз в лизосомы. Благодаря последовательному действию двух ферментов в циси транс-сети Гольджи к предшественникам лизосомальных белков присоединяется маннозо-6-фосфат (М6P) (см. рис. 13.45).
Затем они отделяютсяот всех остальных типов белков в ТСГ за счет того, что мономерные адаптерные белки клатриновой оболочки связывают рецепторы М6P, которые, в своюочередь, связывают модифицированные лизосомальные гидролазы. Клатриновые везикулы отпочковываются от ТСГ, теряют свою оболочку и сливаютсяс поздними эндосомами. При пониженном pH эндосом гидролазы диссоциируют от рецепторов М6Ф, и пустые рецепторы рециркулируют в окаймленных ретромером пузырьках в аппарат Гольджи для последующих этапов транспорта.
В эндосомах с манноз, присоединенных к гидролазам, удаляютсяфосфаты, что также препятствует возвращению гидролаз вместе с рецептором в аппарат Гольджи.Глава 13. Внутриклеточный везикулярный транспорт 13251326Часть IV. Внутренняя организация клеткискольку лизосомальным гидролазам для работы требуется кислое окружение, онине могут причинить много вреда во внеклеточной жидкости, чей pH обычно составляет 7,4.13.3.7. Сигнальный участок на полипептидной цепи гидролазы указывает, куда присоединять М6PСистема сортировки, отделяющая лизосомальные гидролазы и отправляющаяих в эндосомы, работает потому, что в аппарате Гольджи остатки М6P присоединяются только к соответствующим гликопротеинам.
Для этого необходимо специфическое узнавание гидролаз ферментами Гольджи, отвечающими за добавление М6P.Поскольку все гликопротеины покидают ЭР, неся одинаковые цепи N-связанныхолигосахаридов, сигнал добавления групп М6P к олигосахаридам должен располагаться где-то в полипептидной цепи гидролазы. Эксперименты по генетическойинженерии показали, что сигнал узнавания представляет собой кластер соседнихаминокислот на поверхности каждого белка.
Этот кластер называется сигнальнымучастком.Реакцию присоединения М6P к лизосомальным гидролазам катализируют двафермента, действующих последовательно. Первый — это GlcNAc-фосфотрансферазав цис-сети Гольджи, которая специфически связывает гидролазы и добавляетGlcNAc-фосфат к одному или двум остаткам маннозы на каждой олигосахариднойцепи (рис. 13.45). Затем второй фермент в транс-сети Гольджи отщепляет остаток GlcNAc, оставляя новообразованный маркер М6P. Поскольку большинстволизосомальных гидролаз содержит множество олигосахаридов, они приобретаютмного остатков М6P.
Следовательно, создается высокое сродство рецептора М6Pк маркеру.13.3.8. Нарушения GlcNAc-фосфотрансферазы вызывают у людейлизосомальные болезни накопленияГенетические нарушения, затрагивающие одну или несколько лизосомальныхгидролаз, вызывают несколько лизосомальных болезней накопления человека.Нарушения вызывают накопление в лизосомах непереваренных субстратов, чтоприводит к тяжелым патологическим последствиям, чаще всего в нервной системе.
В большинстве случаев причиной служит мутация в структурном гене, кодирующем отдельную лизосомальную гидролазу. Это происходит, например, присиндроме Хутлера, когда фермент, необходимый для расщепления определенныхтипов глюкозаминогликановых цепей, нарушен или отсутствует. Однако наиболеетяжелой лизосомальной болезнью хранения является очень редкое заболевание,носящее название болезни клеточных включений (I-клеточная болезнь, от inclusion — включение).
При этом заболевании отсутствуют почти все гидролитическиеферменты лизосом или фибробластов, и их непереваренные субстраты накапливаются в лизосомах, что впоследствии приводит к образованию в клетках пациентоввключений.I-клеточная болезнь вызывается нарушением единственного гена и, как и большинство генетических синдромов недостаточности, является рецессивной, т. е.проявляется только у тех людей, у которых обе копии гена дефектны.
