Ενδοκυττάρωση

Η ενδοκυττάρωση ή ενδοκύτωση (Endocytosis) είναι μια κυτταρική διαδικασία κατά την οποία εισάγονται χημικές ουσίες στο κύτταρο. Το υλικό που πρόκειται να εσωτερικευτεί περιβάλλεται από μια περιοχή κυτταρικής μεμβράνης, η οποία στη συνέχεια εκβλαστάνει μέσα στο κύτταρο για να σχηματίσει ένα κυστίδιο που περιέχει τα προσλαμβανόμενα υλικά. Η ενδοκυττάρωση περιλαμβάνει την πινοκυττάρωση (κυτταρόποση) και την φαγοκυττάρωση. Είναι μια μορφή ενεργητικής μεταφοράς.

 Ιστορικό 
Ο όρος προτάθηκε από τον Κριστιάν ντε Ντιβ το 1963. Η φαγοκυττάρωση ανακαλύφθηκε από τον Élie Metchnikoff το 1882.

 Οδοί 

Οι οδοί ενδοκυττάρωσης μπορούν να υποδιαιρεθούν σε τέσσερις κατηγορίες: ενδοκυττάρωση που προκαλείται από υποδοχέα (επίσης γνωστή ως ενδοκυττάρωση που προκαλείται από κλαθρίνη), εγκολπώσεις, πινοκυττάρωση και φαγοκυττάρωση.
 Η ενδοκυττάρωση που προκαλείται από την κλαθρίνη προκαλείται από την παραγωγή μικρών κυστιδίων (περίπου 100 nm σε διάμετρο) που έχουν ένα μορφολογικά χαρακτηριστικό περίβλημα που αποτελείται από την κυτταροδιαλυματική πρωτεΐνη κλαθρίνη (clathrin). Τα επικαλυμμένα με κλαθρίνη κυστίδια (Clathrin-coated vesicles, CCVs) βρίσκονται σχεδόν σε όλα τα κύτταρα και σχηματίζουν περιοχές της πλασματικής μεμβράνης που ονομάζονται εγκολπώσεις επικαλυμμένες με κλαθρίνη. Οι επικαλυμμένες εγκολπώσεις μπορούν να συγκεντρώσουν μεγάλα εξωκυτταρικά μόρια που έχουν διαφορετικούς υποδοχείς υπεύθυνους για την ενδοκυττάρωση των προσδεμάτων που προκαλείται από υποδοχείς, π.χ. λιποπρωτεΐνη χαμηλής πυκνότητας, τρανσφερρίνη, παράγοντες ανάπτυξης, αντισώματα και πολλά άλλα.
Μελέτες σε κύτταρα θηλαστικών επιβεβαιώνουν τη μείωση του μεγέθους του περιβλήματος της κλαθρίνης σε περιβάλλον αυξημένης τάσης. Επιπλέον, υποδηλώνει ότι οι δύο προφανώς διακριτοί τρόποι συναρμολόγησης της κλαθρίνης, δηλαδή οι επικαλυμμένες εγκολπώσεις και οι επικαλυμμένες πλάκες, που παρατηρήθηκαν σε πειραματικές έρευνες, μπορεί να είναι συνέπεια ποικίλων τάσεων στην πλασματική μεμβράνη.
