Eksocytose - Exocytosis

For betydningen av "eksocytose" i dermatopatologi, se eksocytose (dermatopatologi) .
Eksocytose av nevrotransmittere til en synapse fra nevron A til nevron B.
  1. Mitokondrion
  2. Synaptisk vesikkel med nevrotransmittere
  3. Autoreceptor
  4. Synapse med frigitt nevrotransmitter ( serotonin )
  5. Postsynaptiske reseptorer aktivert av nevrotransmitter (induksjon av et postsynaptisk potensial)
  6. Kalsiumkanal
  7. Eksocytose av en vesikkel
  8. Gjenfanget nevrotransmitter

Exocytose ( / ˌ ɛ k s oʊ s aɪ t oʊ s ɪ s / ) er en form for aktiv transport og bulktransport , hvor en celle tran molekyler (f.eks, nevrotransmittere og proteiner ) ut av cellen ( exo- + cytosis ) . Som en aktiv transportmekanisme krever eksocytose bruk av energi for å transportere materiale. Eksocytose og dens motpart, endocytose , brukes av alle celler fordi de fleste kjemiske stoffer som er viktige for dem, er store polare molekyler som ikke kan passere gjennom den hydrofobe delen av cellemembranen med passive midler. Eksocytose er prosessen der en stor mengde molekyler frigjøres; dermed er det en form for bulk transport. Eksocytose skjer via sekretoriske portaler ved cellemembranen kalt porosomer . Porosomer er en permanent koppformet lipoproteinstruktur ved cellens plasmamembran, hvor sekretoriske vesikler midlertidig legger til og smelter for å frigjøre intra-vesikulært innhold fra cellen.

Ved eksocytose bæres membranbundne sekretoriske vesikler til cellemembranen , hvor de legger til og smelter ved porosomer og innholdet (dvs. vannløselige molekyler) skilles ut i det ekstracellulære miljøet. Denne sekresjonen er mulig fordi vesikelen midlertidig smelter sammen med plasmamembranen. I sammenheng med nevrotransmisjon frigjøres nevrotransmittere vanligvis fra synaptiske vesikler inn i den synaptiske kløften via eksocytose; imidlertid kan nevrotransmittere også frigjøres via revers transport gjennom membrantransportproteiner .

Eksocytose er også en mekanisme der celler kan sette inn membranproteiner (for eksempel ionekanaler og celleoverflatereseptorer ), lipider og andre komponenter i cellemembranen. Vesikler som inneholder disse membrankomponentene smelter fullstendig sammen med og blir en del av den ytre cellemembranen.

Historie

Begrepet ble foreslått av De Duve i 1963.

Typer

I eukaryoter er det to typer eksocytose: 1) Ca 2+ utløst ikke-konstitutiv (dvs. regulert eksocytose) og 2) ikke-Ca 2+ utløst konstitutiv (dvs. ikke-regulert). Ca 2+ utløst ikke-konstitutiv eksocytose krever et eksternt signal, et spesifikt sorteringssignal på vesiklene, et clathrin- strøk, samt en økning i intracellulært kalsium. I flercellede organismer starter denne mekanismen mange former for intercellulær kommunikasjon som synaptisk overføring, hormonsekresjon av nevroendokrine celler og immunceller sekresjon. I nevroner og endokrine celler katalyserer SNARE-proteinene og SM-proteinene fusjonen ved å danne et kompleks som bringer de to fusjonsmembranene sammen. For eksempel, i synapser, dannes SNARE-komplekset av Syntaxin-1 og SNAP25 ved plasmamembranen og VAMP2 ved vesikelmembranen. Eksocytose i neuronale kjemiske synapser utløses Ca 2+ og tjener internuronal signalering. Kalsiumsensorene som utløser eksocytose kan samhandle enten med SNARE -komplekset eller med fosfolipidene i fusjonsmembranene. Synaptotagmin har blitt anerkjent som den viktigste sensoren for Ca 2+ utløst eksocytose hos dyr. Imidlertid er synaptotagminproteiner fraværende i planter og encellede eukaryoter. Andre potensielle kalsiumsensorer for eksocytose er proteiner som inneholder EF-håndproteiner (eks: Calmodulin) og C2-domene (eks: Ferlins, E-synaptotagmin, Doc2b). Det er uklart hvordan de forskjellige kalsiumsensorene kan samarbeide sammen og formidle den kalsiumutløste eksocytosekinetikken på en bestemt måte.

Konstitutiv exocytose utføres av alle celler og tjener frigjøring av komponentene i ekstracellulære matriks eller levering av nylig syntetiserte membranproteiner som er innlemmet i plasmamembranen etter sammensmeltningen av transport vesikkel . Det er ingen klar enighet om maskineriet og molekylære prosesser som driver dannelse, spiring, translokasjon og fusjon av post-Golgi-vesiklene til plasmamembranen. Fusjonen innebærer membranbinding (gjenkjenning) og membransmelting. Det er fortsatt uklart om maskineriet mellom den konstituerende og regulerte sekresjonen er annerledes. Maskinen som kreves for konstitutiv eksocytose har ikke studert så mye som mekanismen for regulert eksocytose. To tettingkomplekser er assosiert med konstitutiv eksocytose hos pattedyr, ELKS og Exocyst. ELKS er et stort spoleprotein, også involvert i synaptisk eksocytose, som markerer 'hotspots' fusjonspunkter for sekretoriske bærere fusjon. Exocyst er et oktamerisk proteinkompleks. Hos pattedyr lokaliseres eksocystkomponenter i både plasmamembranen, og Golgi-apparatet og eksocystproteinene blir kolokalisert ved fusjonspunktet for post-Golgi-vesiklene. Membransmeltingen av den konstituerende eksocytosen medieres sannsynligvis av SNAP29 og Syntaxin19 ved plasmamembranen og YKT6 eller VAMP3 ved vesikelmembranen.

