Az endocitózis, hetero- és autofagocitózis és a vezikuláris transzport

Az előadások a következő témára: "Az endocitózis, hetero- és autofagocitózis és a vezikuláris transzport"— Előadás másolata:

1 Az endocitózis, hetero- és autofagocitózis és a vezikuláris transzport
Láng Orsolya Semmelweis Egyetem, Genetika, Sejt- és Immunbiológiai intézet FOK 2016 gsi.semmelweis.hu

2 MVB= multivezikuláris test
Endocitózis Szekréció MVB= multivezikuláris test

3 Endocitózis Anyagfelvétel
Kompartmentek protein vagy lipid alkotórészeinek traszportja Metabolikus folyamatokat és sejtosztódást befolyásoló szignálok sejtbejuttatása Mikroorganizmusok elleni védelem

4 Endocitózis főbb formái Clatrin és caveolin független
Pinocitózis Makro- pinocitózis Fagocitózis Clatrin mediálta Kaveola Clatrin és caveolin független Lizoszóma Korai endoszóma Fagocitózis – szilárd fázishoz közel álló anyag felvétele Pinocitózis – folyadék fázisú anyagok felvétele

5 Fagocitózis Speciális sejtek: egysejtűek makrofágok oszteoklasztok
trofoblaszt sejtek Funkciók: tápanyagok felvétele immunválasz elöregedett sejtek eliminálása (pl. vvt.)

6 Fagocitózis Szükséges elemei: jel membrán receptor
(pl.: antitest Fc receptora) álláb képződés kortikális aktin hálózat A kialakuló vezikulum: fagoszóma (hetero- vagy autofagoszóma)

7 Makropinocitózis folyamata
3. Plazma membrán fodrozódás-RUFLING 1. Aktiváció Ligand –receptor 4. Záródás kinyílik 2. Aktin hálózat átrendeződés 5. Makropinoszóma Emdoszómális-lizoszómális útvonal 0,2-5 um vezikulum Hatékony anyagfelvétel (folyadékfázisú) Szondázás mintavételek a környezetből, pl. antigén felismerés makrofágok esetében

8 Endocitózis - Pinocitózis Clatrin és caveolin független
Clatrin mediálta Kaveola Clatrin és caveolin független Clathrin-burkolt vezikulum Nem-clathrin burkos vezikulum Caveolák Potocitózis Makropinocitózis

9 Clathrin burkos gödör/vezikulum
Triszkelion 3 könnyű 3 nehézlánc Önszerveződés

10 Clathrin burkos vezikulum
Receptor mediált endocitózis Molekulák szelektív felvétele (alacsony környezeti konc.) Membrán receptorok Ligand koncentrálása (1000x)

11 A burkos vezikulum felépítése

12 LDL receptor-mediált endocitózisa

13 Membrán proteinek szelektív burkos vezikulumba épülése
= Adaptin2

14 Endoszómális-lizoszómális kompartment Szerkezet
csöves, vezikuláris savas pH - vezikuláris H+ ATP-áz - proton pumpa korai (early)-endosoma (EE) és késői (late)-endosoma (LE), valamint lizoszóma (L) EE pH= 6; LE pH=5 az EE-ban NINCSENEK lizoszómális membrán proteinek vagy enzimek (szemben a LE-val)

15 Endoszómális-lizoszómális kompartment Funkció
osztályozás transzport degradáció clathrin burok eltávolítása korai endoszóma (EE) képződése A korai endoszómában (EE): EEA1 (early endosome antigen) a jellegzetes fehérjekmponenese (fuzióban segít) a receptor-ligand komplex disszociációja - receptor-reciklizáció (pl. LDL, transferrin) receptor-ligand komplex közösen transzportálódik - receptor down reguláció (pl. EGF)

