Libmonster ID: UA-1755

 Автор: Н. Н. НИКОЛЬСКИЙ, Е. С. КОРНИЛОВА

Специалисты считают: когда-нибудь обязательно создадут молекулярный "портрет" клетки, отражающий упорядоченное расположение в ней миллионов молекул ДНК, РНК, белков, липидов, низкомолекулярных веществ, воды и т.д. Это будет не фотография статики данного момента, а некая компьютерная биолого-математическая модель, позволяющая наблюдать за жизнедеятельностью клетки. Ведь клетка - динамическая система, в которой постоянно происходит замена всех "работающих" структур. Неизменным остается только геном, но и в молекулах ДНК непрерывно возникают повреждения, репарируемые особым механизмом, следящим за их структурой. Все процессы обновления элементов в клетке, движения и транспортирования веществ в ней "узаконены" и организованы. Их бесперебойную деятельность обеспечивает везикулярный (от латинского везикула - пузырек) транспорт.

стр. 41


Академик Н. Н. НИКОЛЬСКИЙ, директор Института цитологии РАН, доктор биологических наук Е. С. КОРНИЛОВА, ведущий научный сотрудник того же института

Как функционирует везикулярный транспорт? Для наглядности приведем два примера. Представим движение людей по торговой площади маленького городка, загроможденной повозками и лотками. С высоты птичьего полета кажется, что эти перемещения не упорядочены. Однако каждый их участник, затратив определенное количество времени и сил, добирается до нужного места. Второй пример - множество автомобилей на многоуровневой дорожной развязке современного мегаполиса в час пик. Их потоки, пересекаясь, сливаясь, разделяясь, застывая в "пробках" и т.д., тем не менее доставляют пассажиров и грузы в места назначения. Поэтому не случайно синонимом везикулярного транспорта в английском языке стал термин "traffic" (дорожное движение).

Наподобие приведенных примеров осуществляется и перемещение "грузов" в клетке: вновь синтезируемые белки от одной из органелл - эндо- плазматического ретикулума (ЭПР) - направляются к цис-стороне аппарата Гольджи*, проходят через него и на транс-стороне упаковываются в новые везикулы, разбегающиеся по разным направлениям. Это так называемый биосинтетический путь. Если после аппарата Гольджи белки направляются к плазматической мембране, то пройденное ими расстояние называется экзоцитозным, или секреторным. Эндоцитозный поток, напротив, направлен внутрь клетки; он несет содержимое внешней среды и белки плазматической мембраны. Известные из школьного курса биологии фагоцитоз и пиноцитоз - частные случаи именно эндоцитоза. Более 90% поглощенных при этом клеткой молекул возвращаются обратно (рециклируют), и лишь несколько типов проходят весь путь до конца: через так называемые ранние эндосомы в поздние (вторые от первых отличаются временем возникновения, морфологией, функциями и т.д.), затем в лизосомы (структуры, содержащие ферменты, способные расщеплять белки).

Часть везикул может также пройти клетку насквозь и доставить содержимое нетронутым на ее противоположную сторону. Этот процесс называется трансцитозом. Впрочем, существует ряд иных, способных осуществлять обмен белков практически между всеми органоидами клетки.

Очевидно, столь интенсивное движение "грузов" должно как-то регулироваться. Исследователями в последнее десятилетие были выяснены принципы, по которым осуществляется перемещение веществ в клетке. На молекулярном уровне процесс везикулярного транспорта можно разделить на несколько этапов. На первом за счет мембраны одной органеллы (донора) формируется выпуклость, или почка; впоследствии она "отшнуровывается" и превращается в транспортную везикулу, или тубулу. Затем последняя доставляется к определенной органелле (акцептору). На третьем этапе происходит их взаимоузнавание и взаимодействие, после чего они сливаются. В итоге все регуляторные белки, обеспечивавшие предыдущие события, возвращаются на исходные позиции, т.е. рециклируют (также посредством везикулярного транспорта) в мембрану органеллы-донора, чтобы участвовать в новых циклах.