Vesikulær eksocytose hos prokaryote gramnegative bakterier er en tredje mekanisme og siste funn i eksocytose. Periplasma klemmes av som bakterielle ytre membranvesikler (OMV) for å translokere mikrobielle biokjemiske signaler til eukaryote vertsceller eller andre mikrober i nærheten, og oppnå kontroll over den utskillende mikroben på miljøet - inkludert invasjon av vert, endotoksemi, konkurrerer med andre mikrober om ernæring, etc. Dette funnet av membranvesikkelhandel som forekommer ved vert-patogen-grensesnittet , avliver også myten om at eksocytose rent utelukkende er et eukaryot cellefenomen.

Trinn

Molekylært maskineri som driver eksocytose ved frigjøring av nevromediatorer. Kjernen SNARE-komplekset er dannet av fire α-helixer bidratt med synaptobrevin, syntaxin og SNAP-25, synaptotagmin fungerer som en kalsiumsensor og regulerer intimt SNARE-glidelåsen.

Fem trinn er involvert i eksocytose:

Trafikkhandel med vesker

Enkelte vesikkeltrinnstrinn krever transport av en vesikkel over en moderat liten avstand. For eksempel vil vesikler som transporterer proteiner fra Golgi -apparatet til celleoverflaten sannsynligvis bruke motorproteiner og et cytoskjeletspor for å komme nærmere målet. Før tetting ville ha vært hensiktsmessig, ville mange av proteinene som ble brukt til den aktive transporten i stedet blitt satt for passiv transport, fordi Golgi -apparatet ikke krever ATP for å transportere proteiner. Både aktin- og mikrotubuli-basen er involvert i disse prosessene, sammen med flere motoriske proteiner . Når vesiklene når sine mål, kommer de i kontakt med bindingsfaktorer som kan holde dem tilbake.

Festing av vesikler

Det er nyttig å skille mellom den første, løse bindingen av vesikler til deres mål fra de mer stabile, pakningsinteraksjoner . Tethering innebærer koblinger over avstander på mer enn omtrent halvparten av diameteren til en vesikkel fra en gitt membranoverflate (> 25 nm). Tethering -interaksjoner vil sannsynligvis være involvert i å konsentrere synaptiske vesikler ved synapsen .

Tethered vesicles er også involvert i vanlige celles transkripsjonsprosesser.

Forankring av kjøretøy

Sekretoriske vesikler forankrer og smelter midlertidig ved porosomet ved cellens plasmamembran, via et tett t-/v-SNARE-ringkompleks.

Vesicle priming

Ved neuronal eksocytose har begrepet priming blitt brukt for å inkludere alle de molekylære omorganiseringene og ATP-avhengige protein- og lipidmodifikasjoner som finner sted etter første dokking av en synaptisk vesikkel, men før eksocytose, slik at tilstrømningen av kalsiumioner er alt som er nødvendig for å utløse nesten umiddelbar frigjøring av nevrotransmitter . I andre celletyper, hvis sekresjon er konstitutiv (dvs. kontinuerlig, kalsiumionuavhengig, ikke-utløst) er det ingen priming.

Vesikkelfusjon

Ytterligere informasjon: Vesicle fusion
I den lipidforede poreteorien krummer begge membraner mot hverandre for å danne den tidlige fusjonsporen. Når de to membranene bringes til en "kritisk" avstand, setter lipidhodegruppene fra den ene membranen inn i den andre, og danner grunnlaget for fusjonsporen.

Forbigående vesikelfusjon drives av SNARE -proteiner, noe som resulterer i frigjøring av vesikkelinnhold i det ekstracellulære rommet (eller i tilfelle av nevroner i den synaptiske kløften).

Sammenslåingen av giver og akseptormembraner utfører tre oppgaver:

  • Overflaten på plasmamembranen øker (ved overflaten av den smeltede vesikelen). Dette er viktig for regulering av cellestørrelse, f.eks. Under cellevekst.
  • Stoffene i vesikelen frigjøres til utsiden. Dette kan være avfallsstoffer eller toksiner , eller signalmolekyler som hormoner eller nevrotransmittere under synaptisk overføring .
  • Proteiner som er innebygd i vesikelmembranen er nå en del av plasmamembranen. Siden av proteinet som vendte mot innsiden av vesikelen vender nå ut mot utsiden av cellen. Denne mekanismen er viktig for regulering av transmembran og transportører.

Henting av vesikler

Hentning av synaptiske vesikler skjer ved endocytose . De fleste synaptiske vesikler resirkuleres uten full fusjon inn i membranen ( kyss-og-løp-fusjon ) via porosom . Ikke-konstitutiv eksocytose og påfølgende endocytose er prosesser som bruker mye energi, og er derfor avhengige av mitokondrier .

Undersøkelse av celler etter sekresjon ved bruk av elektronmikroskopi viser økt tilstedeværelse av delvis tomme vesikler etter sekresjon. Dette antydet at under sekretorisk prosess er bare en del av det vesikulære innholdet i stand til å gå ut av cellen. Dette kunne bare være mulig hvis vesikelen midlertidig skulle etablere kontinuitet med cellens plasmamembran ved porosomer , utvise en del av innholdet, deretter løsne, forsegle og trekke seg tilbake i cytosolen (endocytose). På denne måten kan sekretorisk vesikkel gjenbrukes for påfølgende runder med ekso-endocytose, helt til den er tom for innholdet.

Se også

Referanser

Eksterne linker