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胞吞作用

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不同类型的胞吞作用

胞吞作用是物质进入细胞的细胞过程。待内化的物质被细胞膜的一个区域包围，然后细胞膜在细胞内萌芽形成含有摄入物质的囊泡。胞吞作用包括胞饮 (细胞饮水)和吞噬 (细胞吞噬)。它是主动运输的一种形式。

1 历史编辑

这个术语是由德·杜瓦在1963年提出的[1]。吞噬作用是由埃利·梅奇尼科夫在1882年发现的[2]。

2 胞吞途径编辑

图示网格蛋白介导的(左)和网格蛋白非依赖性突触囊泡膜内吞(右)的示意图。

胞吞途径可细分为四类:即受体介导的胞吞作用(也称为网格蛋白介导的胞吞作用)、质膜微囊、胞饮作用和吞噬作用[3]。

  • 网格蛋白介导的胞吞作用是由小囊泡 (约直径为100 nm)，其具有由细胞质蛋白网格蛋白组成的形态学特征涂层[4]。 网格蛋白包被的囊泡（CCVS）几乎存在于所有细胞中，并形成被称为网格蛋白包被凹坑的结构域。包被的凹坑可以浓缩具有不同受体的细胞外大分子，这些受体负责配体的受体介导的内吞作用，例如低密度脂蛋白、转铁蛋白、生长因子、抗体等[5]。
在哺乳动物细胞中进行的研究证实了网格蛋白被膜尺寸在张力增加的环境中减小。此外，这表明实验研究中观察到的两种明显不同的网格蛋白组装模式，即包被凹坑和包被斑块，可能是质膜张力变化的结果 [6]。
  • 胞膜窖是最常见的非网格蛋白包被的质膜芽，存在于许多细胞类型的表面，除了少数例外。它们含有胆固醇结合蛋白小窝蛋白(Vip21)，并具有富含胆固醇和糖脂的双层膜。胞膜窖很小(直径接近50纳米)膜上类似洞穴形状的烧瓶状凹坑(因此得名洞穴)。它们可以构成某些组织细胞质膜面积的三分之一，尤其是平滑肌、肺泡壁细胞、成纤维细胞、脂肪细胞和内皮细胞[7]。细胞外分子的摄取也被认为是通过质膜微囊中的受体特异性介导的。

    从左到右:吞噬作用、胞饮作用、受体介导的胞吞作用。

    • 胞吞作用一种受体介导的内吞作用，它利用小囊泡将不同大小的分子带入细胞。与大多数利用质膜微囊将囊泡内容物输送到溶酶体或其他细胞器的内吞不同，内吞物质通过胞吞作用被释放到细胞溶质中[8]。
  • 胞饮作用，通常发生在质膜的高度褶皱区域，是细胞膜的内陷形成一个囊袋，然后夹入细胞形成一个囊泡(直径0.5-5微米)，其中充满大量细胞外液和分子(相当于约100个网格蛋白小泡)。囊袋的填充以非特定的方式发生。然后囊泡进入胞质溶胶，并与其他囊泡如内体和溶酶体融合[9]。
  • 吞噬作用是细胞结合和内化直径大于约0.75微米的颗粒物质的过程，例如小尺寸的尘粒、细胞碎片、微生物和凋亡细胞。这些过程涉及比网格蛋白介导的胞吞作用和质膜微囊途径更大的膜面积的摄取。

最近的实验表明，这些内吞事件的形态学描述可能是不充分的，更合适的分类方法可能是基于特定途径的网格蛋白依赖性，特别是网格蛋白依赖性和网格蛋白非依赖性内吞的多种亚型。缺乏对非吞噬性、网格蛋白非依赖性内吞作用的机理认识，但是最近的一项研究表明，Graf1如何调节一种非常普遍的网格蛋白非依赖性内吞途径，即CLIC/GEEC途径[10]。

3 分内分泌途径的主要成分编辑

哺乳动物细胞的内吞途径由不同的膜隔室组成，膜隔室将质膜中的分子内化并循环回表面(如早期内体和循环内体)，或将其分类降解(如晚期内体和溶酶体)。内分泌途径的主要成分是[3]:

