Ендозом

Ендозомите се група на внатреклеточни органели за складирање во еукариотските клетки. Тие потекнуваат од трансголџиевата мрежа и се дел од ендоцитотскиот транспортен пат во клетката. Молекулите или лигандите внедрени од клеточната плазма-мембрана можат да бидат транспортирани преку ендоцитотскиот пат сѐ до разградба во лизозомите или пак да бидат повторно вратени на клеточната мембрана преку ендоцитотскиот циклус. Исто така молекули од трансголџиевата мрежа се транспортираат до ендозомите, а оттаму се насочуваат или кон лизозомите или повторни се рециклираат во Голџиевиот апарат.
Ендозомите може да се класифицираат како рани, сортирачки или доцни во зависност од нивната фаза после интернализацијата и формирањето ендоцитотски везикули. Ендозомите се главниот сортирачки компартимент на ендомембранскиот систем во клетките.
1 Функција
Ендозомите обезбедуваат средина каде материите се сортираат пред да бидат насочени за разградба во лизозомите. На пример, липобелковината со мала густина (ЛДЛ) се внесува во клетката по врзување за ЛДЛ-рецепторот на површината на клетката преку процес на рецептор-посредувана ендоцитоза. Ендоцитозата на комплексот ЛДЛ-ЛДЛ-рецептор резултира со формирање ендоцитоска везикула која понатаму се насочува за соединување со раниот ендозом. По соединување на везикулата со раниот ендозом, ЛДЛ дисоцира од рецепторот. ЛДЛ дисоцира од рецепторот поради благо опаднатата pH-средина во раниот ендозом, генерирана преку мембранска протонска пумпа наречена V-АTP-аза. По дисоцирањето од рецепторот, ЛДЛ останува во ендозомот и се насочува понатаму преку ендоцитотскиот пат до лизозомите, додека рецепторот може да биде рециклиран и повторно вграден на клеточната површина. Како за разлика од претходно опишаното, кај епидермалниот фактор на раст (EGF) и EGF-рецепторот, врската која се формира по врзувањето меѓу EGF и EGF-рецепторот е отпорна на пад на pH во луменот на ендозомот, па затоа таа опстојува сè додека комплексот EGF-EGF-рецептор не се испорача до лизозомите за нивна разградба. Молекули од Голџиевиот апарат, лиганди на маноза-6-фосфат рецепторот се насочени кон лизозомот на преку сличен механизам.
2 Видови
Постојат три различни типа на ендозоми: ''рани ендозоми'', ''доцни ендозоми'' и ''ендозоми за рециклирање''. Тие се разликуваат според времето што е потребно за ендоцитозиранио материјал да стигне до нив и според одредени специфични маркери како што се Rab-белковините. Тие исто така имаат различна морфологија. По формирањето на ендоцитотски везикули и отстранувањето на обвивката (најчесто од клатрин), тие се насочуваат за соединување со раните ендозоми. Раните ендозоми потоа созреваат во доцни ендозоми пред да соединуваат со лизозомите.
Раните ендозоми созреваат на неколку начини за да формираат доцни ендозоми. При созревањето во доцни ендозоми, доаѓа до прогресивно намалување на pH-вредноста во нивниот лумен, главно преку активноста на V-ATP-азата. Многу молекули кои сè ќе бидат насочени за рециклирање на клеточната мембрана се концентрираат во тубуларните (цевчести) делови на раните ендозоми. При зреењето во доцни ендозоми, тубулите на раните ендозоми постепено се губат како резултат на нивното отцепување како рециклирачки везикули при процесот на рециклирање. Исто така при зреењето на раните ендозоми доаѓа до соединување на повеќе рани ендозоми што доведува до поголеми димензии на доцните ендозоми. Како резултат на сортирање на молекулите во помали везикули кои се внесуваат во ендозомалниот лумен при зреењето, доцните ендозоми имаат мултивезикуларен изглед и затоа уште се означени и како мултивезикуларни тела (multivesicular bodies, MVB), а таквите везикули во луменот на доцниот ендозом се нарекуваат интралуминални везикули (intraluminal vesicles, ILV). При зреењето на раните еднозоми продолжува и рециклирањето на одредени молекули како на пример трансферин рецепторот и маноза-6-фосфат рецепторите, а тоа најверојатно се случува преку пупчење и одвојување на везикули од ендозомот. Како конечен чекор во зреењето, ендозомите ја губат белковината RAB5A, а се здобиваат со RAB7A, што ги прави компетентни за соединување со лизозомите.
Се покажало дека соединувањето на доцните ендозоми со лизозомите резултира со формирање на „хибриден“ компартман, со одлики својствени и за твата компартмани. На пример, лизозомите се погусти од доцните ендозоми, а хибридите имаат средна густина.
