Exocitzis endocitzis vezikulris transzport Dr L Kiss Anna

Exocitózis, endocitózis, vezikuláris transzport Dr. L. Kiss Anna Anatómiai, Szövet-és Fejlődéstani Intézet , Semmelweis Egyetem 2017

Endocitózis/exocitózis endoszóma multivezikuláris test

Sejtalkotók az endocitotikus útvonalon: endoszóma korai v. szortirozó endoszóma reciklizáló endoszóma multivezikuláris test késői endoszóma lizoszóma

Endoszóma: Különböző méretű és alakú membránnal határolt sejtalkotó. Bennéke fokozatosan savasodik proton pumpa a membránban. A felvett receptor-ligand komplexek a savas p. H hatására disszociálhatnak A további sorsuk szétválhat

Endoszóma Korai (early) endoszóma: marginális citoplazmában. p. H: 6. 5 -5: a ligandok többsége disszociál a receptoráról (ligand-receptor uncoupling). Fontos organellum a szortirozásban - a plazmamembrán felé: reciklizáló (recycling) endoszóma - a Golgi-apparatus és lizoszóma felé: késői (late) endoszóma Multivezikuláris testek: a korai endoszómák membránja a lumen felé bimbózik sok belső vezikula képződik endoszóma membrán komponensei degradálódnak. Késői (late) endoszóma: mélyebben a citoplazmában, p. H savas. Lizoszómális enzimek akkumulálódnak bennük (vezikuláris transport a trans-Golgi hálózat felöl.

Multivezikuláris testek

Lizoszómák EM: membránnal határolt sejtalkotók, finom szemcsés szerkezet belül. Tartalom: savas hidrolotikus enzimek (több mint 40), p. H optimum: p. H 5. Funkció: makromolekulák lebontása hidrolízissel.

Lizoszómák I. Elsődleges (primary): csak lizoszómális emzimek Lizoszómális enzimek: nukleázok, proteázok, glikozidázok, lipázok, foszfatázok, szulfatázok, (40 különböző enzim). Egy lizoszómában többféle enzim is! Savas p. H : H+ pumpa (proton- ATPáz, vakuola tipusú) a lizoszómák membránjában. Lizoszómális membrán (és a citoszól semleges p. H-ja) megvédi a sejtet az önemésztéstől. A membrán védelme: erősen glikozilált fehérjék és lipidek jelenléte a membránban (a cukor láncok gátolják a közvetlen kontaktust az enzimek és a membrán között. Transport fehérjék és proton-ATPáz van a membránban. II. Másodlagos lizoszómák

Lizoszómális enzimek transzportja a Golgi-apparatus tól a lizoszómákig r. ER, Golgi-app. (Man-6 -P jelölés a cis-Golgi hálózatban, Man 6 P-receptorok a trans. Golgi régióban, vezikuáris transzport a lizoszómákba (savas p. H – Man-6 -P disszociál a receptoráról (a Man 6 P-receptorról). Az üres receptort tartalmazó vezikulák visszatérnek a trans-Golgi hálózatba (receptor reciklizáció). mannóz foszforiláció

Endocytosis: aktiv transzport anyagfelvétel plazmamembrán invaginációk közreműködésével: endocitotikus vezikulumok a felvett részecskéket membrán választja el a citoszóltól (a plazmamembrán származéka) I. fagocitózis II. pinocitózis

A fagocytosis lépései: 1. Adszorpció: a fagocitálandó részecske a sejtfelszínhez kötődik (receptorokhoz a plazmamembránban). • Specifikus receptorok: e. g. Fcγ-receptorsok, complementreceptorok. • Nem-specifikus receptorok: (scavanger receptorok): szokatlan szerkezetű szénhidrátokat vagy megváltozott phospholipid mintázatot ismernek fel Élő sejteket nem fagocitálnak! (fehérjék a sejtfelszinen gátló receptorokat aktiválnak a fagocita sejtek plazmamembránjában). Ig. G molekulák Fc vége Fc-receptor bacterium plasma membran 2. Bekebelezés: a fagocita sejt gallér-szerű nyúlványt növeszt (pseudopodium, lamellipodium), amely körülveszi a részecskét, majd záródik. Aktin microfilamentumok polimerizálódnak a sejtnyúlványon belül. A teljesen kötbezárt részecske leválik a membránrólne. Phagosome keletkezik. 3. Intracelluláris emésztés actin microfilamentumok

Fagocytosis Nagy méretű részecskék endocitózisa (>0, 1 -0, 5 μm) Példa: macrophagok and neutrophil granulocyták (professionális phagocyták) baktérium citoplazma nyúlvány macrophage plazmamembrane erythrocyte Macrophag „bekebelez” 2 vörös vértestet. Nyíl: a cytoplazmatikus nyúlvány széle. Scanning EM. Baktériumok phagocitózisa (vér leukocyták (neutrophil granulocyta).