В настоящее время уже известно множество белков, так или иначе определяющих все вышеперечисленные процессы. Они группируются в несколько классов и рассматриваются как универсальные элементы транспортной системы клетки. Например, при формировании везикулы ключевую роль играют так называемые окаймления - комплексы белков, выполняющие две функции: во-первых, они прямо или косвенно способствуют искривлению участка мембраны в области формирования пузырька, во-вторых, обеспечивают сортировку белков, в результате чего пузырьки наполняются определенным содержимым, хотя иногда и остаются пустыми, но это случается очень редко. Как правило, их "загружают" белки, либо непосредственно встроенные в мембрану, либо растворимые и способные образовывать комплексы со связанными с ней специфическими рецепторами. Последних узнают и "заякоривают" белки окаймления в зоне формирования везикул.

Итак, с помощью последних перемещаются связанные с мембраной белки. Это обеспечивает первый уровень специфичности рассматриваемого транспорта, функционирующего на всех путях, связывающих между собой внутриклеточные органеллы или ведущие к плазматической мембране. В обратном направлении, при образовании на плазматической мембране эндоцитозных везикул, в их состав могут попадать, кроме лиганд-рецепторных комплексов, и вещества внеклеточной среды, не имеющие собственных рецепторов.

Проблему везикулярного транспорта мы рассматриваем в рамках исследований механизма действия эпидермалъного фактора роста (ЭФР), который является митогеном (т.е. стимулирует митоз - процесс, приводящий к тождественности распределения генетического материала при делении клетки) для некоторых типов клеток и участвует в регуляции их эмбриогенеза, дифференцировки, подвижности и апоптоза**, т.е. относится к разряду очень важных ростовых факторов.

Клетки способны реагировать на ЭФР, только если в них есть высокоспецифичный рецептор - трансмембранный белок, цитоплазматическая


* Аппарат Гольджи - органоид клетки, в котором вновь синтезированные в ЭПР белки подвергаются ряду модификаций, после которых они становятся полностью активными. Сам аппарат состоит из стопки "цистерн", в которых вновь синтезированные немодифицированные белки путем присоединения к ним полисахаридных цепей последовательно переходят от цис-стороны до транс-части (прим. ред.).

** Апоптоз - процесс, при котором происходит фрагментация ДНК и клетка гибнет, как бы "закукливаясь"; при этом окружающие ткани не страдают (прим. авт.).

стр. 42


Динамика эндоцитоза ЭФР (съемка в флюоресцентном микроскопе): a - клетки, инкубированные с ЭФР-родамином при 4 o С; ростовые факторы связываются со своими рецепторами на плазматических мембранах и поэтому видны лишь контуры клеток; b - те же клетки через 10 мин. после стимуляции эндоцитоза путем переноса их в среду, нагретую до 37 o С; ярко светящийся ЭФР-родамин удален с плазматической мембраны и стали заметны более слабо окрашенные точечные структуры - ранние эндосомы; с - через 30 - 60 мин. мелкие светящиеся точки исчезли, ЭФР-рецепторные комплексы переместились в околоядерную область и там образовались ярко светящиеся пятна - поздние эндосомы.

часть которого содержит участок, способный присоединять неорганический фосфат (-РО 4 3 ) к остатку тирозина. Эта активность стимулируется после связывания ЭФР с рецептором. В результате часть остатков тирозина в молекуле рецептора фосфорилируется* и узнается белками - субстратами рецептора, что приводит к их активации.

С другой стороны, образование ЭФР-рецепторных комплексов на плазматической мембране стимулирует их эндоцитоз. Но связан ли процесс передачи сигнала и везикулярный транспорт? Этот и ряд других вопросов встали перед нами в начале поиска.

Специалистам известно: после длительной инкубации клеток с ростовым фактором на мембране уменьшается количество рецепторов. Это навело нас на мысль: в отличие от большинства "метаболических" рецепторов (переносящих сложные белки - трансферрин, липопротеины низкой плотности и т.д.), возвращающихся на поверхность после диссоциации комплексов в ранних эндосомах, рецепторы ЭФР доставляются в лизосомы и там деградируют. Таким образом, в данном случае смысл эндоцитоза - прекращение сигнала, стимулируемого на поверхности клетки.