Некои молекули се рециклираат кон плазма-мембраната директно со одвојување на везикули од раните ендозоми (т.н. брзо рециклирање), но повеќето се рециклираат преку посебна суппопулација на ендозми наречени рециклирачки ендозоми.
*''Раните ендозоми се'' состојат од динамична тубуларно-везикуларна мрежа (везикули до 1 μm во пречник со поврзани тубули со пречник до 50 nm). Маркерите вклучуваат RAB5A и RAB4, Трансферин и неговиот рецептор и ЕЕА1.
*''Доцните ендозоми'', познати и како мултивезикуларни тела, главно се сферични, немаат тубули (цевчести структури) и содржат многу густо спакувани интралуминални везикули. Маркерите вклучуваат RAB7, RAB9 и манозни 6-фосфатни рецептори.* Рециклирачките ендозоми се концентрирани во близина на микротубуларниот организирачки центар (МТОЦ). Маркер; RAB11.
Повеќе подвидови на ендозоми постојат во специјализирани клетки како што се поларизираните клетки и макрофаги.
Фагозомите, макропинозомите и автофагозомите созреваат на начин сличен на ендозомите, а за тоа веројатно е потребно нивно соединување со нормални ендозоми за нивното созревање. Некои внатреклеточни патогени го ползуваат овој процес, на пример, со спречување на стекнување на RAB7.
Доцните ендозоми / мултивезикуларните тела понекогаш се нарекуваат ендоцитотски носачки везикули (endocytic carrier vesicles), но овој термин се користеше за да се опишат везикули кои се отцепуваат од раните ендозоми и потоа соединуваат со доцните ендозоми. Сепак, неколку набљудувања (погоре опишаните) покажаа дека транспортот на материјал помеѓу раниот и доцниот поверојатно се случува преку самото зреење на раниот ендозом во доцен ендозом, отколку преку везикуларен транспорт меѓу овие два компартмана.
Друга одлика за идентификување што се разликува помеѓу различните класи на ендозоми е составот на липидите во нивните мембрани. Фосфатидил инозитол фосфатите (PIPs), едни од најважните липидни сигнални молекули, се покажало дека се разликуваат низ текот на созревањето на ендозомите од рани кон доцни. PIP<sub>2</sub> (фосфатидил-инозитол-4,5-бисфосфат) е присутен на плазма мембраните, PIP3 (фосфатидил-инозитол-1,4,5-трифосфат) е присутен на мембраната на раните ендозоми, PI (3,5) P<sub>2</sub> (фосфатидил-инозитол-3,5-бисфосфат) на доцни ендозоми и PI (4) P на транс Голџи мрежата. Овие липиди на површината на ендозомите помагаат во специфичното рекрутирање на специфични белковини од цитозолот на мембраната на ендозомот, со што им се обезбедува нивниот идентитет. Интерконверзијата на овие липиди е резултат на координираното дејство на фосфоинозитид-киназите и фосфатазите кои се стратешки локализирани
Постојат три главни компартмани кои имаат патеки за нивно поврзување со ендозомите. Повеќе патишта постојат во специјализираните клетки, како што се меланоцитите и поларизираните клетки. На пример, во епителните клетки (пример за поларизирани клетки), посебен процес наречен трансцитоза им овозможува на некои материјали да влезат од едната страна од клетката и да излезат од спротивната страна. Исто така, во некои околности, доцните ендозоми/мултивезикуларни тела се спојуваат со плазма-мембраната наместо со лизозомите, ослободувајќи ги луминалните везикули во вонклеточниот простор. Луминалните везикули кои се ослободуваат во вонклеточниот простор сега се познати под името егзозоми.
Нема консензус за точната природа на овие патеки и точната патека по која е насочено одредено карго во одредено време би била предмет на дебата.
2.1 Ендозоми до/од Голџи
Везикулите се насочуваат помеѓу Голџи и ендозомите во двете насоки. GGA1 адапторните белковини и AP-1 адапторните белковини за клатрин-обложени везикули се одговорни за формирање на везикули на Голџиевата мембрана (трансголџиевата мрежа) кои пренесуваат молекули до ендозомите. Во спротивна насока, белковинските комплекси наречени ретромери се одговорни за формирање везикули на мембраната на раните ендозоми, кои носат молекули назад кон Голџиевиот апарат (трансголџиевата мрежа). Некои студии опишуваат ретрограден транспорт од доцните ендозоми до Голџиевиот апарат, кој е посредуван од белковините Rab9 и TIP47, но други студии ги оспоруваат овие наоди. Пример за молекули кои се насочени во овие патеки ги вклучуваат рецепторите за маноза-6-фосфат кои носат лизозомални хидролази до ендоцитниот пат. Хидролазите се ослободуваат во киселата средина на ендозомите, а рецепторот е вратен во Голџиевиот апарат со помош на белковините ретромер и Rab9.
