Sekretsioon

Sekretsioon eukarüootsetes rakkudes

Eukarüootsetes rakkudes, ka inimese omades, on sekretsiooniprotsess hästi arenenud. 
Sünteesitud sekretoorsed valgud suunatakse endoplasmaatilise retiikulumi luumenisse, kus nad glükosüleeritakse ning kus molekulaarsed chaperon'id valgud kokku pakivad. Valesti kokkupakitud valgud viiakse tagasi tsütosooli, kus proteasoomid nad ära lõhuvad. Vesiikulid, mis sisaldavad õigesti kokkupakitud valke, sisenevad Golgi kompleksi, kus glükosüleeritud valkude konformatsioon muutub. Golgi kompleksis toimuvad edasised transpordijärgsed muudatused, sealhulgas ka valkude sortimine ja pakkimine. Valgud viiakse seejärel sekretoorsetesse vesiikulitesse, mis liiguvad mööda tsütoskeletti raku seinani. Sekretoorsetes vesiikulites toimuvad veel mõned muudatused (näiteks insuliini muutumine proinsuliiniks). Lõpuks ühinevad vesiikulid raku membraaniga ning valgud viiakse rakust välja.

Sekretsioon gramnegatiivsetes bakterites

Sekretsioon ei ole omane ainult eukarüootidele, vaid ka bakteritele ja arhedele. ATP seostusvalgud (ABC) on iseloomulikud kõigile kolmele domeenile. Üldine sekretsioonimehhanism ehk Sec-süsteem moodustab Sec Y-E-G kompleksi. Sec-translookoni abil viiakse mõned sekreteeritavad valgud läbi tsütoplasma membraani rakust välja. Need valgud vajavad selleks N-terminaalset signaali. Teised valgud viiakse läbi tsütoplasma membraani twin-arginine translocation pathway ehk Tat-raja abil. Gramnegatiivsetel bakteritel on kaks membraani, mis teeb sekretsioonisüsteemide ehitused keeruliseks. Gramnegatiivsetes bakterites on vähemalt kuus erinevat spetsialiseeritud sekretsiooni süsteemi. Paljud neist on eriti tähtsad patogeensetele bakteritele.

I tüüpi sekretsioonisüsteem (T1SS või TOSS)

Esimest tüüpi sekretsioonisüsteem sarnaneb ABC transporteriga, kuid sellel on veel mitmeid teisi valke, mis koos ABC transporteriga moodustavad pideva kanali. Need kanalid läbivad gramnegatiivse bakteri sisemist ja välimist membraani. See on lihtne süsteem, mis koosneb vaid kolmest subühikust: välismembraanis paiknevast kanalist (OMP), sisemembraanil paiknevast ABC transporterist ja periplasmas paiknevast valgust (MFP). Esimest tüüpi sekretsioonisüsteem transpordib mitmeid molekule, nii ioone, ravimeid kui ka varieeruvas suuruses valke (20–900 kDa). Molekulid, mida sekreteeritakse, võivad olla väga erinevas suuruses. Näiteks võib tuua Escherichia coli valgu kolitsiin V, mis on 10 kDa suurune. Kõige suurem valk, mida sekreteeritakse I tüüpi sekretsioonisüsteemis on Pseudomonas fluorescens'i proteiin Lap A, mis on 900 kDa suurune. Kõige paremini on kirjeldatud RTX toksiinide ja lipaaside sekretsioonid. Esimest tüüpi sekretsioonisüsteem suudab eksportida ka mittevalgulisi substraate, näiteks tsüklilisi β-glükaane ja polüsahhariide.

II tüüpi sekretsioonisüsteem (T2SS)

Seda süsteemi võib nimetada ka sec-sõltuva sekretsioonitee põhiharuks. Valk transporditakse periplasmasse üldise sekretsiooni kaudu, kuid see, kuidas valk periplasmast välja saab, sõltub valgust, mis asub välismembraani spetsiifilises süsteemis. Periplasmast lähevad valgud läbi välimise membraani multimeerse kompleksi (12–14 subühikut), kus valke täiendatakse. Lisaks sekretsiooni proteiinidele moodustavad täieliku sekretsioonisüsteemi veel 10–15 sisemise ja välimise membraani proteiini, millest paljude kindel funktsioon on teadmata. Teist tüüpi sekretsioonisüsteemi kaudu saab toksiine rakust välja saata, seda sekretsiooniteed kasutab näiteks Vibrio cholerae koolera toksiini transpordiks. Teist tüüpi sekretsioonisüsteem on eriline selle poolest, et see süsteem viib juba eelnevalt periplasmas kokkupakitud valgud rakust välja.

III tüüpi sekretsioonisüsteem (T3SS)

Kolmandat tüüpi sekretsioonisüsteem on välimuselt süstlasarnase struktuuriga. See on nagu molekulaarne süstal, millega bakterid (nt kindlat tüüpi Salmonella, Shigella, Yersinia, Vibrio) saavad valke süstida eukarüootsetesse rakkudesse. Madal Ca²⁺ kontsentratsioon tsütosoolis avab värava, mis reguleerib III tüüpi sekretsioonisüsteemi. Üks selline mehhanism, mis suudab märgata madalat kaltsiumikontsentratsiooni, on kirjeldatud IcrV (Low Calcium Responce) Yersinia pestis'e antigeenis, mis tunneb ära madala kaltsiumikontsentratsiooni ning kutsub esile T3SS kasutamist. Seda sekretsioonisüsteemi kasutavad tavaliselt patogeenid toksiinide või aktiivsete valkude transpordiks peremeesrakku.