Наши исследования подтвердили: и ЭФР, и рецептор попадают в лизосомы. Но чтобы оказаться там, рецептор проходит сначала через ранние, а затем попадает в поздние эндосомы. Последние расположены около ядра и имеют "мультивезикулярную" морфологию (иначе говоря, содержат разное количество мелких внутренних пузырьков). В них-то рецепторы и деградируют. Такой путь долгое время считался единственно возможным.

Однако в 1987 - 89 гг. в нашем институте обнаружили: значительная доля эндоцитированных ЭФР-рецепторных комплексов способна рециклировать, возвращаясь обратно в плазматическую мембрану. Сначала было решено: это открытие касается клеток, обладающих экстремально высоким количеством рецепторов ЭФР, и их избыток просто неспецифически вовлекается в обратный поток мембран. Но дальнейшие исследования показали: то же самое наблюдается и в клетках с низким количеством рецепторов! Более того, соотношение между путями рециклирования и деградации может изменяться в одних и тех же клетках. Тогда мы сделали вывод: рециклирование составляет универсальный этап в процессе эндоцитоза, способный влиять на длительность сигнала, стимулируемого рецептором ЭФР. И хотя путь в лизосомы приводит к ослаблению сигнала за счет уменьшения числа рецепторов в результате их деградации, тем не менее рециклирующие рецепторы способны участвовать в нескольких циклах стимуляции сигнала. Так клетка регулирует и длительность, и интенсивность сигнала.

Как регулируется эндоцитозный путь ЭФР-рецепторных комплексов? Какие универсальные белки транспортной системы участвуют в этом? Какова роль самого рецептора в процессе? Наши исследования показали: он - не пассивный пассажир. Используя наборы клеток, несущих разные формы мутантных рецепторов ЭФР, мы поняли: тирозинкиназная активность рецептора необходима для попадания в поздние эндосомы (что означает его вступление на путь деградации). Для выполнения первой задачи рецептор путем фосфорилирования должен активировать некий белок (или белки), который мы условно назвали сортирующим. Таким образом, именно сортировка в поздние эндосомы (из ранних) находится под особым контролем, а рециклирование происходит "по умолчанию".

Хотя сам сортирующий белок еще не идентифицирован, кое-что о нем известно. Анализ, проведенный нами совместно с бывшим нашим сотрудником профессором А. Соркиным (ныне гражданином США, работающим в Университете Колорадо), показал: домен связывания этого белка с рецептором расположен недалеко от его цитоплазматического конца, который может модулировать эффективность своего взаимодействия с сортирующим белком. Кстати, активированный рецептор


* Фосфорилирование - химическая реакция, приводящая к введению в молекулу органического или неорганического вещества остатков кислот фосфора ( PO 3 H 2 ) (прим. ред.).

стр. 43


Локализация рецептора ЭФР (зеленый цвет) и Rab7 (красный цвет) в клетках (съемка в флюоресцентном микроскопе): a - через 30 мин после стимуляции эндоцитоза ЭФР его рецептор локализуется в той же области около ядра, что и Rab7 (область окрашена желтым). b - эндоцитоз стимулирован в клетках, обработанных нокодазолом, но ни рецептор ЭФР, ни Rab7 не собираются в околоядерной области.

продуцирует столь сильный сортирующий сигнал, что даже некоторые воздействия (например, подавление закисления эндосом), блокирующие лизосомальный транспорт многих веществ, неспособны предотвратить его доставку в лизосомы.

Очевидно, сортирующий белок, представляющий "рецептор-специфическую" часть эндоцитозной машины, обязательно взаимодействует с какими-то из универсальных клеточных регуляторов транспорта. Наше внимание привлек Rab7 - белок, традиционно рассматриваемый как маркер поздних эндосом. Однако данные о том, какой именно участок пути он обслуживает, были чрезвычайно противоречивы.