2.2 Рани ендозоми до/од плазма-мембраната (преку рециклирачки ендозоми)
Испорачувањето на молекули од плазма-мембрана до раните ендозоми се одвива преку ендоцитотски везикули. Молекулите можат да бидат внедрени преку рецептор-посредувана ендоцитоза, а везикулират кои се формираат клатрин-обложени везикули. Преку оваа ендоцитотска патека се формираат и други видови на везикули, меѓу кои и везикулите се формираат со помош на кавеолин. При рецилирање на одредени молекули, везикулите можат директно да ги вратат молекулите назад на плазма-мембраната, но повеќето молекули се транспортираат со везикули кои прво соединуваат со рециклирачки ендозоми (индиректно рециклирање). Молекулите што ја следат оваа патека за рециклирање (индиректно рециклирање) се концентрираат во тубуларните (цевчести) сегменти на раните еднозоми. Молекулите што ги следат овие патеки вклучуваат рецептори за ЛДЛ, епидермалниот фактор за раст и транспортната белковина на железо, трансферин. Интернализацијата на овие рецептори од плазма-мембраната се одвива преку рецептор-посредувана ендоцитоза. ЛДЛ се ослободува во ендозомите поради пониската pH вредност во нивниот лумен, додека рецепторот се рециклира до површината на клетката. Холестеролот се пренесува во крвта главно преку ЛДЛ, а главниот механизам за преземање на холестеролот е преку интернализација на комплексот од ЛДЛ и ЛДЛ-рецептор. Рецепторот за епидермален фактор на раст (EGFR) е активиран преку врзувањето на епидермалниот фактор на раст (EGF). Активираните рецептори ја стимулираат сопствената интернализација и разградба во лизозомите. EGF останува врзан за EGFR откако ќе се ендоцитира (внедрува) и насочи кон ендозомот. Активираните EGFR ја стимулираат сопствена убиквитација (маркирање со белковината убиквитин), а убиквитинирањето води до нивно насочување во луминални везикули, поради што тие не се рециклираат на плазма-мембраната. Насочувањето кон луминални везикули во доцниот ендозом овозможува отстранување на сигнализирачкиот сегмент на рецепторот од цитозолот што превенира одржана (непрекината) стимулација за клеточен раст. - во клетки кои не се стимулирани со EGF, EGF-рецепторите немаат EGF врзан за нив и затоа се рециклираат доколку достигнат ендозоми. Трансферинот исто така останува поврзан со неговиот рецептор, но, во киселиот ендозом, се ослободува железо од трансферинот, а потоа трансферинот ослободен од железо (сè уште врзан за рецепторот на трансферин) се враќа од раниот ендозом до површината на клетката или пак од раниот ендозом преку рециклирачки ендозоми па потоа до клеточната површина.
2.3 Доцни ендозоми до лизозоми
Транспортот од доцни ендозоми до лизозоми во суштина е еднонасочен, бидејќи доцниот ендозом се „консумира“ во процесот на спојување со лизозомот. Оттука, растворливите молекули во луменот на ендозомите ќе имаат тенденција да завршат во лизозомите, освен ако не бидат повлечени на некој начин. Трансмембранските белковини при насочувањето до лизозомите можат да бидат доставени во луменот на лизозомите или на нивната мембрана. Трансмембранските белковини одредени за достава во луменот на лизозомот се сортираат во интралуминални везикули уште при зреењето на раните ендозоми. Кога ендозомот созрева во доцен ендозом / мултивезикуларно тело и се спојува со лизозомот, интралуминалните везикули од луменот на доцниот ендозом се ослободуваат во луменот на лизозомот при неговото соединување со лизозомот. Белковините во оваа патека се обележани со прикачување на убиквитин. Ендозомалните сортирачки комплекси потребни за транспорт (ESCRT) го препознаваат прикачениот убиквитин и ја подредуваат белковината кон луминалните везикули. Пример за молекули кои ја се транспортирани преку овој ендоцитоски пат го вклучуваат ЛДЛ како и лизозомалните хидролази испорачани со помош на рецепторите за маноза-6-фосфат. Овие растворливи молекули остануваат во ендозомите и затоа се доставуваат до лизозомите. Исто така, трансмембранските EGFR, врзани за EGF, се обележуваат со убиквитин и затоа се сортираат во луминални везикули од страна на ESCRT.
3 Поврзано
* Егзозом