16 Multivezikuláris test (MVB)

17 Receptor- mediált endocitózis (inzulin, LDL vagy egyéb hormonok)

18 A receptor mediált endocitózis útján internalizálódott LDL sorsa

19 A transzferrin-ciklus Transzferrin receptor
Fe2-transzferrin Apo-transzferrin Transzferrin receptor

20 Késői endoszóma Lizoszómák EE, TGN és autofagoszómákból képződik
a lizoszómális enzimek M-6-P szignálja változik - a foszfát csoport lehasad – az M-6-P receptorok már nem kötik az enzimet a vezikulumok enzim tartalma a lumenbe kerül Lizoszómák

21 A receptor-ligand komplex disszociációja
a késői endoszómában

22

23 MVB – exoszóma szekréció

24 De Duve, Christian Nobel-díj Lizoszómák (TEM)

25 Lizoszómális enzimek Enzimek-több mint 40 nem specifikus, savas hidrolázt pl. proteáz, nukleáz, glikozidáz, foszfatáz Membrán proteinek – glikoziláltak, mely megvédi őket az enzimek bontó hatásától Transzport molekulák a membránban – a proteolítikus bontás termékeit szállítják a citoplazmába

26 Lizoszóma szerkezete © 2000 by Geoffrey M. Cooper

27 A lizoszómában megemésztődő anyagok különböző eredetűek
A megemészthetetlen anyagok a reziduális testben találhatók kiürülnek (exocitózis) vagy felhalmozódnak (öreg sejtek)

28 Residuális test, lipofuscin

29 Mukopoliszacharidózis
Örökletes – AR, v. XR Lizoszómális enzim mutációja Gyakoriság összességében 1:2500 9 típus Tünetek változatosak: lép és a máj megnagyobbodás idegredszeri károsodás Betegség Hibás enzim Terápia –enzim pótlás MPS I típus α-L-iduronidáz kísérleti kipróbálás alatt MPS II típus iduronsav-2-szulfatáz gyógyászati forgalomban (idursulfase) MPS VI típus N-acetilgalaktózamin-4-szulfatáz gyógyászati forgalomban (galsulfase)

30 Nem-clathrin burkos vezikulumok
a membránban nincsenek receptorok vagy clathrin az anyagok felvétele kevésbé szelektív elsődlegesen folyadék-fázisú endocitózis

31 Caveola 50-80 nm-es, palackszerű beboltosulásai a felszíni membránnak
endothél, adipociták jellegzetes komponens - caveolin potocitózis – a caveola bezárul de nem internalizálódik, az anyagok innen a citoplazmába speciális hordozó molekulák útján kerülnek be pl. B4 vitamin egyes caveolák belépnek a sejtbe !!!

32 Caveolin oligomerek és a caveola összeépülése
oligomerizáció

33 Caveola-k és a daganatok kezelése
Tumor-associált caveola proteinek Antitestek melyek szelektíven ezeket a sejteket támadják

34 A dynamin szerepe Clathrin-mediált endocitózis Membrán „karbantartás”
Endoszóma- -Golgi transzport Szekréciós vezikulum képzés a TGFben Caveola Folyadék-fázisú endocitózis

35 A dynamin szerkezete PH: Membránnal való kapcsolat GED: GTP-áz domain
aktiválása PRD: Citoszkeletonhoz kapcsolódás

36 A dynamin GTP hidrolízisét igényli a vezikulumok
leválasztásához nem-hidrolizálható GTP-gS hozzáadása a pontok az anti-dynamin antitest kötődés helyét jelzik a megnyúlt nyak jelzi, hogy bár a burkos vezikulum kialakult, GTP hidrolízis hiányában az leválni nem tud

37 Saját fehérjék lebontásának lehetséges útjai
Proteaszoma Carrier mediálta proteolízis a lizoszómában Mikroautofágia Autofagocitózis Egyéb kompartmentekben pl. Golgi, szekréciós vezikulum

38 Proteaszoma Regulált proteolízis:
A. Ciechanover, A. Hershko és I Rose Nobel-díj – kémia 2004 Regulált proteolízis: nem megfelelően hajtogatott vagy sérült fehérjék bontása (szintetizálódott fehérjék 20% ) szabályozó - elimináló – szerep: sejtciklus (ciklinek), DNS repair, transzkripció, stressz válasz, immunválasz elhelyezkedés: közel az ER-translocon külső részéhez

39 Proteaszoma szerkezete
részei: Fedő : ATP-áz aktivitás, szubsztrát-kötő-, szabályozó-domain Beta –gyűrű: katalitikus domén β1 alegység - kaszpáz-szerű aktivitás, β2 alegység - tripszin-szerű aktivitás, β5 alegység - kimotripszin-szerű aktivitás.