Intracelluláris emésztés Lizoszómák: fagoszómákkal fúzionálnak: fagolizoszómák Lizoszómális enzimek: lebontják a makromolekulákat A keletkező monomerek (aminosavak, cukor monomerek, etc. ) átjutnak a lizoszóma membránon a citoszólba (activ transzport). phagosome lysosome Fagolizoszóma (másodlagos lizoszóma) Emésztés: monomerek transzportja a citoszólba

Lizoszómák I. Elsődleges (primer) II. Másodlagos (szekunder): primer lizoszóma+ fagocitotikus vakuolum heterofág vakuolum (fagocitált részecskék: elpusztult sejtek maradványa, baktériumok, elöregedett vvt-k, apoptotkus sejtek és testek, idegen részecskék, stb. ) heterolizoszóma autofág vakuolum autolizoszóma

Ha a fagoszóma nem savasodik…. Fagoszóma savasodása elmarad: nincs fúzió a lizoszómákkal Fagoszómát körülveszi az ER Fagoszóma felszakad Szaporodás a fagoszómán belül

Nem-emészthető anyagok: reziduális testek (telo-lizoszómák) • exocitózissal kijuthatnak a sejtből. • hosszú életű sejtekben (idegsejtek, szívizom) : lipofuscin-granulumok. • idegen részecskék pl. szén darabkák a tüdő makrofágjaiban, vagy pigment szemcsék a bőr makrofágjaiban tetoválás után: a lizoszómákban maradnak egészen a sejtek pusztulásáig, majd újabb makrofágok veszik fel őket. • elöregedett vörös vértestek (eritrociták): makrofágok fagocitálják a lépben, májban és a csontvelőben; a szabad vas: ferritinhez kötődik a bomlás termék (hemosiderin): a lizoszómákban barna granulumok : sziderosozómák.

Autolizoszómák: autofágia A felesleges és/vagy sérült sejtalkotók eltávolítása („a sejt magát eszi”). A C-alakú izoláló membrán az ER-ból. 2 parallel membrán, a belső később „eltűnik”. Autofagoszóma lizoszómával olvad össze, tartalma degradálódik. A sejt egészét érintő autofágia: sejthalál: a programozott sejthalál (apoptózis) egyik formája. Sequestration cisterna (arrows), electron micrograph. Micrographs by Prof. J. Kovács Autophagosome, electron micrograph

Autofágia

Az autofágia típusai

II. Pinocitózis 0, 1 μm-nél kisebb részecskék, ill. makromolekulák, oldott anyagok felvétele endocitózissal. A keletkező vezikulumok átmérője: 50 -100 μm. 1. Fluid fázisos pinocitózis: oldott részecskék a plazma membrán invaginációiból lefűződött endocitotikus vezikulákkal jutnak be a sejtbe. 2. Adszorptiv pinocitózis. A kisméretű részecskék a plazmamembránhoz kötődnek (adszopció), kis koncentrációban, hatékony felvétel, DE nem specifikus. (nem specifikus kötőhelyek) 3. Receptor-mediált pinocitózis vs endocitózis: specifikus receptorok a membránban; hatékony, specifikus felvétel; szelektív; koncentratív

Receptorok

Endocitotikus útvonalak Phagocytosis („sejt evés”): >0, 25µm Pinocytosis („sejtivás”) Macropinocytosis: >1µm Endocytosis clathrin-burkos vesiculák közreműködésével: ~120 nm Endocytosis caveolákkal: ~60 nm Clathrin-és caveolin és/vagy dynamin independens endocytosis : ~90 nm Regulated portals of entry into the cell SEAN D. CONNER AND SANDRA L. SCHMID Nature 422, 37 - 44 (06 March 2003)

Macropinocitózis

Endocitotikus útvonalak Fagocitózis („sejt evés”): >0, 25µm Pinocytosis („sejt ivás”) Makropinocytosis: >1µm Endocitózis clathrin-burkos vezikulák közreműködésével: ~120 nm Endocitózis caveola-k közreműködésével: ~60 nm Clathrin-és caveolin és/vagy dynamin independens endocytosis : ~90 nm Regulated portals of entry into the cell SEAN D. CONNER AND SANDRA L. SCHMID Nature 422, 37 - 44 (06 March 2003)

Receptor-mediált endocitózis Clathrin-burkos vezikulák: kosár-szerű burok keletkezik a vezikulák körül Clathrin: nehéz és könnyű lánc triskelion ötszögek és hatszögek

Clathrin burkos vezikulák közreműködésével végbemenő endocitózis A vezikula lefűződése dynamin (GTP-áz) közreműködésével Ligand kötődik a receptorhoz adaptin fehérjék clathrin összekapcsolódás („kosár” ) keletkezése. GTP-kötő fehérje: dynamin membrán fúzió vezikula lefűződés. A clathrin burok disszociációja a vezikuláról.

