Часть 3 (1129751), страница 93
Текст из файла (страница 93)
Плазматическая мембрана, например, относительно плоскаяи жесткая за счет обогащенного холестерином липидного состава и нижележащего кортикального цитоскелета. Таким образом, клатриновые оболочки должныприкладывать значительную силу для образования изгиба, особенно в основаниивыпячивания, где динамин и связанные с ним белки создают крутые изгибы, необходимые для отшнуровывания. С другой стороны, отпочковывание везикулот многих внутриклеточных мембран происходит преимущественно на участках,где мембрана уже изогнута, например на краях цистерн Гольджи или кончикахмембранных трубочек.
На этих участках основной функцией оболочек являетсязахват соответствующего груза, а не деформация мембраны.Транспортные везикулы бывают разных форм и размеров. Когда методамигенной инженерии живые клетки заставляют экспрессировать флуоресцентныемембранные компоненты, в флуоресцентном микроскопе видно, как от эндосоми транс-сети Гольджи непрерывно отходят длинные трубочки. Белки окаймлениясобираются на трубочках и способствуют захвату определенного груза.
Затем трубочки либо втягиваются обратно, либо отшнуровываются при помощи динаминподобных белков и образуют транспортные везикулы. В зависимости от относительной эффективности образования трубочек и процесса отшнуровывания образуютсявезикулы различных форм и размеров. Таким образом, везикулярный транспортне обязательно опосредуется сферическими пузырьками одного размера, в неммогут участвовать большие участки донорной органеллы.Трубочки обладают большим соотношением площади к объему, чем органеллы,из которых они образуются. Таким образом, по сравнению с растворимыми белками они несут большее количество мембранных белков. Как мы обсудим ниже, этосвойство трубочек используется белками сортировки в эндосомах.13.1.8. Белки Rab направляют везикулы к их мишенямЧтобы обеспечить упорядоченный везикулярный транспорт, транспортныепузырьки должны быть высокоселективными при узнавании правильной мембранымишени и слиянии с ней.
За счет разнообразия и плотной упаковки мембранныхсистем в цитоплазме везикула, скорее всего, встретит много потенциальных мембранмишеней, прежде чем найдет нужную. Специфичность узнавания обеспечиваетсятем, что все транспортные везикулы несут поверхностные маркеры, указывающиена их происхождение и тип груза, а мембраны-мишени несут комплементарныерецепторы, связывающие соответствующие маркеры. Этот ключевой процесс зависит от двух типов белков: белки Rab направляют везикулу к определеннымучасткам на правильной мембране-мишени, а белки SNARE опосредуют слияниес липидным бислоем.Белки Rab играют центральную роль в специфичности везикулярного транспорта. Как и рассмотренные ранее рекрутирующие оболочку GTPазы (см.
рис. 13.13),1288Часть IV. Внутренняя организация клеткиони представляют собой мономерные GTPазы. Они формируют самое крупноеподсемейство таких GTPаз, состоящее из более 60 белков. Каждый белок Rab соотнесен с одной или несколькими мембранными органеллами биосинтетическогосекреторного или эндоцитозного пути, и каждая из этих органелл несет по крайнеймере один белок Rab на своей цитоплазматической поверхности (таблица 13.1). Ихкрайне селективное распределение на этих мембранных системах делает белки Rabидеальными молекулярными маркерами для идентификации каждого типа мембраныи направления везикулярного транспорта между ними. Белки Rab могут функционировать на транспортных мембранах, на мембранах-мишенях или и там, и там.Как и рекрутирующие оболочку GTPазы, белки Rab циркулируют междумембраной и цитозолем и регулируют обратимую сборку белковых комплексовна мембране.
В связанном с GDP состоянии они неактивны и связаны с другимбелком (ингибитор диссоциации GDP — Rab-GDP Dissociation Inhibitor, GDI),который делает их растворимыми в цитозоле. В GTP-связанном состоянии они активны и прикреплены к мембране органеллы или транспортной везикулы. Связанныес мембраной Rab-GEF активируют белки Rab как на транспортных везикулах, таки на мембранах-мишенях, поскольку активированные молекулы Rab обычно необходимы с обеих сторон.
Как только Rab связывают GTP и заякориваются в мембранепосредством гидрофобного липидного хвоста, они связывают другие белки, эффекторы Rab, которые ускоряют везикулярный транспорт, укрепляют белок в мембранеи способствуют слиянию (рис. 13.14). Гидролиз GTP определяет концентрациюактивного Rab и, следовательно, концентрацию эффекторов на мембране.В отличие от высококонсервативной структуры белков Rab, структура эффекторов Rab значительно варьирует.