У пациентов с болезнью клеточных включений все отсутствующие в лизосомах гидролазынаходятся в крови. Поскольку гидролазы не могут быть правильно отсортиро-Глава 13. Внутриклеточный везикулярный транспорт 1327 Рис. 13.45. Узнавание лизосомальной гидролазы. ФерментGlcNAc-фосфотрансфераза, узнающая лизосомальные гидролазы в аппарате Гольджи, несет каталитический сайт и сайт узнавания. Каталитический сайт связывает обогащенные маннозойN-связанные олигосахариды и UDP-GlcNAc. Сайт узнавания связывает сигнальную последовательность, присутствующую толькона поверхности лизосомальных гидролаз.
Второй фермент отщепляет GlcNAc, оставляя М6P открытым.ваны в аппарате Гольджи, они секретируются, а не транспортируются в лизосомы. Ошибка сортировки выявляют дефектную или находящуюся в недостаткеGlcNAc-фосфотрансферазу. Поскольку лизосомальные белки не фосфорилируютсяв цис-сети Гольджи, рецепторы М6P в ТСГ не отбирают их в специализированныетранспортные везикулы. Вместо этого, лизосомальные гидролазы переносятсяна поверхность клеток и по умолчанию секретируются.При болезни клеточных включений лизосомы некоторых типов клеток, например гепатоцитов, содержат нормальный набор лизосомальных ферментов. Этоуказывает на то, что существует другой путь направления гилролаз в лизосомы, используемый в одних типах клеток, но не в других. Природа этого М6P-независимогопути неизвестна.
Точно так же М6P-независимый путь во всех клетках отбираетв ТСГ мембранные белки лизосом для транспорта в поздние эндосомы, и поэтомуэти белки при I-клеточной болезни нормальны. Эти мембранные белки выходятиз ТСГ в клатриновых пузырьках, отличающихся от пузырьков, транспортирующихпомеченные М6P гидролазы, и несут другие адаптерные белки.Непонятно, почему клеткам требуется больше одного пути сортировки для сборки лизосом, хотя неудивительно, что для растворимых и мембраносвязанных лизосомальных белков работают разные механизмы, особенно если учесть, что этимембранные белки, в отличие от рецепторов М6P, являются резидентными белкамилизосом и не должны быть возвращены в ТСГ.1328Часть IV.
Внутренняя организация клетки13.3.9. Некоторые лизосомы претерпевают экзоцитозНаправление вещества в лизосомы не обязательно является концом пути.Лизосомальная секреция непереваренного содержимого позволяет всем клеткамизбавляться от неперевариваемых отходов. Для большинства клеток это, видимо,является второстепенным механизмом, используемым только при стрессе. Однаконекоторые типы клеток содержат специализированные лизосомы, приобретшие необходимую для слияния с плазматической мембраной машинерию. Меланоцитыкожи, например, в лизосомах синтезируют и запасают пигменты.
Такие пигментсодержащие меланосомы высвобождают свой пигмент во внеклеточное пространствоэпидермиса путем экзоцитоза. Затем пигмент захватывается кератиноцитами, чтоприводит к нормальной пигментации кожи. При некоторых генетических заболеваниях нарушения экзоцитоза меланосом блокируют процесс переноса, что приводитк гипопигментации (альбинизму).ЗаключениеЛизосомы специализируются на внутриклеточном переваривании макромолекул. Они содержат уникальные мембранные белки и широкий спектр растворимых гидролитических ферментов, которые лучше всего работают приpH 5, т. е.
при внутреннем pH лизосом. АТP-зависимый H+-насос в мембранелизосом поддерживает низкий pH. Новосинтезированные лизосомальные белкипереходят в люмен ЭР, транспортируются через аппарат Гольджи, а затемпереносятся в клатриновых транспортных пузырьках из транс-сети Гольджив поздние эндосомы.Лизосомальные гидролазы содержат N-связанные олигосахариды, которыеуникальным образом ковалентно модифицируются в цис-сети Гольджи таким образом, что их остатки маннозы фосфорилируются.
Эти маннозо-6-фосфатные(М6P) группы узнаются белком-рецептором М6P, который отбирает гидролазыи упаковывает их в отпочковывающиеся транспортные везикулы, доставляющие свое содержимое в эндосомы. Рецепторы М6P циркулируют между транссетью Гольджи и этими эндосомами. Низкий pH эндосом и удаление фосфатас группы М6P вызывает диссоциацию лизосомальных гидролаз от рецепторов,что делает транспорт гидролаз однонаправленным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