 Οι εγκολπώσεις είναι οι πιο συχνά αναφερόμενοι οφθαλμοί πλασματικής μεμβράνης χωρίς επικάλυψη κλαθρίνης, οι οποίοι υπάρχουν στην επιφάνεια πολλών, αλλά όχι όλων των τύπων κυττάρων. Αποτελούνται από την πρωτεΐνη δέσμευσης χοληστερόλης καβεολίνη (caveolin, Vip21) με μια διπλοστοιβάδα εμπλουτισμένη σε χοληστερόλη και γλυκολιπίδια. Οι εγκολπώσεις είναι μικρές κοιλότητες (περίπου 50 nm σε διάμετρο) σε σχήμα φιάλης στη μεμβράνη που μοιάζουν με το σχήμα μιας σπηλιάς (εξ ου και το όνομα caveolae). Μπορούν να αποτελέσουν έως και το ένα τρίτο της επιφάνειας της πλασματικής μεμβράνης των κυττάρων ορισμένων ιστών, και είναι ιδιαίτερα άφθονες σε λείους μυς, πνευμονοκύτταρα τύπου Ι, ινοβλάστες, λιποκύτταρα και ενδοθηλιακά κύτταρα. Η πρόσληψη εξωκυτταρικών μορίων πιστεύεται επίσης ότι προκαλείται ειδικά μέσω υποδοχέων στις εγκολπώσεις.
 Η ποτοκυττάρωση είναι μια μορφή ενδοκυττάρωσης που προκαλείται από υποδοχείς και χρησιμοποιεί κυστίδια εγκολπώσεων για να φέρει μόρια διαφόρων μεγεθών στο κύτταρο. Σε αντίθεση με τις περισσότερες ενδοκυττάρώσεις που χρησιμοποιούν εγκολπώσεις για να μεταφέρουν το περιεχόμενο των κυστιδίων σε λυσοσώματα ή άλλα οργανίδια, το υλικό που ενδοκυττάρωνεται μέσω ποτοκυττάρωσης απελευθερώνεται στο κυτταρόδιάλυμα.
 Η πινοκυττάρωση, η οποία εμφανίζεται συνήθως από περιοχές της πλασματικής μεμβράνης με έντονες ραβδώσεις, είναι η διείσδυση της κυτταρικής μεμβράνης για να σχηματιστεί ένας θύλακας, ο οποίος στη συνέχεια συμπιέζεται μέσα στο κύτταρο για να σχηματίσει ένα κυστίδιο (διαμέτρου 0,5–5 μm) γεμάτο με μεγάλο όγκο εξωκυτταρικού υγρού και μορίων εντός αυτού (ισοδύναμο με ~100 CCVs). Η πλήρωση του θύλακα γίνεται με μη ειδικό τρόπο. Το κυστίδιο στη συνέχεια ταξιδεύει στο κυτταροδιάλυμα και συντήκεται με άλλα κυστίδια όπως ενδοσώματα και λυσοσώματα.
 Η φαγοκυττάρωση είναι η διαδικασία κατά την οποία τα κύτταρα συνδέονται και εσωτερικεύουν σωματιδιακή ύλη με διάμετρο μεγαλύτερη από περίπου 0,75 μm, όπως μικρά σωματίδια σκόνης, κυτταρικά υπολείμματα, μικροοργανισμούς και αποπτωτικά κύτταρα. Αυτές οι διεργασίες περιλαμβάνουν την πρόσληψη μεγαλύτερων μεμβρανικών περιοχών από την οδό ενδοκυττάρωσης που προκαλείται από κλαθρίνη και εγκολπώσεις.

