Часть 3 (1129751), страница 91
Текст из файла (страница 91)
Окаймленные COPI-пузырьки и COPII-пузырьки транспортируютвещества на ранних этапах секреторного пути: COPII-пузырьки отпочковываютсяот ЭР, а COPI-пузырьки — от компартмента Гольджи (см. рис. 13.5). Сначаламы обсудим клатриновые пузырьки, поскольку на их примере хорошо видно, какформируются везикулы.Основным белковым компонентом клатриновых везикул является сам клатрин.Каждая субъединица белка состоит из трех больших и трех маленьких полипептидных цепей, вместе образующих трехлопастную структуру, носящую названиетрискелион.
Клатриновые трискелионы собираются в похожую на корзинку выпуклую сеть шестиугольников и пятиугольников, образующую окаймленную ямкуна цитоплазматической поверхности мембраны (рис. 13.6). В подходящих условияхизолированные трискелионы в пробирке самопроизвольно собираются в характерные1290 Приложение 13.1. Подходы к изучению молекулярных механизмов везикулярноготранспортаПриложение к главе 13 12771278Часть IV.
Внутренняя организация клеткиРис. 13.5. Использование различного окаймления в везикулярном транспорте. Разные белки каймыулавливают разный груз и придают форму транспортным пузырькам, опосредующим разные этапы биосинтетического секреторного и эндоцитозного путей.
Когда одинаковые белки каймы функционируютв различных областях клетки, они обычно несут разные субъединицы, модифицирующие их свойства(не показано). Многие дифференцированные клетки обладают, помимо показанных здесь, дополнительными путями, включая путь сортировки из транс-цистерн Гольджи на апикальную поверхностьэпителиальных клеток и специализированный путь рециркуляции белков синаптических пузырьковв синапсах нейронов.многоугольные сети, даже в отсутствие мембранных пузырьков, которые эти «корзинки» обычно окружают (рис. 13.7). Таким образом, клатриновые трискелионыопределяют геометрию клатриновой оболочки.Адаптерные белки, еще один важный компонент оболочки клатриновыхпузырьков, образуют второй слой, располагающийся между клатриновой сетьюи мембраной.
Они связывают клатриновую оболочку с мембраной и иммобилизуютразличные трансмембранные белки, включая трансмембранные рецепторы, захватывающие молекулы груза — так называемые рецепторы груза. Таким образом,определенный набор трансмембранных белкови взаимодействующих с ними растворимых белков упаковывается в каждую новообразованнуюклатриновую везикулу (рис. 13.8).Рис. 13.6.
Клатриновые ямки и пузырьки. На электронноймикрофотографии, полученной после быстрой заморозкии глубокого травления, видны многочисленные клатриновые ямки и пузырьки на внутренней поверхности плазматической мембраны фибробластов в культуре. Для экспонирования цитоплазматической поверхности плазматическоймембраны использовали быструю заморозку жидким гелием, фракционирование и глубокое травление. (Из J. Heuser, J. Cell Biol. 84: 560–583, 1980.
С любезного разрешенияиздательства The Rockefeller University Press.)Глава 13. Внутриклеточный везикулярный транспорт 1279Рис. 13.7. Структура клатриновой оболочки. (а) Электронная микрофотография клатриновых трискелионов, полученная методом напыления платины.
Каждый трискелион состоит из трех тяжелых цепейклатрина и трех легких цепей клатрина, как показано на (б). (в и г) Криоэлектронная микрофотографияклатриновой оболочки, состоящей из 36 трискелионов, объединенных в сеть из 12 пятиугольникови 6 шестиугольников с обозначенными тяжелыми (в) и легкими (г) цепями. Переплетенные лопастиклатриновых трискелионов образуют внешнюю оболочку, в которую входят N-концевые домены трискелионов внутреннего слоя, видные на открытых участках. Именно внутренний слой взаимодействуетс адаптерными белками, показанными на рис. 13.8.
Несмотря на то что показанная здесь оболочка слишком мала, чтобы образовать везикулу, клатриновые оболочки пузырьков устроены сходным образоми состоят из 12 пятиугольников и большего числа шестиугольников, напоминая по форме футбольныймяч. (а, из E. Ungewickell and D. Branton, Nature 289: 420–422, 1981; в и г, из A. Fotin et al., Nature 432:573–579, 2004. Все с любезного разрешения издательства Macmillan Publishers Ltd.)Существует несколько типов адаптерных белков. Наиболее полно охарактеризованы белки, состоящие из четырех разных белковых субъединиц; другиепредставляют собой одноцепочечные белки. Каждый тип адаптерных белков специфичен к определенному набору рецепторов груза, и их использование приводитк формированию различных клатриновых пузырьков.
Клатриновые пузырьки,отшнуровывающиеся от различных мембран, используют различные адаптерныебелки и, следовательно, несут различные рецепторы и молекулы груза.Последовательная сборка адаптерных комплексов и клатриновой оболочкина цитоплазматической поверхности мембраны создает силы, приводящие к образованию клатриновых пузырьков. Латеральные взаимодействия между адаптернымикомплексами и молекулами клатрина способствуют образованию везикулы.13.1.3. Не все оболочки образуют корзиноподобную структуруНе все оболочки такие же упорядоченные и универсальные, как клатриновыеи COP.
