Darvas Zsuzsa, László Valéria

Sejtbiológia

Transzport a TGN-ből: lizoszomális transzport, szekréció és exocitózis

A TGN-ben ugyanúgy, mint a CGN-ben, az enzimatikus működés mellett igen fontos feladat a szortírozás. A TGN szortírozó tevékenysége három fő szállítási útvonalra irányítja a fehérjéket leszámítva a negyedik utat, azaz azon fehérjéket, amelyek Golgi visszatartó szignállal rendelkeznek és ezért a Golgiban maradnak. Ezek a szállítási útvonalak részben más kompartmentek felé irányulnak, részben a sejtből kivezető, azaz szekréciós utak.

Szállítás más sejtalkotókba: az endoszomális és lizoszomális kompartmentbe történő szortírozás és szállítás a legjobban ismert útvonal. Mint láttuk már a CGN-ben megtörténik a lizoszomális enzimek elkülönítése és a M-6-P szignál kialakítása. Ezek a fehérjék azután további módosítások nélkül áthaladnak a Golgi-zsákokon és a M-6-P receptorokhoz kapcsolódva, a receptorok segítségével olyan transzport vezikulumokba csomagolódnak a TGN-ben, amelyek lefűződve az endoszomális kompartment egyik elemével a késői endoszómával fúzionálnak, és így jutnak el a lizoszomális kompartmentbe (V.3. ábra).

Előfordulhat, hogy a szortírozó mechanizmusba „hiba csúszik”, azaz a lizoszomális enzimek nem kerülnek olyan transzport vezikulumokba amelyek célpontja a késői endoszóma, hanem a következő pontban tárgyalt konstitutív szekréciós útvonalra kerülnek és kiürülnek a sejtből. Ilyen okból bekövetkező betegség a lizoszomális tárolási betegségek közül az ún. I sejt betegség (I=inclusion, zárvány). Ebben az esetben a cisz-Golgi azon enzime hibás, amely a lizoszomális enzimek szortírozását, és a M-6-P szignál létrehozását végzi. A címke nélküli lizoszomális enzimek „megszöknek” és az endoszomális-liszoszomális kompartment helyett a sejtfelszínre szállítódnak. A sejtekből majdnem az összes lizoszomális enzim hiányzik, az emészthetetlen anyagok pedig zárványként felhalmozódnak a citoplazmában. Régebbről ismertek voltak azonban olyan sejtek (hematopoetikus sejtek, csontfaló sejtek, spermium), amelyek nem valamilyen genetikai defektus következtében, hanem funkciójukból adódóan lizoszomális enzimeket választanak ki a környezetükbe. A hematopoetikus sejtek esetében az immunválaszban, a csontfaló sejtek esetében az extracelluláris mátrix bontásában, spermium esetében a megtermékenyítésben (akroszomalis enzimek) van szerepe a lizoszomális enzimek szekréciójának. Ezen sejtek mellett, pl. tumorsejtek is választanak ki lizoszomális enzimeket, amelyek a tumorsejtek számára a szöveti kötelékből való kitörést és a migrációt teszik lehetővé. A vese proximális tubulusok sejtjeinek esetében, hasnyálmirigy szekréciót végző sejtekben és májsejtekben is leírták, hogy lizoszomális enzimek kiválasztásra kerülnek, azonban itt az enzimszekréció szerepe még nem tisztázott. Mindegyik sejttípusban ez a fajta szekréció a később részletesebben tárgyalt, ún. regulált szekréció típusba tartozik.

Szállítás a plazmamembránba, illetve a sejt felszínére: minden sejt esetében találkozunk a szekréció ezen típusával, amelyet konstitutív szekréciónak neveznek. A kis lefűződő transzport vezikulumok membránja a plazmamembrán lipid és fehérje komponenseit szállítja, míg a bennük lévő fehérjék és proteoglikánok kiürülve a sejt felszínére az extracelluláris mátrix komponenseit adják. A kis transzport vezikulum a plazmamembránt elérve fuzionál a membránnal és tartalma kiürül: a folyamat neve exocitózis.