Πιο πρόσφατα πειράματα έχουν υποδείξει ότι αυτές οι μορφολογικές περιγραφές των ενδοκυτταρικών συμβάντων μπορεί να είναι ανεπαρκείς και μια πιο κατάλληλη μέθοδος ταξινόμησης μπορεί να βασίζεται στο εάν συγκεκριμένες οδοί εξαρτώνται από την κλαθρίνη και τη δυναμίνη.

Οι οδοί που εξαρτώνται από τη δυναμίνη και είναι ανεξάρτητες από την κλαθρίνη περιλαμβάνουν την ταχεία ενδοκυττάρωση που προκαλείται από ενδοφιλίνη (Fast endophilin-mediated endocytosis, FEME), την υπερταχεία ενδοκυττάρωση (Ultrafast endocytosis, UFE), την Μαζική ενδοκυττάρωση που εξαρτάται από τη δραστηκότητα (Activity-dependent bulk endocytosis, ADBE), την ενδοκυττάρωση χωρίς κλαθρίνη (EGFR-NCE) και την πρόσληψη IL2Rβ.

Οι ανεξάρτητες από δυναμίνη και κλαθρίνη οδοί περιλαμβάνουν την οδό CLIC/GEEC (ρυθμιζόμενη από Graf1), καθώς και τη μαζική ενδοκυττάρωση (Massive endocytosis, MEND) και τη μακροπινοκυττάρωση.

Η ενδοκυττάρωση που προκαλείται από κλαθρίνη είναι η μόνη οδός που εξαρτάται τόσο από την κλαθρίνη όσο και από τη δυναμίνη.

 Κύρια συστατικά 
Η ενδοκυτταρική οδός των κυττάρων των θηλαστικών αποτελείται από διακριτά διαμερίσματα μεμβράνης, τα οποία εσωτερικεύουν μόρια από την πλασματική μεμβράνη και τα ανακυκλώνουν πίσω στην επιφάνεια (όπως στα πρώιμα ενδοσώματα και στα ανακυκλούμενα ενδοσώματα) ή τα ταξινομούν για αποικοδόμηση (όπως στα όψιμα ενδοσώματα και λυσοσώματα). Τα κύρια συστατικά της ενδοκυτταρικής οδού είναι:
 Τα πρώιμα ενδοσώματα αποτελούν το πρώτο διαμέρισμα της ενδοκυτταρικής οδού. Τα πρώιμα ενδοσώματα βρίσκονται συχνά στην περιφέρεια του κυττάρου και δέχονται τους περισσότερους τύπους κυστιδίων που προέρχονται από την κυτταρική επιφάνεια. Έχουν μια χαρακτηριστική σωληνοκυστιδική δομή (κυστίδια διαμέτρου έως 1 μm με συνδεδεμένα σωληνάρια διαμέτρου περίπου 50 nm) και ελαφρώς όξινο pH. Είναι κυρίως οργανίδια διαλογής όπου πολλά ενδοκυτταρωμένα προσδέματα αποσυνδέονται από τους υποδοχείς τους στο όξινο pH του διαμερίσματος και από τα οποία πολλοί από τους υποδοχείς ανακυκλώνονται στην κυτταρική επιφάνεια (μέσω σωληναρίων). Είναι επίσης το σημείο διαλογής σε διακυτταρωτική οδό προς μεταγενέστερα διαμερίσματα (όπως όψιμα ενδοσώματα ή λυσοσώματα) μέσω διακυστιδικών διαμερισμάτων (όπως πολυκυστιδικά σωμάτια (multivesicular bodies, MVB) ή ενδοσωματικούς φορείς κυστιδίων (endosomal carrier vesicles, ECVs)).
 Τα όψιμα ενδοσώματα λαμβάνουν ενδοκυττωμένο υλικό καθ' οδόν προς τα λυσοσώματα, συνήθως από πρώιμα ενδοσώματα στην ενδοκυτταρική οδό, από το δίκτυο trans-Golgi (TGN) στη βιοσυνθετική οδό και από τα φαγοσώματα στην φαγοκυτταρική οδό. Τα όψιμα ενδοσώματα περιέχουν συχνά πρωτεΐνες χαρακτηριστικές των νουκλεοσωμάτων, των μιτοχονδρίων και των mRNA, συμπεριλαμβανομένων γλυκοπρωτεϊνών λυσοσωμικής μεμβράνης και όξινων υδρολασών. Είναι όξινα (περίπου pH 5,5) και αποτελούν μέρος της οδού κυκλοφορίας των υποδοχέων 6-φωσφορικής μαννόζης. Τα όψιμα ενδοσώματα πιστεύεται ότι μεσολαβούν σε ένα τελικό σύνολο συμβάντων διαλογής πριν από την παράδοση υλικού στα λυσοσώματα.
 Τα λυσοσώματα ' είναι το τελευταίο διαμέρισμα της ενδοκυτταρικής οδού. Η κύρια λειτουργία τους είναι η διάσπαση των κυτταρικών αποβλήτων, των λιπών, των υδατανθράκων, των πρωτεϊνών και άλλων μακρομορίων σε απλές ενώσεις. Αυτές στη συνέχεια επιστρέφουν στο κυτταρόπλασμα ως νέα υλικά κατασκευής κυττάρων. Για να το πετύχουν αυτό, τα λυσοσώματα χρησιμοποιούν περίπου 40 διαφορετικούς τύπους υδρολυτικών ενζύμων, τα οποία όλα παράγονται στο ενδοπλασματικό δίκτυο, τροποποιούνται στη συσκευή Golgi και λειτουργούν σε όξινο περιβάλλον. Το κατά προσέγγιση pH ενός λυσοσώματος είναι 4,8 και με ηλεκτρονική μικροσκοπία (EM) εμφανίζονται συνήθως ως μεγάλα κενοτόπια (διαμέτρου 1-2 μm) που περιέχουν υλικό πυκνής ηλεκτρονιακής πυκνότητας. Έχουν υψηλή περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες λυσοσωμικής μεμβράνης και ενεργές λυσοσωμικές υδρολάσες, αλλά όχι υποδοχέα 6-φωσφορικής μαννόζης. Θεωρούνται γενικά ως το κύριο υδρολυτικό διαμέρισμα του κυττάρου.