Некоторые оболочки, скорее, представляют собой специализированныебелковые комплексы, формирующие специфичные к определенным грузам «бляшки». Примером является ретромер, который собирается на эндосомах и образуетвезикулы, которые возвращают рецепторы кислых гидролаз, например рецепторманнозо-6-фосфата, в аппарат Гольджи (рис. 13.9). Позже мы рассмотрим рольэтих рецепторов в доставке белков в новые лизосомы.1280Часть IV. Внутренняя организация клеткиРис. 13.8. Сборка и разборка клатриновой оболочки. Сборка оболочки придает изгиб мембране, который, в свою очередь, ведет к образованию одинаковых по размеру окаймленных бугорков.
Адаптерныебелки связывают клатриновые трискелионы и связанные с мембраной рецепторы «груза», опосредуяселективную упаковку мембранных молекул и молекул «груза» в везикулу. Клатриновая оболочка быстросбрасывается после образования пузырька.Ретромер — это мультибелковый комплекс, который собирается на мембранахэндосом, только когда:1) он способен связаться с цитоплазматическими хвостами рецепторов груза,2) он может напрямую взаимодействовать с изогнутым фосфолипидным бислоем, и3) он может связаться со специфическим фосфорилированным фосфатидилинозитольным липидом (фосфоинозитидом), который, как мы обсудим ниже,служит маркером эндосом.Поскольку эти три условия должны выполняться одновременно, предполагается, что ретромер служит детектором совпадений и собирается тольков правильное время и в правильном месте.
После связывания в форме димера онстабилизирует изгиб мембраны, что увеличивает вероятность связывания рядомдополнительных ретромеров. Затем кооперативная сборка ретромеров приводитк образованию и отшнуровыванию транспортного пузырька, который доставляетсвой груз в аппарат Гольджи.Адаптерные белки, присутствующие в клатриновых оболочках, также связываются с фосфоинозитидами, которые не только играют важную роль в управлениитем, когда и где оболочки собираются в клетке, но также более широко используютсяв качестве молекулярных маркеров компартментов, что способствует регуляциивнутриклеточного транспорта.13.1.4. Фосфоинозитиды маркируют органеллы и мембранныедоменыНесмотря на то что инозитольные фосфолипиды обычно составляют менее 10 %всех фосфолипидов мембраны, они выполняют важные регуляторные функции.
ОниГлава 13. Внутриклеточный везикулярный транспорт 1281Рис. 13.9. Модель сборки ретромеров на эндосомальных мембранах. Четыре субъединицы ретромера,SNX1, VPS29, VPS35 и VPS26, образуют окаймленные домены на эндосомальных мембранах. Они захватывают молекулы груза, включая трансмембранные белки, например рецепторы кислых гидролаз,в везикулы, возвращающиеся в транс-сеть Гольджи. VPS35 связывается с цитоплазматическими хвостамитранспортируемых трансмембранных белков.
Белок SNX1 содержит несколько разных белковых модулей: домен PX, связывающийся с фосфорилированным фосфоинозитолом PI(3)P, и домен BAR, которыйопосредует димеризацию и прикрепление к изогнутым мембранам. Домены PX и BAR — белковыемодули, встречающиеся у многих белков, в которых они выполняют сходные функции. За исключениемPI(3)P, который увеличен для наглядности, мембрана и остальные компоненты изображены в масштабе.(Адаптировано из J. S. Bonifacino and R. Rojas, Nat.
Rev. Mol. Cell Biol. 7: 568–579, 2006. С любезного разрешения издательства Macmillan Publishers Ltd.)претерпевают быстрые циклы фосфорилирования и дефосфорилирования в положениях 3´, 4´ и 5´ своей инозитольной углеводной головной группы с образованиемразличных типов фосфоинозитидов (PIP). Взаимопревращение фосфоинозитола(PI) и PIP компартментализовано: разные органеллы в эндоцитозном и биосинтетическом секреторном путях несут разные наборы PI- и PIP-киназ и PIP-фосфатаз(рис. 13.10).
Распределение, регуляция и локальное равновесие этих ферментовопределяют стационарное распределение всех разновидностей PIP. В результатераспределение PIP изменяется от органеллы к органелле и зачастую в пределахнепрерывной мембраны от одной ее области к другой, разбивая ее на специализированные мембранные домены.Многие белки, принимающие участие в различных этапах везикулярноготранспорта, содержат домены, с высокой специфичностью связывающиеся с головными группами определенных PIP, отличая одну фосфорилированную формуот другой.
Таким образом, локальная регуляция PI- и PIP-киназ и PIP-фосфатазможет использоваться для быстрой регуляции сайтов связывания белков с мембраной или мембранным доменом. Синтез определенного типа PIP рекрутирует белки,содержащие подходящие PIP-связывающие домены. Затем PIP-связывающие белки1282Часть IV. Внутренняя организация клеткиРис. 13.10. Фосфатидилинозитол (PI) и фосфатидилинозитиды (PIP).
(а, б) На структуре PI видны трисвободные гидроксильные группы, которые, в принципе, могут быть модифицированы. (в) Фосфорилирование одной, двух или трех гидроксильных групп PI PI- или PIP-киназами формирует разнообразие видовPIP. Их названия составляют путем добавления к PI положения фосфатных групп в кольце (в скобках) и ихчисла (нижний индекс). Показан PI(3,4)P2.
(г) В животных клетках содержится несколько PI- и PIP-кинази такое же число PIP-фосфатаз, которые локализированы в разных органеллах, где они регулируютсяи катализируют синтез определенных PIP. Красными и зелеными стрелками показаны реакции кинази фосфатаз соответственно.
(д, е) Фосфоинозитидные головки узнают белковые домены, способныеразличать разные виды PIP. Таким образом, определенные группы белков, содержащие такого родадомены, рекрутируются в области мембраны, где присутствуют эти фосфоинозитиды. Показаны PI(3)Pи PI(4,5)P2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