Clathrin burkos vezikulák közreműködésével végbemenő endocitózis

Clathrin-burkos struktúrák fagyasztva-tört, mély-maratásos technikával Heuser technika clathrin-burkos vezikula clathrin-cburkos öböl (pit)

Endocitotikus útvonalak Phagocytosis („ sejt evés”): >0, 25µm Pinocytosis („sejtivás”) Makropinocitózis: >1µm Endocytosis clathrin-burkos vesiculák közreműködésével: ~120 nm Endocitózis caveola-kal ~60 nm Clathrin-és caveolin és/vagy dynamin independens endocitózis : ~90 nm Regulated portals of entry into the cell SEAN D. CONNER AND SANDRA L. SCHMID Nature 422, 37 - 44 (06 March 2003)

Caveola-k közvetítésével végbemenő endocitózis Caveolae: d: 50 -100 nm palack-ill omega-alakú membrán befűződések Dr L. Kiss Anna felvétele

caveolae

Caveolák: caveolin-tartalmú lipid raftok • Erősen hidrofób membrán domének: koleszterin, sfingolipidek, glikozilfoszfatidil-inozitol; lipid raftok • Caveolin: caveolin-1 caveolin-2 caveolin-3 • Cavin (PTRF)

Caveola-k közvetítésével végbemenő endocitózis SV 40 virus felvétele: caveola-k közreműködésével • Virus kötődik az MHC I –hez (a gazdasejt membránján) • MHCI (receptor a virus számára) caveola-kban • Caveolin erőteljesen foszforilálódik (Src kináz, tirozin foszforiláció) • A kortikális citoszkeleton átrendeződik (aktin filamentumok) aktin-”farok” • Dynamin (kis GTPase) kötődik a caveola-k nyaki részéhez Dynamin • GTP hidrolízis caveola lefűződik

Endocitotikus útvonalak Fagocitózis („sejt evés”): >25µm Pinocytosis („sejtivás”) Makropinocitózis: >1µm Endocytosis clathrin-burkos vesiculák közreműködésével : ~120 nm Endocitózis caveola-k közreműködésével: ~60 nm Endocitózis : clathrin- és caveolin-independens és/vagy dinamin independens: ~90 nm Regulated portals of entry into the cell SEAN D. CONNER AND SANDRA L. SCHMID Nature 422, 37 - 44 (06 March 2003)

Az internalizált receptorok sorsa • A. ) Reciklizáció a sejtfelszínre: vezikuláris transzporttal, a ligand a korai endoszómábn marad. (receptor recycling). pl: LDL receptors. • B. ) eljutnak a késői (late) endoszómákhoz és degradálódnak a lizoszómákban. (receptor downregulation). pl: EGF receptor (epithelial growth factor with its receptor). Az internalizált ligand sorsa Degradáció: a lizoszómákkal: korai (early) endoszóma – késői (late) endoszóma – lizoszóma útvonalon vagy: Recirculáció vissza a sejtfelszínre: korai endoszómában a ligand kötve marad a receptorához, visszajut a sejtfelszínre a receptorral együtt. pl: transferrin (vas-transzportáló fehérje).

Transzcitózis Makromolekulák transzportja a sejten keresztül intakt formában. Endocitózis → vezikuláris transzport → early endoszóma→ vezikuláris transport → exocitózis A receptor-mediált endocitózis speciális formája: a felvett molekula elkerüli a lizoszómális degradációt.

Transcitózis példa: Az anyai Ig. G felvétele és transzportja az • újszülöttek bélhámsejtjein keresztül. • a magzati placenta hámsejtjein keresztül. • Ig. A molekulák felvétele és transzportja a hámsejteken keresztül. Clathrin burkos vezikulák!!

Transzcitózis A kapilláris endothelen keresztül Caveolae!!

Vezikuláris transzport 2 fő mozzanat: - a vezikulák lefűződése: szignálok, burok fehérjék - a vezikulák célmembránhoz való kikötődése és fúziója: felismerő molekulák, fúziós fehérjék

Rab fehérjék kihorgonyozás dokkolás fúzió

Vezikuláris transzport Vezikula képződés: burok fehérjék: COPI, COPII: ER-Golgi clathrin: plazmamembrán, lizoszómális enzimeket szállító vezikulumok caveolin kis mol. súlyú G-fehérjék: GDP/GTP-kötő fehérjék: Rab fehérjék: „azonosító” fehérjék ER-Golgi között: ARP (donor membránban a COP fehérjékkel együtt) ARF: molekuláris kapcsoló (GTP-kötött állapotban: burok feh. - membrán asszociáció GDP-kötött állapot: burok leválik, fúzió létrejöhet) Vezikulák kihorgonyozódása, fúziója: fúziós fehérjék: SNARE bimbózás kihorgonyozás horgony fehérje dokkolás fúzió

Vezikuláris transzport kihorgonyozás A burok elvesztése bimbózás kihorgonyozó faktor dokkolás fúzió lefűződés

Membrán fúzió transz-SNARE komplex fúziós fehérjékkel együtt víz kiszorítás membrán fúzió

Textbook: Essential cell biology, p. 522 -529 + lecture, (summarized in the present ppt presentation). Sources of figures: Röhlich: Szövettan, 3 rd ed. , Semmelweis, Budapest, 2006 Alberts – Johnson – Lewis – Raff – Roberts – Walter: Molecular biology of the cell. 5. ed. , Garland Science Own specimens, micrographs and drawings (P. Röhlich) Robbins: Basic Pathology, 7. edition, Saunders, 2003 Wikipaedia