Πρόσφατα διαπιστώθηκε ότι ένα εισόσωμα χρησιμεύει ως πύλη ενδοκυττάρωσης σε ζυμομύκητες.

 Με μεσολάβηση κλαθρίνης 

Η κύρια οδός ενδοκυττάρωσης στα περισσότερα κύτταρα, και η καλύτερα κατανοητή, είναι αυτή που διαμεσολαβείται από το μόριο κλαθρίνης. Αυτή η μεγάλη πρωτεΐνη βοηθά στον σχηματισμό μιας επικαλυμμένης εγκόλπωσης στην εσωτερική επιφάνεια της πλασματικής μεμβράνης του κυττάρου. Αυτή η εγκόλπωση στη συνέχεια εκβλαστάνει μέσα στο κύτταρο για να σχηματίσει ένα επικαλυμμένο κυστίδιο στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Με αυτόν τον τρόπο, φέρνει στο κύτταρο όχι μόνο μια μικρή περιοχή της επιφάνειας του κυττάρου, αλλά και έναν μικρό όγκο υγρού από το εξωτερικό του κυττάρου.

Τα περιβλήματα λειτουργούν για να παραμορφώσουν τη μεμβράνη δότη για να παράγουν ένα κυστίδιο και λειτουργούν επίσης στην επιλογή του φορτίου του κυστιδίου. Τα σύμπλοκα των περιβλημάτων που έχουν χαρακτηριστεί καλά μέχρι στιγμής περιλαμβάνουν την πρωτεΐνη του περιβλήματος-Ι (COP-I), την COP-II και την κλαθρίνη. Τα περιβλήματα κλαθρίνης εμπλέκονται σε δύο κρίσιμα στάδια μεταφοράς: (i) ενδοκυττάρωση που προκαλείται από υποδοχείς και υγρή φάση από την πλασματική μεμβράνη στο πρώιμο ενδόσωμα και (ii) μεταφορά από το TGN στα ενδοσώματα. Στην ενδοκυττάρωση, το περίβλημα κλαθρίνης συναρμολογείται στην κυτταροπλασματική επιφάνεια της πλασματικής μεμβράνης, σχηματίζοντας εγκολπώσεις που εισχωρούν για να αποσπαστούν (σχιστούν) και να γίνουν ελεύθεροι CCVs. Σε καλλιεργημένα κύτταρα, η συναρμολόγηση ενός CCV διαρκεί ~ 1 λεπτό και αρκετές εκατοντάδες έως χίλιες ή περισσότερες μπορούν να σχηματιστούν κάθε λεπτό. Το κύριο συστατικό του ικριώματος του περιβλήματος κλαθρίνης είναι η πρωτεΐνη 190 kD που ονομάζεται βαριά αλυσίδα κλαθρίνης (clathrin heavy chain, CHC), η οποία σχετίζεται με μια πρωτεΐνη 25 kD που ονομάζεται ελαφριά αλυσίδα κλαθρίνης (clathrin light chain, CLC), σχηματίζοντας τριμερή τρίποδα που ονομάζονται τρισκελή (triskelions).