40 Fehérje degradáció a proteaszómában
Poliubiquitin lánc 2. Fehérje denaturáció 1. Ubiquitinálás 3. Degradáció

41 Ubiquitin lánc kialakítása
E1 Ubiquitin aktiválás E3 Ubiquitin ligáz E2 Ubiquitin konjugáló

42 Fehérjék felvétele és degradációja lizoszómába – chaperon mediálta
KFERQ- (lizin-fenilalanin-glutamát-arginin- glutamin) szignál Hősokkfehérje Hsc73 Protein csatorna Lamp2a Fehérje KFERQ HSC73 N C lizoszóma HSC73 N C proteázok Lamp2a N C

43 Fehérjék felvétele és degradációja lizoszómába - mikroautofágia
citoplazma részletek a membrán betűrődésével jutnak be a lizoszómába Fehérje lizoszóma proteázok

44 Endocítózissal fordított topológia

45 Autofágia - Autofagoszóma
1963 De Duve hazsnálta először a fogalmat saját komponensek (fehérjék és sejtorganellumok) felvétele és bontása a lizoszómában Különböző formák Funkció: - sérült sejtkomponensek eltávolítása (pl. fehérjék) - a sejtorganellumok számát szabályozza - toxikus hatások szintén indukálhatják, pl éhezés - szövetspecifikus funkciók – vvt - sejten belüli patogének eltávolítása - programozott sejthalál egyik formája autolízis = patológiás, szabályozatlan folymat

46 Autofagocitózis folyamata – Makro autofagocitózis
Indukció Izolációs membrán kialakulása Autofagoszóma kialakulása Fúzió a lizoszómával

47 Autofagocitózis genetikája
Autofagoctózis vizsgálata élesztőben mutagenezis révén autofágiához szükséges gének identifikálhatók ATG géncsalád azonosítása 30 tag, humán homológok Yoshinori Oshumi Nobel-díj

48 Exocitózis (TEM)

49 Transzcitózis A ligandok az endoszómális compartmenteket megkerülik – nincs módosítás A ligandok a sejt egyik pólusáról a másik pólusára szállítódnak pl. az anyatej immunoglobulinjai a bél epithéliumán transzcitózissal jutnak át

50 Vezikuláris transport

51 James E. Rothman, Randy W. Schekman and Thomas C. Südhof
2013 James E. Rothman, Randy W. Schekman and Thomas C. Südhof

52 Intracelluláris vezikuláris transzport
Kommunikáció – sejten belül; sejt-környezet Belső membránrendszer Anyagok felvétele és emésztés helyére (lizoszómák) szállítása - endocitózis Proteinek szállítása az ER-Golgi útvonalon a felszíni membránhoz - exocitózis

53 Vezikuláris transzport fő útvonalai a sejtben
Endocitózis Szekréció MVB= multivezikuláris test

54 Intracelluláris vezikuláris transzport
A kétirányú, kompartmentek közti transzport egyensúlyban van Ezt a membránproteinek folyamatos visszaáramlása biztosítja Bioszintetikus-szekréciós útvonal Endocitotikus útvonal Helyreállító-fenntartó útvonalak

55 Transzport vezikulum A membránnal határolt vezikulumok meghatározott anyagokat szállítanak Szekréció Lizoszómális enzimek Membrán és ECM összetevői A szállítás irányát a membrán összetevői határozzák meg ld. donor és target compartmentek

56 A vezikuláris transzport molekuláris alapjai
A bioszintetikus-szekréciós és az endocitotikus útvonalak 10 vagy több kompartment között teremtenek kapcsolatot Megfelelő molekuláris egyezés (receptor/ligand) határozza meg a transzport irányát, a membránok fúzióját.