Некоторые эффекторы Rab, например, представляют собой двигательные белки, которые толкают везикулы вдоль актиновыхфиламентов или микротрубочек к мембранам-мишеням. Другие представляют собойсоединительные белки, некоторые из которых несут длинные нитевидные домены,которые способны связывать мембраны на расстоянии 200 нм и более; некоторыесоединительные белки формируют крупные комплексы, связывающие близкорасположенные мембраны. Эффекторы Rab также способны взаимодействоватьс SNARE, сопрягая заякоривание в мембране со слиянием.Одни и те же белки Rab могут связываться с несколькими эффекторами.Объединение белков Rab с их эффекторами на мембране является кооперативным Таблица 13.1 Субклеточная локализация некоторых белков RabБелокRab1Rab2Rab3ARab4/Rab11Rab5ARab5CRab6Rab7Rab8Rab9ОрганеллаЭР и комплекс Гольджицис-сеть Гольджисинаптические пузырьки, секреторные гранулырециркулирующие эндосомыплазматическая мембрана, клатриновые пузырьки, ранние эндосомыранние эндосомысредние и транс-цистерны Гольджипоздние эндосомыранние эндосомыпоздние эндосомы, транс-сеть ГольджиГлава 13.
Внутриклеточный везикулярный транспорт 1289Рис. 13.14. Заякоривание везикулы в мембране-мишени. Эффекторные белки Rab взаимодействуютпосредством активных белков Rab (Rab-GTP, желтые), расположенных в мембране-мишени, в мембране везикул или и там, и там, и устанавливают первую связь между двумя сливающимися впоследствиимембранами. В приведенном здесь примере эффектор Rab представляет собой филаментный соединительный белок (зеленый).
Затем белки SNARE на двух мембранах (красные и голубые) связываютсядля заякоривания везикулы в мембране-мишени и катализируют слияние двух расположенных другнапротив друга мембран.процессом и приводит к образованию крупных специализированных мембранныхдоменов. Rab5, например, собирается на эндосомальных мембранах и опосредуетзахват клатриновых везикул, приходящих из плазматической мембраны. Он рекрутирует соединительные белки, улавливающие прибывающие везикулы. Rab5-GEFсначала рекрутирует Rab5 на эндосому и переводит его в активную GTP-связаннуюформу, которая заякоривается в мембране (рис. 13.15).
Активный Rab5 рекрутируетдополнительные Rab5-GEF в эндосомы, способствуя, таким образом, привлечениюеще большего числа Rab5. Более того, активный Rab5 активирует PI 3-киназу,которая локально превращает PI в PI(3)P, который, в свою очередь, связываетсяс некоторыми эффекторами Rab. Такой тип положительной обратной связи значительно ускоряет процесс сборки и способствует формированию функциональноотличающихся друг от друга доменов в пределах одной непрерывной мембраны.Эндосомальная мембрана — яркий пример того, как различные белки Rabи их эффекторы способствуют формированию множественных мембранных доменов, каждый из которых выполняет свой определенный набор функций.
Такимобразом, когда домен Rab5 принимает прибывающие из плазматической мембранывезикулы, в той же мембране отличные от него домены Rab11 и Rab4 организуютотпочковывание рециркулирующих везикул, которые возвращают белки из эндосомв плазматическую мембрану. После сборки эти домены продолжительное времясосуществуют в мембране.1290Часть IV. Внутренняя организация клеткиРис. 13.15. Образование Rab5 домена на мембране эндосомы.
Rab5-специфический GEF в мембране эндосомы связывает белок Rab5 и вызывает обмен GDP на GTP. Связывание GTP изменяетконформацию белка Rab, делая доступной его амфифильную спираль и ковалентно связаннуюс ней липидную группу, которые вместе заякоривают Rab5-GTP в мембране. Активный Rab5 активирует PI 3-киназу, которая превращает PI в PI(3)P. PI(3)P и активный Rab5 вместе связывают разнообразные эффекторы Rab, содержащие сайты связывания PI(3)P, в числе филамент-ные соединительные белки, улавливающие клатриновые везикулы из плазматической мембраны. АктивныйRab5 также рекрутирует Rab5-GEF, ускоряя сборку Rab5-домена на мембране.Предполагают, что контролируемые циклы гидролиза GTP и обмена GDP на GTP динамически регулируютразмер и активность таких доменов Rab.
В отличие от интегральных белков мембраны SNARE GTP/GDP,обмен, сопряженный с циклом транслокации мембрана/цитозоль, придает аппарату Rab способностьсобираться и разбираться на мембране. Например, во время транспорта из ранних в поздние эндосомы Rab5 может быть замещен Rab7, что приводит к деградации груза. (Адаптировано из M. Zerial andH. McBride, Nat. Rev. Mol. Cell Biol.
2: 107–117, 2001. С любезного разрешения издательства MacmillanPublishers Ltd.)13.1.9. Белки SNARE опосредуют слияние мембранПосле того как транспортный пузырек привязался к мембране, он разгружаетсвое содержимое путем слияния мембран. Чтобы объединиться при слиянии мембран, липидные бислои должны сблизиться на расстояние 1,5 нм. Когда мембранынаходятся на таком близком расстоянии, липиды могут переходить их одного бислояв другой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