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m1338setb_500/#m1338setb_500 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m1338setb_500/#m1338setb_500)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m1338setb_500/#m1338setb_500)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

V.3. ábra. A lizoszomális enzimek kiválogatása, M-6-P szignál kialakítása és szortírozása a Golgiban

A konstitutív szekréciónak is van iránya, azaz a különböző vezikulumok nem egyforma membránösszetétellel (lipid „tutajok” és fehérje komponensek) és tartalommal rendelkeznek, ezért nem mindegy hogy hová kerülnek. Ez elsősorban az erősen polarizált sejtek esetében igaz, ahol a sejt apikális és bazo-lateráris membránfelszíne igen eltérő membrándoménekből épül fel (pl. idegsejtek, epitéliális sejtek), ezért fontos, hogy hova szállítódik a transzport vezikulum. A konstitutív szekréció egyik fő feladata a plazmamembrán mennyiségének és minőségének megtartása, ezért pl. a mértéke általában egyensúlyban van a membránt „fogyasztó” endocitózis mértékével.

A konstitutív szekréció tehát egy olyan folyamatos anyag és membránáramlás a TGN-től a plazmamembrán felé, amely külön szignált nem igényel, azonban a külső és belső szignálok a vándorló vezikulumokból álló „futószalag” sebességét megváltoztathatják, azaz a konstitutív szekréció is szabályozható.

A kiválasztó tevékenységre specializálódott sejtekben (exo- és endokrin mirigysejtek, idegsejtek) van egy másik szekréciós út is, ami a klasszikus értelemben vett szekréciós működést jelenti. Ezekben a sejtekben a TGN feladata az elválasztásra kerülő termék szortírozása és szekréciós vezikulumokba történő csomagolása. A termék a szekréciós vezikulumokban várakozik, és csak a megfelelő szignál hatására ürül ki a sejtből. Ezt a típusú szekréciót regulált szekréciónak nevezik. A szekrécióra kerülő vezikulum (szekréciós szemcse, granulum) kialakulásának 4 lépését különítjük el.
- a kiválasztásra kerülő fehérjék aggregálódása és szortírozása a TGN megfelelő részében
- a TGN-ről az éretlen szekréciós vezikulum lefűződése
- az éretlen szekréciós vezikulumok fúziója (homotípikus fúzió, ami azt jelenti, hogy egyforma vezikulum típusok fúzionálnak)
- az éretlen szekréciós vezikulum membránjának és tartalmának átalakulása és így az érett szekréciós szemcse kialakulása

Természetesen az egyes lépések időtartama, és konkrét történései sejttípustól és a szekrécióra kerülő anyagoktól függően mások lehetnek.

A szekrécióra kerülő fehérjék válogatásának mechanizmusa a TGN-ben többféle folyamatot rejt magában. Az egyik fontos lépése, hogy a fehérjék a TGN tubulusaiban aggregálódnak. Ez a szelektív aggregáció nagyon fontos a szekréciós fehérjék elkülönítésében és kondenzálódásában. Az aggregálódásban többféle tényező is szerepet játszik. Maga a kiválasztásra kerülő fehérje tartalmazhat olyan motívumokat (pl. a chromogranin A és B esetében az N terminális végén lévő hurok), amely a fehérjemolekulák aggregációját váltja ki. Az aggregációnak kedvez a TGN ezen régiójára jellemző magas Ca2+-ion szint és savas pH. A TGN lumenében lévő chaperonok is szerepet játszhatnak a fehérjék aggregációjában, és a protein-protein kölcsönhatásokon túl a protein–lipid kölcsönhatások is fontosak. Ezen kölcsönhatás lényege, hogy egyes szekrécióra kerülő fehérjék kihorgonyzódnak a membrán TGN lumene felé eső oldalon a koleszterinben gazdag lipid „tutajokhoz” és ezekkel a kihorgonyzott fehérjékkel aggregálódik a többi fehérje. A lipid tutajok köré szerveződik azután a membrán lefűződésért felelős molekula komplex.

A TGN feltételezett szortírozó receptorai ezekkel a fehérje aggregátumokkal lépnek kölcsönhatásba, és kizárva a nem aggregálódott fehérjéket, (pl. a konstitutív útra kerülőket) a leendő szekréciós vezikulum membránja körbeveszi a fehérje aggregátumot és az mint éretlen szekréciós vezikulum lefűződik a TGN-ről.