57 Burkos vezikulumok A burok szerepe:
Egyes membrán-komponenseket (pl. receptorok) meghatározott membrán-foltokba (patch) koncentrál A burokkal fedett felszín lefűződésének elősegítése – vezikulum képzés

58 Burkos vezikulumok típusai
Clathrin-burkos vezikulum COPI-burkos vezikulum COPII-burkos vezikulum Mindegyik típusra eltérő traszport jellemző

59 A három burkos vezikulum morfológiailag is megkülönböztethető

60 Clathrin-burkos vezikulum:
Golgi – plazmamembrán transzportok COPI- és COPII-burkos vezikulumok: dER - Golgi közti transzportok

61 Összefoglalás: Clathrin-burkos vezikulum

62 A clathrin-burok kialakulásában résztvevő
protein-protein és protein-lipid kapcsolatok

63 Vezikuláris transzport: dER - Golgi

64 Anterográd Figure 13-24b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

65 dER-Golgi: Előre haladó transzport – COPII (1)
Aktiválódás Szállítandó molekula bekötődése Sar1 – monomer G-fehérje

66 Előre haladó transzport – COPII (2)
dER-Golgi: Előre haladó transzport – COPII (2) Burok összeszerelése –vezikulum kialakulása Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

67 dER-Golgi: Előre haladó transzport – COPII (3) Vezikulum lefűződése
Figure 13-13d Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

68 Összefoglalás: COPII-burkos vezkulum

69 Retrográd Figure 13-24b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

70 Golgi- dER: Retrográd transzport – COPI
Figure 13-24a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

71 Összefoglalás: COPI-burkos vezikulum

72 Vezikuláris transzort: A citoplazma egyéb részei

73 A ‘retromer’-t burkoló molekuláris komplex elemei
- Retrográd transzport endoszómákból a TGN-be - SNX1 - Sorting nexin-1 PX – phosphoinositide binding domain BAR – dimerization and membrane binding VPS =vacuolar protein sorting VPS26 VPS29 VPS35

74 A vezikulum célba juttatás fő lépései
SNARE – soluble N-ethylmaleimide sensitive factor attachment protein receptor Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

75 A célbajuttató rendszer regenerálása
NSF – N-ethylmaleimide sensitive factor Adaptor fehérjékkel köt a membránhoz és széttekeri a SNARE-ket Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

76 A vezikulumok fúziójának lépései
hemifúzió csőképződés fúzió Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

77 Molekuláris kölcsönhatások a fúzió során – Transz-SNARE komplex -
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

78 Homotipikus fúzió Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

79 Figure 13-15 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

80 SNARE proteinek szubcelluláris megoszlása
syntaxin VAMP SNAP-25 egyéb CCP – cl.-coated pit CCV – cl-coated vesic. DCV – dense core vesic. IC – intermed. comp. SNARE – soluble N-ethylmaleimide sensitive factor attachment protein receptor

81 Figure 13-52 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

82 Figure 13-54 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

83 A transzport egyéb fontos elemei

84 G-proteinek szerepe a vezikuláris transzportban (1)
Többmint 20 tagú család Szabályozóelem GTP kötött az aktív forma, membránkötött GDP kötött forma szolubilis

85 Effektornak köszönhetően mind motor proteinhez, mind membránhoz kötődhet
Adaptor fehérje, fúziós fehérje, enzim Inkativáció: GTP hidrolizise (Rab27-GAP) és Rab-GDP leválása

86 G-proteinek szerepe a vezikuláris transzportban (2)

87 Foszfoinozitidek szerepe
Partner molekula kötése (pl. rab, effektor)

88 Foszfoinozitidek kompatrment specifikus lokalizációt mutattnak

89 Exocitózis

90 Az exocitózis fő lépései
Figure 13-66a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

91 A szállított molekulák koncentrálása
membrán leválás révén Figure 13-65a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

92 Figure 13-72a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

93