В первоначальных экспериментах мы выяснили: после стимуляции эндоцитоза ЭФР Rab7 обнаруживается сначала в ранних, а затем в поздних эндосомах и перераспределяется вместе с рецептором в околоядерную область, что как бы свидетельствует об его участии в регуляции процесса сортировки в поздние эндосомы - именно той стадии, которая нас особенно интересует. Однако рецептор на пути в лизосомы перемещается из периферической области клетки в околоядерную, и этот переход зависит от микротрубочек - одного из элементов цитоскелета клетки.

Полученные результаты заставили нас обратиться к гипотезе Г. Гриффитса и Ж. Гринберга (Европейская объединенная лаборатория молекулярной биологии в Гейдельберге, Германия), предсказывающей, что переход из ранних в поздние эндосомы осуществляется с помощью пузырьков, наподобие тех, которые обеспечивают транспорт между ЭПР и аппаратом Гольджи. Но когда мы обработали клетки нокодазолом - агентом, деполимеризующим микротрубочки, то обнаружили: эндоцитированный рецептор не перемещается в околоядерную область - рецептор остается в везикулах, разбросанных по всей клетке. Тем не менее динамика попадания ЭФР-рецепторных комплексов в поздние эндосомы и лизосомы, а также их деградация не нарушались. Значит, перенос в околоядерную область необходим для того, чтобы рецептор попал в структуры, имеющие свойства поздних эндосом. Стало быть, последние могут возникать из ранних путем "созревания" - процесса постепенного изменения состава мембран. Это происходит в результате того, что белки, свойственные ранним эндосомам, постепенно рециклируют, а характерные для мембран поздних эндосом постоянно поступают из транс-сети аппарата Гольджи.

Еще больший сюрприз - поведение в этих условиях белка Rab7. Он, как и рецептор, не направляется к ядру, а связывается с распределенными по всей цитоплазме некими структурами. Однако - удивительно! - они не содержат рецептор ЭФР! Выходит, разрушение микротрубочек полностью "разводило" Rab7 и рецептор ЭФР, но не препятствовало нормальному эндосомальному процессингу* ЭФР-рецепторных комплексов. Это может означать, что Rab7 не имеет никакого отношения к процессам слияния мембран (если таковые вообще происходят) в ходе попадания рецептора в поздние эндосомы и лизосомы. Скорее всего, Rab7 "выстраивает архитектуру" эндоцитозного пути, обеспечивая взаимодействие эндосом с микротрубочками и их перемещение в околоядерную область. Вскоре появились данные из других лабораторий, подтверждающие этот вывод. Так, группа Б. Гоуда (Институт Кюри, Франция) обнаружила, что Rab6 специфически взаимодействует с белком, имеющим свойства моторного белка кинезина, а М. Зериал с коллегами из упомянутой лаборатории в Гейдельберге показали, что Rab5, будучи экспрессирован в клетке в большом количестве, перераспределяется к ядру, используя для этого микротрубочки.

Итак, впервые удалось продемонстрировать новую функцию Rab-белков - их взаимодействие с цитоскелетом. При этом оказалось, что они, благодаря способности взаимодействовать с широким спектром других белков, не связанных между собой ни структурно, ни функционально, регулируют весь транспортный процесс - от формирования везикулы с помощью окаймлений до ее направленной доставки по элементам цитоскелета к пункту конечного назначения и обеспечения специфического слияния транспортной везикулы с компартментом-мишенью.

Анализируя экспериментальные и литературные данные, мы пришли к выводу: рецептор ЭФР является активным участником процесса собственного эндоцитоза. А в 2001 г. группа под руководством Ф. Сталя (США) показала: именно он способен практически напрямую активировать белок RIN1 (фактор обмена нуклеотидов для Rab5) - основного регулятора слияния ранних эндосом. Хотя прямого взаимодействия между эндоцитированным рецептором ЭФР и Rab5 не обнаружено, можно предположить, что активированный ЭФР- зависимым образом Rab5 собирает вокруг себя белки, обеспечивающие рецептору прохождение всех последующих стадий вплоть до попадания во внутренние пузырьки мультивезикулярных поздних эндо-


* Процессинг - совокупность реакций, происходящих с ЭФР и его рецептором в эндосомах и приводящих к деградации обоих (прим. авт.).

