Co to są endosomy?

Endosomy są pęcherzykami cytozolowymi związanymi z błoną, posiadającymi trzy główne przedziały, mianowicie wczesny, późny i recyklingowy przedział endosomalny. Endosomy są integralną częścią procesu endocytotycznego, a tym samym odgrywają kluczową rolę w różnych procesach fizjologicznych, takich jak pobieranie składników odżywczych, sortowanie i dostarczanie makrocząsteczek oraz regulacja ekspresji receptorów i transporterów na powierzchni komórki.

Kredyt obrazu:

Czym są endosomy?

Komórki eukariotyczne pobierają makrocząsteczki i inne substancje z otaczającego środowiska poprzez endocytozę. Część błony plazmatycznej ulega inwolucji, aby wchłonąć substancje, które mają być zinternalizowane, a następnie odrywa się od komórki i tworzy pęcherzyk zawierający zinternalizowane substancje.

Pęcherzyki te są następnie łączone z wczesnymi endosomami, które są głównym przedziałem sortującym szlaku endocytarnego. Z wczesnych endosomów zinternalizowane substancje są albo zawracane do błony plazmatycznej, albo transportowane do lizosomów w celu degradacji.

Wczesne endosomy zawierają dwa rodzaje domen: rurkowe i wakuolarne. Endosomy późne powstają z domen wakuolarnych i zlokalizowane są w pobliżu jądra. Substancje przeznaczone do degradacji lizosomalnej są przenoszone z endosomów wczesnych do późnych przez endocytyczne pęcherzyki transportowe.

Pęcherzyki transportowe przenoszące hydrolazy lizosomalne z sieci trans-Golgiego (TGN) łączą się z endosomami późnymi, co prowadzi do dojrzewania endosomów późnych do lizosomów. Wewnątrz lizosomów kwaśne hydrolasy katalizują degradację zinternalizowanych substancji.

Część zinternalizowanych substancji nie dostaje się do późnych endosomów i szybko powraca do błony plazmatycznej. Takie substancje są przenoszone z przedziału sortującego endosomów do przedziału recyklingu endocytarnego przez kanaliki o wąskiej średnicy. Substancje są zawracane z powrotem do błony plazmatycznej przez pęcherzyki transportowe, które odrywają się od endosomalnych domen kanalików.

Jakie są funkcje endosomów?

Endosomy odgrywają aktywną rolę w wielu ważnych procesach fizjologicznych. Jedną z głównych funkcji endosomów jest regulacja ekspresji receptorów/transporterów transmembranowych.

Sygnalizacja receptorów transmembranowych

Wiązanie liganda z zewnątrzkomórkową domeną receptora transmembranowego inicjuje kaskadę zdarzeń sygnalizacyjnych, które są istotne dla utrzymania komunikacji między środowiskiem wewnątrzkomórkowym i zewnątrzkomórkowym. Po aktywacji przez ligand, te receptory transmembranowe wchodzą na drogę endosomalną, która decyduje o losie zdarzeń sygnalizacyjnych pośredniczonych przez receptor.

Kompleks receptor-ligand, który jest przeznaczony do internalizacji, jest montowany w specyficznych regionach błony plazmatycznej zwanych dołami pokrytymi klatyną. Regiony te ulegają inwolucji, aby wchłonąć kompleks receptor-ligand, a następnie odrywają się od błony plazmatycznej, tworząc pęcherzyki pokryte klatyną. Proces ten nazywany jest endocytozą.

Pęcherzyki te łączą się następnie z wczesnymi endosomami, gdzie następuje sortowanie zinternalizowanego kompleksu receptor-ligand. Skierowanie zinternalizowanego kompleksu przez sieć endosomalną do degradacji lizosomalnej/proteasomalnej prowadzi do zakończenia pośredniczonych przez receptor zdarzeń sygnalizacyjnych; natomiast recykling receptora z powrotem do błony plazmatycznej prowadzi do kontynuacji zdarzeń sygnalizacyjnych.

Wchłanianie substancji odżywczych

Innym przykładem endosomalnej aktywności pośredniczonej przez receptor jest komórkowe wchłanianie cholesterolu przez receptor lipoprotein o małej gęstości (LDL). We krwi cholesterol jest transportowany głównie w postaci LDL, a wychwyt LDL przez komórki eukariotyczne zależy od związania LDL z jego receptorem znajdującym się w dołkach pokrytych klatyną.

Po internalizacji i fuzji do wczesnych endosomów, receptor LDL odłącza się od swojego liganda, LDL, i wraca z powrotem do błony plazmatycznej, podczas gdy LDL jest transportowany do lizosomów, co prowadzi do degradacji LDL i uwolnienia cholesterolu do użytku komórkowego. Kwaśne środowisko wewnątrz wczesnych endosomów ułatwia proces dysocjacji receptor-ligand.

Przekazywanie impulsów nerwowych

Endosomy są niezbędne do regulacji przekazywania impulsów nerwowych między synapsami. Po wygenerowaniu potencjału czynnościowego pęcherzyki presynaptyczne łączą się z błoną plazmatyczną, co prowadzi do uwolnienia neuroprzekaźników i propagacji sygnałów do neuronów postsynaptycznych.

Pęcherzyki presynaptyczne są następnie usuwane z błony plazmatycznej poprzez endocytozę i zabierane przez wczesne endosomy, gdzie następuje regeneracja pęcherzyków synaptycznych. Te nowo utworzone pęcherzyki synaptyczne zawierające neuroprzekaźniki są następnie zawracane z powrotem do błony plazmatycznej.

Endocytoza niezależna od klatryny

Poza endosomalnym wychwytem przez dołki pokryte klatryną, niektóre białka błonowe i płyny pozakomórkowe są internalizowane przez wyspecjalizowane pęcherzyki zwane jaskiniami. Pęcherzyki te składają się z białka zwanego kaweoliną i są wzbogacone w tratwę lipidową błony plazmatycznej.

Endosomy w chorobach człowieka

Dysfunkcja endosomów jest związana z wieloma stanami zdrowia. Na przykład, pacjenci z hipercholesterolemią wykazują wysoki poziom cholesterolu we krwi, co może prowadzić do zawału serca. Wysoki poziom cholesterolu we krwi jest spowodowany niezdolnością do wchłaniania LDL przez komórki. Dwie mutacje w receptorze LDL są odpowiedzialne za zaburzony proces endocytarny.

Z dwóch mutacji, jedna uniemożliwia wiązanie LDL z jego receptorem, a druga uniemożliwia gromadzenie się receptorów LDL w dołkach pokrytych klatyną. W konsekwencji kompleks LDL – receptor LDL nie może być internalizowany i przetwarzany przez szlak endosomalny.

W przypadku pacjentów z chorobą Alzheimera dysfunkcja endosomalna wiąże się z wczesnymi cechami neurodegeneracyjnymi, w tym proteolitycznym rozszczepianiem białka prekursorowego amyloidu i generowaniem toksycznego peptydu beta-amyloidu.

Cytaty

.