Τα κυστίδια συγκεντρώνουν και αποκλείουν επιλεκτικά ορισμένες πρωτεΐνες κατά τη διάρκεια του σχηματισμού τους και δεν είναι αντιπροσωπευτικά της μεμβράνης στο σύνολό της. Οι προσαρμογείς AP2 είναι σύμπλοκα πολλαπλών υπομονάδων που εκτελούν αυτή τη λειτουργία στην πλασματική μεμβράνη. Οι καλύτερα κατανοητοί υποδοχείς που βρίσκονται συγκεντρωμένοι σε επικαλυμμένα κυστίδια κυττάρων θηλαστικών είναι ο υποδοχέας LDL (ο οποίος απομακρύνει την [[λιποπρωτεΐνη χαμηλής πυκνότητας (Low-density lipoprotein, LDL) από το κυκλοφορούν αίμα), ο υποδοχέας τρανσφερίνης (ο οποίος φέρνει ιόντα σιδήρου που συνδέονται με την τρανσφερίνη στο κύτταρο) και ορισμένοι υποδοχείς ορμονών (όπως αυτός για τον επιδερμικό αυξητικό παράγοντα (Epidermal growth factor, EGF)

Σε οποιαδήποτε στιγμή, περίπου το 25% της πλασματικής μεμβράνης ενός ινοβλάστη αποτελείται από επικαλυμμένες εγκολπώσεις. Καθώς μια επικαλυμμένη εγκόλπωση έχει διάρκεια ζωής περίπου ένα λεπτό πριν εκβλαστήσει στο κύτταρο, ένας ινοβλάστης καταλαμβάνει την επιφάνειά του μέσω αυτής της οδού περίπου μία φορά κάθε 50 λεπτά. Τα επικαλυμμένα κυστίδια που σχηματίζονται από την πλασματική μεμβράνη έχουν διάμετρο περίπου 100 nm και διάρκεια ζωής που μετράται σε λίγα δευτερόλεπτα. Μόλις αποβληθεί το περίβλημα, το υπόλοιπο κυστίδιο συντήκεται με ενδοσώματα και προχωρά κατά μήκος της ενδοκυτταρικής οδού. Η πραγματική διαδικασία εκβλάστησης, κατά την οποία μία εγκόλπωση μετατρέπεται σε κυστίδιο, πραγματοποιείται από την κλαθρίνη. Υποβοηθείται από ένα σύνολο κυτταροπλασματικών πρωτεϊνών, το οποίο περιλαμβάνει τη δυναμίνη και προσαρμογείς όπως προσαρμοστίνη (ανταπτίνη).