стр. 44


Схематическое представление организации эндоцитозного пути ЭФР-рецепторных комплексов.

сом, формируя таким образом сортирующую платформу. Один из компонентов последней - фосфатиди-линозитол-3-киназа. Ее продукт - фосфатидилинозитол- 3-фосфат - связывает многие белки и участвует в формировании инвагинаций* мультивезикулярных эндосом.

Попадание рецептора в такие платформы позволяет избежать рециклирования. Кроме того, активированный Rab5 стимулирует слияние ранних эндосом в структуры, подобные тубулярным выростам, ориентированным по направлению к ядру По мембране таких ранних эндосом перемещаются комплексы- платформы за счет взаимодействия с микротрубочками также опосредуемых Rab5 и Rab7. Однако при разрушении микротрубочек "катастрофы" не происходит, поскольку сами платформы содержат практически все белки, необходимые для того, чтобы в конечных доменах "ранне-эндосомальных" тубул, где постепенно концентрируются рецепторы ЭФР, началось формирование инвагинаций с последующим отделением уже сформированных мультивезикулярных поздних эндосом от ранних. Словом, поздние эндосомы возникают "из" и "на" ранних, и весь этот процесс стимулируется рецептором ЭФР.

Интересно, что, хотя перенос ЭФР-рецепторных комплексов в околоядерную область и не является необходимым для деградации рецептора в естественных условиях, тем не менее это происходит. Зачем тогда он нужен? И тут опять возникает предположение о возможной связи между эндоцитозом и проведением сигнала. Наверное, перемещение активированного рецептора от периферии к ядру позволяет организовать стимуляцию разных сигнальных путей во времени и пространстве.

Продуктивной также представляется гипотеза о доставке к ядру вместе с рецептором ЭФР сигнальных белков, им же активируемых. В нашей лаборатории было показано: такие ЭФР-стимулируемые сигнальные молекулы (обеспечивающие передачу сигнала с рецептора на геном клетки и метаболические пути), как фосфолипаза Су и транскрипционный фактор STAT1, могут быть связаны и с рецептором ЭФР, локализованным в мембране, и с рецепторсодержащими эндосомами. А совсем недавно появилась работа, выполненная в нескольких университетах США под руководством Р. Джоува, доказавшая: перенос STAT3 в ядро подавляется при блокировании эндоцитоза рецептора ЭФР.

В заключение хочется отметить: роль эндоцитоза для клетки может быть не только полезной, но и вредной. Как оказалось, многие наследственные болезни вызваны сбоями в механизмах доставки определенных белков по нужному адресу. С другой стороны, ряд недугов связан с мутациями в генах, кодирующих некоторые белки-регуляторы везикулярного транспорта**. Многие токсины, вирусы и простейшие, приводящие к серьезным инфекционным заболеваниям, попадают в клетку, используя путь рецептор- опосредованного эндоцитоза. Поэтому действие некоторых антивирусных препаратов направлено на подавление эндоцитоза.


* Инвагинация - впячивание участка эндосоматьной мембраны внутрь этой орга-неллы, что приводит к появлению внутренних пузырьков в эндосомах, которые затем превращаются в мультивезикулы тела (прим. авт.).

** См.: В. С. Баранов. Гены предрасположенности, или Болезни, которые нас выбирают... - Наука в России, 2003, N 1 (прим. ред.).


