Sekreční dráha a endocytóza
(vesikulární transport)
Charakteristika pojmů
endocytóza
pinocytóza
fagocytóza
exocytóza
sekrece
endocytóza
exocytóza
Polarizovaná sekreční buňka
Sekreční organely – ER, GA a sekreční váčky - jsou
uspořádány polárně a sekret je uvolňován do lumina žlázy
Při sekreci se plocha PM
zvětšuje o plochu membrán
sekrečních váčků (u
sekrečních buněk pankreatu
až o 140% za 1 hod). Plocha
PM se tedy musí redukovat, a
to endocytózou.
Kompartmenty sekreční dráhy:
ER → GA → vesikly
Kompartmenty endocytózové dráhy:
endosomy → lysosomy (vakuoly v
rostlinných buňkách a v buňkách hub)
Jak byla objevena sekreční dráha?
- ve žlázových buňkách jsou tyto sekreční
kompartmenty abundantní
- izotopové techniky prokázaly že po pulse-chase
je radoaktivita nejprve nad ER, pak GA a pak u povrchu
v zymogeních granulích
Vědecké problémy k řešení:
1. Jak je kontrolován postup sekrečního produktu po sekreční dráze?
2. Jaký je molekulární mechanizmus spuštění endocytózy a exocytózy?
3. Jak jsou funkčně svázány procesy endocytózy a exocytózy?
U kvasinek S.cerevisiae byly
detekovány geny, jejichž produkty
jsou potřebné pro průběh sekrece.
Mutací těchto genů je blokována
sekreční dráha v místě, kde schází
genový produkt
Randy Schekman
James E. Rothman , Randy W. Schekman a Thomas C. Südhof
„za objevy strojů regulujících pohyb vezikul, hlavního transportního systému v našich
buňkách“ (Nobelova cena za medicínu a fyziologii 2013).
Geny kontrolující průběh sekreční dráhy v kvasinkové buňce
– termosensitivní mutanty, zastavující sekreční dráhu na vyznačených
místech z důvodu termolability proteinu
Sekreční mutanta S. cerevisiae
sec 18, transfer 25 0C do 37 0C
240C 370C
Sekreční mutanta S. cerevisiae
sec 7
Transfer z 25 0C do 37 0C
240C 370C
Sekreční mutanty kvasinek:
ts sec 1, 24 oC → 37 oC
370C 240C
Jak jsou geny (genové produkty)seřazeny
podél sekreční dráhy ?
křížení: α sec 18 x β sec 7 → blok ER
sec 18 - blok ER
sec 7 - blok GA
křížení: α sec 7 x β sec 1 → blok GA
sec 1 – blok VES
sec 7- blok GA
Produkty genů zasahují do
sekreční dráhy v pořadí:
sec 18 → sec 7 → sec 1
Jaký význam má pasáž přes sekreční
kompartmenty?
Kvasinky secernují mannanproteiny, které se ukládají ve stěně,
např. invertáza MV 270 000, z toho 55% je mannan
Při izolaci ER ze sec 18 byla zjištěna invertáza s malým obsahem
mannanu.
Při izolaci GA ze sec 7 zjištěna invertáza plně glykosylována.
Proteinová část invertázy je tedy syntetizována v ER, kde je i
částečně glykosylována. Glykosylace tohoto glykoproteinu je
dokončena v GA.
Proteiny, potřebné k exocytóze sekrečního váčku (post-Golgi
secretory vesicle), definované na základě genetické analýzy
sekrečních mutant
Jak se izolují sec mutanty?
Jestliže syntéza bílkovin pokračuje, ale sekrece je zastavena, vzrůstá
specifická hmotnost buněk a v hustotním gradientu jsou těžší.
Z frakce těžších buněk se případně izolují teplotně senzitivní mutanty: v
pokojové teplotě 250C probíhá sekrece proteinů normálně, avšak při zvýšení
kultivační teploty na 370C je sekrece zastavena na tom místě, kde schází
teplotě denaturovaný protein.
Exocytosa
Molekulární
mechanizmy fuze
membrány
sekrečního váčku s
plasmatickou
membránou:
interakce
membránových
proteinů startuje
fuzi membrány
Endocytóza: invaginace plasmatické membrány.
Tvorba a odštěpení váčku - endosomu
Účast některých proteinů na vytváření
(assembly) endocytotického měchýřku
Analýza participace genů (genových produktů) na
endocytóze u S. cerevisiae (Drubin)
actin
Současný model molekulárního
mechanizmu endocytózy:
Las17 (WAS) a Myo1 aktivují protein
2/3(Arp2/3). Tento komplex aktivuje
polymerizaci aktinu, kde hrají úlohu
ještě další proteiny. Současně se
organizuje clathrinový obal
měchýřku. Polymerizace aktinu vede
k prohlubování invaginace
plasmatické membrány a oddělení
měchýřku – endosomu.
Množina proteinů, která se podílí
na kontrole polymerace aktinu
Molekulární mechanismy vzniku hereditární
hypercholesterolemie
1.Porucha syntézy
receptorového proteinu na ER
2.Porucha postranslační
modifikace proteinu v GA
3.Porucha vazby receptorového
proteinu s ligandou (LDL – light
density lipoproteins)
4. Porucha shlukování komplexu
receptor-LDL v plasmatické
membráně