Vezikula fúzió - Vesicle fusion
A vezikula fúziója a vezikulum egyesülése más vezikulákkal vagy a sejtmembrán egy részével . Ez utóbbi esetben ez a szekréciós vezikulák szekréciójának végső szakasza , ahol tartalmuk exocitózis útján távozik a sejtből . A vezikulák más célsejt-rekeszekkel is összeolvadhatnak, például lizoszómával . Az exocitózis akkor fordul elő, amikor a szekréciós vezikulák átmenetileg kikötnek és összeolvadnak a csésze alakú struktúrák tövében a sejtplazma membránjánál, az úgynevezett poroszómán , a sejtek univerzális szekréciós mechanizmusán. A vezikulák fúziója a SNARE fehérjéktől függhet megnövekedett intracelluláris kalcium (Ca 2+ ) koncentráció jelenlétében .
Kiváltók
A vezikulum fúzióját kiváltó ingerek az intracelluláris Ca 2+ növelésével hatnak .
- A szinaptikus vezikulák a szinapszist elérő idegi impulzus révén hajtják végre a vezikulák fúzióját , aktiválva a feszültségfüggő kalciumcsatornákat , amelyek a Ca 2+ beáramlását okozzák a sejtbe.
- Az endokrin rendszerben sok hormon szabadul fel azáltal, hogy felszabadító hormonjaik kötődnek a G fehérjéhez kapcsolt receptorokhoz , amelyek a G q alfa alegységhez kapcsolódnak , aktiválva az IP3 / DAG utat a Ca 2+ növelésére . Példák erre a mechanizmusra:
Modellrendszerek
Az egyetlen foszfolipidből vagy keverékből álló modellrendszereket fizikai kémikusok tanulmányozták. A kardiolipin főleg a mitokondriális membránokban található meg, a kalciumionok pedig fontos szerepet játszanak a mitokondrium által közvetített légzési folyamatokban . Az érintett erőket feltételezték, hogy ezt a folyamatot a kisebb szupramolekuláris egységek agglomerációjának magképződésével vagy a biomembránok szerkezetének fázisváltozásaival magyarázzák.
Mechanizmusok
Szinaptikus hasadékfúzió
A szinaptikus vezikulák fúziójában a vezikulának néhány nanométeres távolságon belül kell lennie a célmembrántól a fúziós folyamat megkezdéséhez. Ez a közelség lehetővé teszi a sejtmembrán és a vezikulum lipidcserét, amelyet bizonyos fehérjék közvetítenek, amelyek eltávolítják a képződő csomópont közötti vizet. Amint a vezikula helyzetbe kerül, meg kell várnia, amíg a Ca 2+ bejut a sejtbe az akciós potenciálnak a preszinaptikus membránra történő terjedésével . A Ca 2+ specifikus fehérjékhez kötődik, amelyek közül az egyik a Synaptotagmin , az idegsejtekben, ami kiváltja a hólyag teljes fúzióját a célmembránnal .
A SNARE fehérjékről azt is feltételezik, hogy segítenek közvetíteni, hogy melyik hólyag melyik membrán a célpontja.
SNARE fehérje és pórusképződés
A SNARE-k összeszerelése a "transz" komplexekbe valószínűleg áthidalja a sejtek és a szekréciós granulátumhoz tartozó membránok egymással szemben lévő lipid kettős rétegeit , közelebb hozza őket és előidézi fúziójukat. A kalcium beáramlása a sejtbe beindítja az összeszerelési reakció befejeződését, amelyet a feltételezett kalciumérzékelő, a szinaptotagmin , a membrán lipidjei és / vagy a részben összeállított SNARE komplex kölcsönhatása közvetít .
Az egyik hipotézis feltételezi a SNARE komplexben lévő Complexin molekulát és annak kölcsönhatását a szinaptotagmin molekulával. A "clamp" hipotézisként ismert komplex jelenléte általában gátolja a vezikulum fúzióját a sejtmembránnal. A kalciumionok kötődése a szinaptotagminhoz azonban a komplex felszabadulását vagy inaktiválását váltja ki, így a vezikulum szabadon összeolvadhat.
A "cipzáras" hipotézis szerint a komplex összeállítás a SNARE motívumok N-terminális részein kezdődik, és a C-vég felé halad, amely lehatárolja a kölcsönhatásba lépő fehérjéket a membránokban. A "transz" -SNARE komplex képződése egy SNAP-25-ből és szintaxin-1-ből álló köztes komplexen keresztül megy végbe, amely később befogadja a szinaptobrevin-2-t (az idézett szintaxin és szinaptobrevin izotípusok részt vesznek a neuron neuromediator felszabadulásában).
A kapott cisz-SNARE komplex stabilitása alapján feltételezték, hogy az összeszerelési folyamat során felszabaduló energia eszközként szolgál a membránok közötti taszító erők leküzdésére. Számos modell javasolja egy későbbi lépés magyarázatát - a szár és a fúziós pórusok kialakulását, de ezeknek a folyamatoknak a pontos jellege továbbra is vitatott. A fúziós pórusképzés két legkiemelkedőbb modellje a lipiddel bélelt és a fehérjével bélelt fúziós póruselmélet.
