Sejtalkotók az endocitotikus útvonalon Endoszóma. Lizoszóma, fagocitózis, autofágia Dr. L. Kiss Anna Deparment of Human Morphology and Develpomentall Biology , Semmelweis University 2015 Endocitózis, fagocitózis, pinocitózis, fagoszóma, lizoszómák, lizoszómális betegségek, autofágia, receptor-mediált endocitózis, clathrin burkos vezikulák, caveolák, endoszómák: korai, késői, reciklizáló. transzcitózis

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

multivezikuláris test Endocitózis endoszóma endoszóma multivezikuláris test

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

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

Endoszóma

Endoszóma Korai (early) endoszóma: marginális citoplazmában. pH: 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, pH 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), pH optimum: pH 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 pH : H+ pumpa (proton- ATPáz, vakuola tipusú) a lizoszómák membránjában. Lizoszómális membrán (és a citoszól semleges pH-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

EM enzim hisztokémia: Nem-specifikus eszteráz. Emzim hisztokémia: a lizoszómális enzimek fény-és elektronmikroszkópos kimutatása mitochondrium β-Glükuronidáz (piros) és savas foszfatáz (barna) ivese hámsejtek lizoszómáiban lysosomes  EM enzim hisztokémia: Nem-specifikus eszteráz.

EM immunocitokémia: (cathepsin D) a máj sejtek lizoszómáiban. 

Lizoszómális enzimek transzportja a Golgi-apparatus tól a lizoszómákig rER, Golgi-app. (Man-6-P jelölés a cis-Golgi hálózatban, Man6P-receptorok a trans-Golgi régióban, vezikuáris transzport a lizoszómákba (savas pH – Man-6-P disszociál a receptoráról (a Man6P-receptorról). Az üres receptort tartalmazó vezikulák visszatérnek a trans-Golgi hálózatba (receptor reciklizáció). mannóz foszforiláció 

Lizoszómális betegségek („raktározási betegségek”) I-sejt kór: a M6P-szignál hiányzik a lizoszómális enzimekről (a megfelelő enzim hiányzik) a lizoszómális enzimek export fehérjeként exocitózissal az extracelluláris térbe jutnak. A lizoszómális enzimek hiánya miatt a nem lebontott anyagok nagy fagoszómákban akkumulálódnak („inklúziók”). Mucopolyszaccharidózis: glükózaminoglikánok (GAGs – ECM-ben) nem bomlanak le az enzim hiánya miatt (α-Iduronidáz). A sejtek megtelnek GAG-tartalmú fagolizoszómákkal.

Gaucher-kór: glikocerebrozidáz enzim hiányzik a lizoszómákból. Tay-Sachs kór: Gangliozidok (special membrán lipidek) bomlása nem megy végbe a megfelelő enzim hiánya miatt (hexosaminidase A). Nagy inklúziók (nem emésztett gangliozidokkal) Főleg a központi idegrendszerben. Gaucher-kór: glikocerebrozidáz enzim hiányzik a lizoszómákból. a glikocerebrozidok akkumulálódnak a sejtben (fagolizoszómákban).

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

A fagocytosis lépései: 1. Adszorpció: a fagocitálandó részecske a sejtfelszínhez kötődik (receptorokhoz a plazmamembránban). Specifikus receptorok: e.g. Fcγ-receptorsok, complement-receptorok. 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). IgG 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. actin microfilamentumok 3. Intracelluláris emésztés 

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

Nagy méretű részecskék endocitózisa (>0,1-0,5 μm) 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).

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.

Autophagosome, electron micrograph 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. Autophagosome, electron micrograph Micrographs by Prof. J. Kovács

Autofágia

Az autofágia típusai

Textbook: Essential cell biology, p. 522-529 + lecture, (summarized in the present ppt presentation). Sources of figures:  Röhlich: Szövettan, 3rd 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