Co jsou endozomy?

Endozomy jsou membránou vázané cytosolické vezikuly se třemi hlavními oddíly, a to časným, pozdním a recyklačním endozomálním oddílem. Endozomy jsou nedílnou součástí endocytického procesu, a hrají tak klíčovou roli v různých fyziologických procesech, jako je příjem živin, třídění a doručování makromolekul a regulace exprese povrchových buněčných receptorů a transportérů.

Kredit obrázku:

Co jsou endozomy?

Eukaryotické buňky pohlcují makromolekuly a další látky z okolního prostředí pomocí endocytózy. Část plazmatické membrány se invaginuje, aby pohltila internalizované látky, které se následně oddělí do buňky a vytvoří vezikulu obsahující internalizované látky.

Tyto vezikuly se pak spojí s časnými endozomy, což je hlavní třídicí kompartment endocytické dráhy. Z časných endozomů jsou internalizované látky buď recyklovány zpět do plazmatické membrány, nebo transportovány do lyzozomů k degradaci.

Rané endozomy obsahují dva typy domén: tubulární a vakuolární. Pozdní endozomy vznikají z vakuolárních domén a nacházejí se v blízkosti jádra. Látky určené k lysozomální degradaci jsou z časných endozomů do pozdních endozomů přenášeny endocytickými nosnými vezikuly.

Transportní vezikuly, které přenášejí lysozomální hydrolázy z trans-Golgiho sítě (TGN), pak fúzují s pozdními endozomy, což vede ke zrání pozdních endozomů v lysozomy. Uvnitř lysozomů katalyzují kyselé hydrolázy rozklad internalizovaných látek.

Část internalizovaných látek se nedostane do pozdních endozomů a rychle se recykluje zpět do plazmatické membrány. Tyto látky jsou přenášeny z třídicího endozomálního kompartmentu do endocytárního recyklačního kompartmentu prostřednictvím tubulů s úzkým průměrem. Látky jsou recyklovány zpět do plazmatické membrány pomocí transportních vezikul, které se oddělují od endozomálních tubulárních domén.

Jaké jsou funkce endozomů?

Endozomy hrají aktivní roli v mnoha důležitých fyziologických procesech. Jednou z hlavních funkcí endozomů je regulace exprese transmembránových receptorů/transportérů.

Signalizace transmembránových receptorů

Vazba ligandu na extracelulární doménu transmembránového receptoru zahajuje kaskádu signalizačních událostí, které jsou nezbytné pro udržení komunikace mezi intracelulárním a extracelulárním prostředím. Po aktivaci ligandy vstupují tyto transmembránové receptory do endozomální dráhy, která určuje osud signálních dějů zprostředkovaných receptorem.

Komplex receptor-ligand, který je určen k internalizaci, je sestaven ve specifické oblasti plazmatické membrány zvané klathrinem obalené jámy. Tyto oblasti se invaginují, aby pohltily komplex receptor-ligand a následně se oddělily od plazmatické membrány a vytvořily vezikuly potažené klathrinem. Tento proces se nazývá endocytóza.

Tyto vezikuly se následně spojují s časnými endozomy, kde probíhá třídění internalizovaného komplexu receptor-ligand. Endozomální sítí zprostředkované nasměrování internalizovaného komplexu k lyzozomální/proteazomální degradaci vede k ukončení signálních dějů zprostředkovaných receptorem; zatímco recyklace receptoru zpět do plazmatické membrány vede k pokračování signálních dějů.

Příjem živin

Dalším příkladem endozomální aktivity zprostředkované receptorem je buněčný příjem cholesterolu prostřednictvím receptoru pro lipoproteiny o nízké hustotě (LDL). V krvi je cholesterol většinou transportován jako LDL a vychytávání LDL eukaryotickými buňkami závisí na vazbě LDL na jeho receptor umístěný v jamkách potažených klathrinem.

Po internalizaci a fúzi do časných endozomů se receptor LDL oddělí od svého ligandu, LDL, a recykluje se zpět do plazmatické membrány, zatímco LDL je transportován do lyzozomů, což vede k degradaci LDL a uvolnění cholesterolu pro buněčné použití. Kyselé prostředí uvnitř časných endozomů usnadňuje proces disociace receptoru a ligandu.

Přenos nervových impulzů

Endozomy jsou důležité pro regulaci přenosu nervových impulzů mezi synapsemi. Po vzniku akčního potenciálu se presynaptické vezikuly spojí s plazmatickou membránou, což vede k uvolnění neurotransmiterů a šíření signálů do postsynaptických neuronů.

Tyto presynaptické vezikuly jsou poté endocytózou odstraněny z plazmatické membrány a převzaty časnými endozomy, kde dochází k regeneraci synaptických vezikul. Tyto nově vytvořené synaptické vezikuly obsahující neurotransmitery jsou poté recyklovány zpět do plazmatické membrány.

Klatrinem nezávislá endocytóza

Kromě endozomálního vychytávání prostřednictvím klatrinem pokrytých jamek jsou některé membránové proteiny a extracelulární tekutiny internalizovány prostřednictvím specializovaných vezikul zvaných kaveoly. Tyto vezikuly se skládají z proteinu zvaného kaveolin a jsou obohaceny o lipidový raft plazmatické membrány.

Endozomy v lidských onemocněních

Dysfunkce endozomů je spojena s mnoha zdravotními stavy. Například pacienti s hypercholesterolemií vykazují vysoké hladiny cholesterolu v krvi, které mohou vést k případnému infarktu. Vysoká hladina cholesterolu v krvi je způsobena neschopností vychytávat LDL buňkami. Za narušený endocytický proces jsou zodpovědné dvě mutace v LDL receptoru.

Ze dvou mutací jedna znemožňuje vazbu LDL s jeho receptorem a druhá brání hromadění LDL receptorů v jámách pokrytých klathrinem. V důsledku toho nemůže být komplex LDL – LDL receptor internalizován a zpracován endozomální cestou.

U pacientů s Alzheimerovou chorobou je endozomální dysfunkce spojena s časnými neurodegenerativními charakteristikami, včetně proteolytického štěpení amyloidového prekurzorového proteinu a tvorby toxického beta-amyloidového peptidu.

Citace