Lipidekkel bélelt fúziós póruselmélet
A fúziós pórusképzés egyik lehetséges modellje a lipid-vonal póruselmélet. Ebben a modellben, miután a membránok a SNARE komplexum "cipzár" mechanizmusán keresztül kellően közel kerültek egymáshoz , a membránfúzió spontán történik. Kimutatták, hogy amikor a két membrán kritikus távolságra kerül, lehetséges, hogy egy membrán hidrofil lipid fejcsoportjai egyesüljenek az ellentétes membránnal. A lipidekkel bélelt fúziós pórusmodellben a SNARE komplexum állványként működik, húzza a membránt, és mindkét membrán megrándul, így elérhetik a kritikus fúziós távolságot. Amint a két membrán összeolvadni kezd, lipidekkel bélelt szár képződik, amely sugárirányban kifelé tágul, ahogy a fúzió halad.
Míg a lipidekkel bélelt pórus lehetséges, és mindazokat a tulajdonságokat képes elérni, amelyek a korai pórusképződésnél megfigyelhetők, nem áll rendelkezésre elegendő adat annak igazolására, hogy ez az egyetlen képződési módszer. Jelenleg nem javasolt a sejtek közötti szabályozás mechanizmusa a lipidekkel bélelt pórusok ingadozásához, és ezeknek lényegesen nehezebb lenne olyan hatásokat produkálniuk, mint a "kiss-and-run", fehérjével bélelt társaikhoz képest. A lipidekkel bélelt pórusok hatékonysága szintén nagymértékben függ mindkét membrán összetételétől, és sikere vagy sikertelensége a rugalmasság és a merevség változásával nagyban változhat.
Fehérjével bélelt fúziós póruselmélet
A fúziós pórusképzés másik lehetséges modellje a fehérjével bélelt póruselmélet. Ebben a modellben, miután a szinaptotagmin kalciummal aktiválódott , több SNARE komplex gyûjtõ szerkezetet alkot , a szinaptobrevin képezi a vezikulum membránjában a pórust, a Syntaxin pedig a sejt membránjában a pórust. Amint a kezdeti pórus kitágul, mindkét kétréteg lipidjeit tartalmazza, ami végül a két membrán teljes fúzióját eredményezi. A SNARE komplex sokkal aktívabb szerepet játszik a fehérjével bélelt póruselméletben; mivel a pórus kezdetben teljes egészében SNARE fehérjékből áll, a pórus könnyen képes átjutni a sejtek közötti szabályozáson, így könnyen elérhetővé válnak az ingadozás és a "csók és fuss" mechanizmusok.
Egy fehérjével bélelt pórus tökéletesen megfelel a korai fúziós pórus összes megfigyelt követelményének, és bár néhány adat alátámasztja ezt az elméletet, nem áll rendelkezésre elegendő adat ahhoz, hogy ezt a fúzió elsődleges módszerének nyilvánítsák. Egy fehérjével bélelt pórushoz legalább öt másolat szükséges a SNARE komplexből, miközben a fúziót csak kettővel figyelték meg.
Mindkét elméletben a SNARE komplex funkciója nagyrészt változatlan, és a teljes SNARE komplex szükséges a fúzió elindításához. Bizonyított azonban, hogy az in vitro Syntaxin önmagában elegendő a v-SNARE-ket tartalmazó szinaptikus vezikulumok spontán kalciumfüggetlen fúziójának előidézésére. Ez arra utal, hogy a Ca 2+ -függő neuronális exocitózisban a szinaptotagmin kettős szabályozó, Ca 2+ -ionok hiányában gátolja a SNARE-dinamikát, míg Ca 2+ -ionok jelenlétében agonistaként működik a membránfúziós folyamatban.
Kiss-and-run hipotézis
A szinaptikus vezikulákban egyes neurokémikusok azt sugallják, hogy a vezikulák esetenként előfordulhat, hogy nem teljesen olvadnak össze a preszinaptikus membránokkal, amikor a neurotranszmitter felszabadul a szinaptikus hasadékba . A vita abban rejlik, hogy az endocitózis mindig bekövetkezik-e a vezikulák megújulásában a neurotranszmitter felszabadulása után. A vezikulák tartalmának extracelluláris folyadékba történő felszabadulásának másik javasolt mechanizmusát kiss-and-run fúziónak nevezzük .
Bizonyos jelek szerint a vezikulák csak kis pórust alkothatnak a preszinaptikus membránban, ezáltal a tartalom rövid ideig standard diffúzióval szabadulhat fel, mielőtt visszavonulna a preszinaptikus sejtbe. Ez a mechanizmus a klathrin által közvetített endocitózis körül járhat . Javasoljuk továbbá, hogy a vezikulának nem kell visszatérnie az endoszómához az újratöltéshez, bár nem teljesen érthető, hogy melyik mechanizmussal töltené fel. Ez nem zárja ki a vezikulák teljes fúzióját, csak azt állítja, hogy mindkét mechanizmus működhet szinaptikus hasadékokban.
Kimutatták, hogy a "csók és fuss" az endokrin sejtekben fordul elő, bár a szinaptikus résekben még nem volt közvetlen tanúja.
Lásd még
- CSAPDA
- Preszinaptikus aktív zóna
- A membránfúziós vizsgálatokban mesterséges sejtek modelljeként használt liposzómák