Az éretlen szekréciós vezikulumok leválásuk után, a sejtben tartózkodás ideje alatt fúzionálnak és módosulnak. Természetesen ezek a változások függenek a termék és a sejt típusától. Hasnyálmirigy sejtekben a termék a vezikulum vízvesztése miatt koncentrálódik a szekréciós szemcse vándorlása során. Kehelysejtben éppen ellenkezőleg, az erősen szulfatált proteoglikánokat tartalmazó vezikulumok vizet vesznek fel és megduzzadnak. Nagyon sok polipeptid hormon, neuropeptidek, és enzimek esetében a TGN-ból kikerülő termék inaktív prekurzor formában van jelen és érése során enzimatikus átalakítás után válik aktív termékké. Ilyen pl. az inzulin esete, amely ún. Prepro-inzulin formájában képződik. A pre-rész, amely az ER-ba irányító szignál még itt lehasad és az inzulin pro-inzulin formájában kerül a szekréciós vezikulumba, ahol egy prohormon konvertáz (endopeptidáz) hatására jön létre az inzulin molekula az éretlen szekréciós vezikulum érése és vándorlása során.

Vannak olyan esetek is, amikor egy már meglévő szekréciós vezikulum kiürülése előtt a citoplazmából vesz fel anyagokat. Olyan kis molekulák regulált szekréciója esetén, mint pl. a hízósejtek által termelt hisztamin, a molekula a citoplazmában képződik, és aktívan szállítódik a proteoglikánokat is tartalmazó szekréciós vezikulumokba, ahol azután amíg ki nem ürül, ezen anyagokhoz kötődik.

A TGN mellett az éretlen szekréciós szemcsében is folytatódik a szortírozás, amely együttjár a szekréciós szemcse membránjának és tartalmának az átalakításával. Pl. a szortírozó receptorok, chaperonok és egyéb, a szekréciós szemcse érésében fontos de kiválasztásra nem kerülő molekulák klatrin burkos vezikulum (lásd később a vezikuláris transzportnál) formájában leválnak az éretlen szekréciós vezikulumról és vagy visszatérnek a Golgiba vagy korai endoszómába kerülnek. Az éretlen szekréciós szemcse pedig éretté alakul.

A regulált szekréció utolsó lépése: a megfelelő szignált követően a termék kiürülése exocitózissal. A szignál a sejtek esetében nagyon különböző, lehet pl. olyan hormon, amely a membránreceptorához kötődve a szignál transzdukciós úton, az intracelluláris Ca2+ szint átmeneti emelkedése révén váltja ki az exocitózist. A folyamat során a szekréciós vezikulum fúzionál a plazmamembránnal és tartalma az extracelluláris térbe ürül. A szekréciós vezikulum membránja pedig recirkulál, és az endocitótikus útvonalat használva visszatér a TGN-be. Az exocitózis maga egy membránfúziós esemény, amely a szekréciós vezikulum membránja és a plazmamembrán között játszódik le. Részletei igen hasonlóak a sejtekben a különböző kompartmentek közötti vezikuláris transzport során a membránok között végbemenő fúziós eseményekhez, ezért részletesen a vezikuláris transzport tárgyalásánál térünk ki erre a folyamatra.

Az V.4. ábra a Golgi-elemekben történő szintetikus folyamatokat, a szortírozó tevékenységet és a szekréciós típusokat foglalja össze.

Tartalomjegyzék

Kiadó: Semmelweis Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 331 704 4

Orvostudomány Semmelweis Kiadó könyvei

Reméljük, hogy a hallgatóknak nemcsak egy olyan jegyzetet készítettünk, amelyet meg kell tanulniuk, de sikerült belevinnünk azt az érzést is, amely a jegyzet megírásakor és átírásakor eltöltött minket. Ez az érzés a csodálat. Milyen csodálatos kis egység a sejt, milyen tökéletesen és logikusan szervezett! Mi sem, és így a hallgató sem menekülhet meg a molekuláris szemlélettől, amely manapság a biológia és az orvostudomány minden területén uralkodóvá vált. Igyekeztünk csak annyi molekulát és molekuláris mechanizmust megemlíteni, amelyet feltétlenül szükségesnek tartottunk a sejtben zajló folyamatok megismeréséhez és megértéséhez. Kívánjuk, hogy a leírtak segítsék a hallgatókat más tárgyak anyagának megértésében és elsajátításában is. A jegyzet immáron negyedik, javított kiadását tartják a kezükben és persze ez is több, mint az előző. Mentségünkre legyen mondva a többlet nemcsak több szöveget, de több képanyagot és ábrát is jelent. Reméljük ez segít jobban megérteni a sejtekben zajló, néha bizony komplikált eseményeket. (a szerzők)

Hivatkozás: https://mersz.hu/darvas-laszlo-sejtbiologia//

BibTeX EndNote Mendeley Zotero