 Διαδικασίες και συστατικά 

Οι πρωτεΐνες καβεολίνης όπως η καβεολίνη-1 (CAV1), η καβεολίνη-2 (CAV2) και η καβεολίνη-3 (CAV3), παίζουν σημαντικό ρόλο στη διαδικασία σχηματισμού των καβεολινών. Πιο συγκεκριμένα, οι CAV1 και CAV2 είναι υπεύθυνες για τον σχηματισμό των εγκολπώσεων σε μη μυϊκά κύτταρα, ενώ η CAV3 λειτουργεί σε μυϊκά κύτταρα. Η διαδικασία ξεκινά με τη σύνθεση του CAV1 στο ER όπου σχηματίζει ολιγομερή ανθεκτικά στα απορρυπαντικά. Στη συνέχεια, αυτά τα ολιγομερή ταξιδεύουν μέσω του συμπλόκου Γλόλτζι πριν φτάσουν στην κυτταρική επιφάνεια για να βοηθήσουν στον σχηματισμό των εγκολπώσεων. Ο σχηματισμός των εγκολπώσεων είναι επίσης αναστρέψιμος μέσω αποσυναρμολόγησης υπό ορισμένες συνθήκες, όπως η αυξημένη τάση της πλασματικής μεμβράνης. Αυτές οι συγκεκριμένες συνθήκες εξαρτώνται στη συνέχεια από τον τύπο των ιστών που εκφράζουν τη λειτουργία των εγκολπώσεων. Για παράδειγμα, δεν έχουν όλοι οι ιστοί που έχουν πρωτεΐνες με εγκολπώσεις τέτοια δομή, δηλαδή τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό.
Αν και υπάρχουν πολλά μορφολογικά χαρακτηριστικά που διατηρούνται μεταξύ των εγκολπώσεων, οι λειτουργίες κάθε πρωτεΐνης CAV είναι ποικίλες. Ένα κοινό χαρακτηριστικό μεταξύ των καβεολινών είναι οι υδρόφοβες εκτάσεις των πιθανών δομών φουρκέτας που αποτελούνται από α-έλικες. Η εισαγωγή αυτών των α-ελίκων που μοιάζουν με φουρκέτα σχηματίζει ένα περίβλημα των εγκολπώσεων που οδηγεί σε καμπυλότητα της μεμβράνης. Εκτός από την εισαγωγή, οι καβεολίνες είναι επίσης ικανές για ολιγομερισμό, ο οποίος παίζει περαιτέρω ρόλο στην καμπυλότητα της μεμβράνης. Πρόσφατες μελέτες έχουν επίσης ανακαλύψει ότι η πολυμεράση Ι, ο παράγοντας απελευθέρωσης μεταγράφων και η απόκριση πρωτεΐνης στέρησης ορού παίζουν επίσης ρόλο στη συναρμολόγηση των εγκολπώσεων. Εκτός από τη συναρμολόγηση των εγκολπώσεων, οι ερευνητές έχουν επίσης ανακαλύψει ότι οι πρωτεΐνες CAV1 μπορούν επίσης να επηρεάσουν άλλες ενδοκυτταρικές οδούς. Όταν η CAV1 συνδέεται με την Cdc42, η CAV1 την απενεργοποιεί και ρυθμίζει τη δραστηριότητα της Cdc42 κατά τη διάρκεια των γεγονότων κυκλοφορίας της μεμβράνης.

 Μηχανισμοί 
Η διαδικασία πρόσληψης από τα κύτταρα εξαρτάται από την κλίση και τη χειρομορφία των συστατικών μορίων για την πρόκληση εκβλάστησης στη μεμβράνη. Δεδομένου ότι τέτοια χειρόμορφα και κεκλιμένα μόρια λιπιδίων είναι πιθανό να βρίσκονται σε μορφή "σχεδίας", οι ερευνητές προτείνουν ότι ο σχηματισμός εγκολπώσεων ακολουθεί επίσης αυτόν τον μηχανισμό, καθώς οι εγκολπώσεις είναι επίσης εμπλουτισμένες με συστατικά σχεδίας. Όταν οι πρωτεΐνες καβεολίνης συνδέονται με το εσωτερικό στρώμα μέσω χοληστερόλης, η μεμβράνη αρχίζει να κάμπτεται, οδηγώντας σε αυθόρμητη καμπυλότητα. Αυτό το φαινόμενο οφείλεται στην κατανομή δύναμης που δημιουργείται όταν το ολιγομερές καβεολίνης συνδέεται με τη μεμβράνη. Η κατανομή δύναμης στη συνέχεια μεταβάλλει την τάση της μεμβράνης, γεγονός που οδηγεί σε εκβλάστηση και τελικά σε σχηματισμό κυστιδίων.

 Συλλογή 

 Παραπομπές 

 Παραπέρα μελέτη 



 Εξωτερικοί σύνδεσμοι 
 Endocytosis at biologyreference.com
 Endocytosis - researching endocytic mechanisms at endocytosis.org
 Clathrin-mediated endocytosis ASCB Image & Video Library
 Types of Endocytosis (Animation)

Κατηγορία:Κυτταρικές διεργασίες
Κατηγορία:Βιολογία μεμβρανών