© elibrary.com.ua

Permanent link to this publication:

https://elibrary.com.ua/m/articles/view/Проблемы-Поиск-Решения-КЛЕТКА-ВЕЧНОЕ-ДВИЖЕНИЕ

Similar publications: LUkraine LWorld Y G


Publisher:

Бельбек ТахумовContacts and other materials (articles, photo, files etc)

Author's official page at Libmonster: https://elibrary.com.ua/Scientist

Find other author's materials at: Libmonster (all the World)GoogleYandex

Permanent link for scientific papers (for citations):

Проблемы. Поиск. Решения. КЛЕТКА: ВЕЧНОЕ ДВИЖЕНИЕ // Kiev: Library of Ukraine (ELIBRARY.COM.UA). Updated: 18.06.2014. URL: https://elibrary.com.ua/m/articles/view/Проблемы-Поиск-Решения-КЛЕТКА-ВЕЧНОЕ-ДВИЖЕНИЕ (date of access: 16.07.2024).

Comments:



Reviews of professional authors
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Related topics
Publisher
Rating
0 votes
Related Articles
Бездепозитные бонусы: как онлайн казино привлекает игроков?
Catalog: Разное 
14 days ago · From Україна Онлайн
Розуміння Жертви Ісуса Христа Розуміння Воскресіння Ісуса Христа Основа Гносеології Основа Антропології Основа Онтології Це перша публікація цієї роботи - ексклюзив для www.elibrary.com.ua ! Контакт: maximshvets100@gmail.com
28 days ago · From Максим Швець
МЕЖДУНАРОДНАЯ ЛИКВИДНОСТЬ ИНДИИ: ПРИНЦИПИАЛЬНЫЙ СДВИГ
30 days ago · From Petro Semidolya
ЮГО-ВОСТОЧНАЯ ЕВРОПА В ПРЕДСТАВЛЕНИИ АРАБСКИХ ГЕОГРАФОВ IX В.
Catalog: География 
33 days ago · From Petro Semidolya
"ТУРЕЦКОЕ ОЗЕРО": ЧЕРНОЕ МОРЕ В XV-XVII ВВ.
Catalog: География 
33 days ago · From Petro Semidolya
АВСТРАЛИЯ ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ XX ВЕКА: В ПОИСКАХ НАЦИОНАЛЬНОЙ И ПОЛИТИЧЕСКОЙ ИДЕНТИЧНОСТИ
34 days ago · From Petro Semidolya
НОРМАТИВНО-ПРАВОВЕ РЕГУЛЮВАННЯ МИТНИХ ВІДНОСИН У ВЕЛИКОМУ КНЯЗІВСТВІ ЛИТОВСЬКОМУ XVI ст.
Catalog: Право 
36 days ago · From Україна Онлайн
СУЧАСНИЙ УКРАЇНСЬКИЙ ҐРАНД-НАРАТИВ: ПІДХОДИ, КОНЦЕПЦІЇ, РЕАЛІЗАЦІЯ
36 days ago · From Україна Онлайн
The majority of theoretical misconceptions and the most significant misunderstandings in modern astronomy, cosmology and physics are caused by a purely mathematical approach and ignoring philosophical comprehension of physical reality and, as a result, by not deep enough understanding of the essence of certain physical phenomena and objects.
39 days ago · From Павло Даныльченко
The cardinal difference between relativistic gravithermodynamics (RGTD) and general relativity (GR) is that in RGTD the extranuclear thermodynamic characteristics of matter are used in the tensor of energy-momentum to describe only its quasi-equilibrium motion.
39 days ago · From Павло Даныльченко

New publications:

Popular with readers:

News from other countries:

ELIBRARY.COM.UA - Digital Library of Ukraine

Create your author's collection of articles, books, author's works, biographies, photographic documents, files. Save forever your author's legacy in digital form. Click here to register as an author.
Library Partners

Проблемы. Поиск. Решения. КЛЕТКА: ВЕЧНОЕ ДВИЖЕНИЕ
 

Editorial Contacts
Chat for Authors: UA LIVE: We are in social networks:

About · News · For Advertisers

Digital Library of Ukraine ® All rights reserved.
2009-2024, ELIBRARY.COM.UA is a part of Libmonster, international library network (open map)
Keeping the heritage of Ukraine


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Sweden Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of affiliates, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. Once you register, you have more than 100 tools at your disposal to build your own author collection. It's free: it was, it is, and it always will be.

Download app for Android