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 .

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

Az exocitózist neuromediator felszabadulásban hajtó molekuláris gépezet. A mag SNARE komplexet négy α-hélix alkotja, amelyeket a szinaptobrevin, a szintaxin és az SNAP-25 járul hozzá. A szinaptotagmin kalcium érzékelőként szolgál, és szorosan szabályozza a SNARE cipzárat.

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 lipidekkel bélelt póruselméletben mindkét membrán egymás felé görbül, hogy kialakuljon a korai fúziós pórus. Amikor a két membrán "kritikus" távolságra kerül, az egyik membránból a lipid fejcsoportok beilleszkednek a másikba, megalapozva a fúziós pórusokat.

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

Hivatkozások