IV tüüpi sekretsioonisüsteem (T4SS)

See sekretsioonisüsteem on sarnane konjugatsioonisüsteemiga bakterites. See on võimeline transportima nii DNA-d kui ka valke ühest rakust teise. See avastati Agrobacterium tumefaciens'es, mis kasutab seda süsteemi oma DNA viimiseks taimeraku, mis omakorda põhjustab mõjutatud piirkonda kasvaja tekkimist. Helicobacter pylori kasutab seda tüüpi sekretsioonisüsteemi CagA valgu transpordiks imetajarakkudesse.
Neljandat tüüpi sekretsioonisüsteem on üldine mehhanism, mille abil bakterite rakud sekreteerivad või haaravad makromolekule. Selle kindel mehhanism on veel teadmata. T4SS on kodeeritud gramnegatiivsetes bakterites konjugatsiooni elemendina. T4SS on 11–13 valgust koosnev kanal, mille läbi saavad DNA ja proteiinid minna doonorraku tsütoplasmast retsipient-rakku.

V tüüpi sekretsioonisüsteem (T5SS)

T5SS kutsutakse veel ka autotransporter-süsteemiks. Nagu teist tüüpi sekretsioonisüsteem, kasutavad ka need valgud Sec-sõltuvat süsteemi, et liikuda läbi sisemembraani, millele järgneb N-terminaalse signaaljärjestuse eemaldamine. Teatud ekstratsellulaarsed valgud vahendavad iseenda transporti üle välismembraani. Periplasmasse jõudes seonduvad need valgud välismembraanile ja moodustavad iseendale poorid. Valgu C-terminusel on võime moodustada poore, mis lasevad väliskeskkonda jõuda ülejäänud valgul, mis lõigatakse moodustunud poori küljest lahti. Kõige tavalisem näide autotransporteri kohta, mis kasutab seda sekretsioonisüsteemi, on Trimeric Autotransporter Adhesins.

VI tüüpi sekretsioonisüsteem (T6SS)

Kuuendat tüüpi sekretsioonisüsteem avastati kahes bakteri patogeenis Vibrio cholerae ja Pseudomonas aeruginosa 2006. aastal John Mekalanose grupis Harvardi meditsiinikoolis. Sellest ajast alates on VI tüüpi sekretsioonisüsteemi leitud neljandikust kõikidest proteobakteriaalsetest genoomidest, ka loomade, taimede ja inimeste patogeenidest, lisaks veel mulla ja ka mere bakteritest. Varasemad uuringud T6SS kohta olid keskendunud selle rollile patogeneesi kõrgemates organismides. Nüüd on näidatud, et T6SS suudab kaitsta lihtsamate eukarüootide vastu ja olla suhtlusvahendiks mikroobide vahel. Kuuendat tüüpi sekretsioonisüsteemi geeniklastrid sisaldavad 15–20 geeni. Struktuursed analüüsid nende ja teiste valkude kohta selles süsteemis näitasid suurt sarnasust T4 faagi sabaga ja ka nende tegevus sarnaneb faagiga nakatamisega. Paljud patogeenid kasutavad seda peremeesrakkude ründamiseks, kuid olulisemat rolli mängib see mikroobirakkude vahelisel suhtlemisel.

Sekretsioon grampositiivsetes bakterites

Valgud, millel on korralik N-teminaalne signaal, sünteesitakse tsütoplasmasse ja suunatakse seejärel otse spetsiifilisse valgu transpordi rajasse. Valkude liikumisel läbi tsütoplasmaatilise membraani või kohe pärast seda, valk töödeldakse ja volditakse kokku tema aktiivsesse vormi. Ümberpaigutatud valku hoitakse kas tsütoplasmaatilises rakupooles või viiakse keskkonda. Signaalipeptiidid, mis viivad valgud membraani, määravad ära transpordiraja eripära. Need signaalipeptiidid on klassifitseeritud vastavalt transpordirajale, kuhu nad valke suunavad. Enamik eksporditud valke on viidud tsütoplasmast periplasmasse üldise sekretsiooni mehhanismi ehk sec-sõltuva mehhanismi vahendusel. Kõige tuntumatel virulentsuse faktoritel, mida sekreteerivad grampositiivsed bakterid, on tüüpiline N-terminaalne signaalipeptiid, mis võimaldab neid viia üldisse sekretsioonimehhanismi. Valgud, mida transporditakse mööda Sec-süsteemi, viiakse läbi tsütoplasma membraani mittevolditud kujul. Nende muutmine ja kokkuvoltimine toimub raku seinas.

Sekretsiooni tüübid

Organismi normaalne sisesekretsioon seisneb aine eritumises ja selle tüübid on: 
autokriinne, parakriinne, endokriinne ja eksokriinne sekretsioon.
Normaalse autokriinse sekretsiooni all mõeldakse selliste ainete (näiteks kasvufaktorite) nõristust, mis mõjutavad sekreteerivat rakku ennast (näiteks selgroogsete immuunsüsteemi vastus võõrastele antigeenidele).
Ebanormaalne autokriinne sekretsioon leiab aset näiteks vähirakkudega seoses – vähirakk eritab kasvufaktoreid, millele ta reageerib, ning tulemuseks võib olla vähirakkude kontrollimatu kasv.
Parakriinse sekretsiooni all ainete nõristust, mis mõjutavad naaberrakke. Endokriinse sekretsiooni all mõeldakse rakkude vahelist signalisatsiooni, kus endokriinsed rakud nõristavad signaalmolekule (hormoone) vereringesse ja eksokriinne sekretsioon toimub välispinnale (ka seedesüsteemi).