  • 早期内体是内吞途径的第一个隔间。早期内体通常位于细胞的外围，接受来自细胞表面的大多数类型的囊泡。它们具有典型的小管-囊泡结构(囊泡直径可达1μm，连接的小管约为50nm)。它们主要是分选细胞器，在细胞器中，许多内吞配体在隔室的酸性pH中与其受体解离，许多受体从细胞器中再循环到细胞表面(通过小管)[11][12]。 这也是通过小隔室(如多囊体(MVB)或内体载体囊泡(ECVs))将细胞经胞体途径分拣至后期隔室(如晚期内体或溶酶体)的位点。
  • 晚期内体在通往溶酶体的途中接受内吞物质，通常来自内吞途径中的早期内体、生物合成途径中的跨高尔基网络(TGN)和吞噬途径中的吞噬体[13]。晚期内体通常含有核小体、线粒体和mRNAs特有的蛋白质，包括溶酶体膜糖蛋白和酸性水解酶。它们是酸性的(pH大约为5.5)，是甘露糖-6-磷酸受体转运途径的一部分。晚期内体被认为是在将物质输送到溶酶体之前，介导了最后一组分选事件。
  • 溶酶体是内吞途径的最后一个腔室。它们的主要功能是将细胞废物、脂肪、碳水化合物、蛋白质和其他大分子分解成简单的化合物。然后这些化合物作为新的细胞构建材料返回细胞质。为了做到这一点，溶酶体使用大约40种不同类型的水解酶，所有这些酶都在内质网中制造，在高尔基体中修饰，并在酸性环境中发挥作用[14]。 溶酶体的pH大约为4.8，通过电子显微镜检查，溶酶体通常表现为含有电子致密物质的大液泡(直径1-2μm)。它们具有高含量的溶酶体膜蛋白和活性溶酶体水解酶，但没有甘露糖-6-磷酸受体。它们通常被认为是细胞的主要水解室[15][16]。

最近发现，酵母胞体是酵母胞吞作用的门户[17]。

4 网格蛋白介导的胞吞作用编辑

大多数细胞内吞的主要途径，也是最容易理解的途径，是由分子网格蛋白介导的[18][19] 。这种大蛋白质有助于在细胞质膜内表面形成一个包被的凹坑。然后这个凹坑进入细胞，在细胞的细胞质中形成一个包被的小泡。这样，它不仅将小面积的细胞表面带入细胞，而且将少量的细胞外流体带入细胞[20][21][22]。

涂层的作用是使供体膜变形产生囊泡，它们也在囊泡货物的选择中发挥作用。到目前为止，已经被充分表征的包被复合物包括包被蛋白-1(COP-1)、COP-2和网格蛋白[23][24] 。网格蛋白包被涉及两个关键的转运步骤:(一)受体介导的和液相的胞吞作用，从质膜到早期内体，(二)从TGN到内体的转运。在胞吞作用中，网格蛋白被组装在质膜的细胞质表面，形成凹陷以夹断(断裂)并成为游离的CCVS。在培养的细胞中，CCV的组装需要大约1分钟，每分钟可以形成几百到一千个或更多[25] 。网格蛋白外壳的主要支架成分是被称为网格蛋白重链(CHC)的190 kD蛋白，它与被称为网格蛋白轻链(CLC)的25kD蛋白相关联，形成被称为三颗粒的三足三聚体。

囊泡在形成过程中选择性地浓缩和排出某些蛋白质，并且不代表整个细胞膜。AP2衔接子是在质膜上执行这一功能的多亚单位复合体。最容易理解的受体集中在哺乳动物细胞的包膜泡囊中，它们是低密度脂蛋白受体(从循环血液中清除低密度脂蛋白)、转铁蛋白受体(将转铁蛋白结合的铁离子带入细胞)和某些激素受体(如表皮生长因子受体)。

在任一时刻，成纤维细胞大约25%的质膜由包被的凹坑组成。由于包被的凹坑在出芽进入细胞前大约有一分钟的寿命，成纤维细胞大约每16分钟通过这种途径吸收包被的凹坑表面一次。由质膜形成的包被囊泡的直径约为36纳米，寿命只有几秒钟。一旦包被脱落，剩余的囊泡与内体融合并沿着内吞途径前进。在实际的出芽过程凹坑转化为囊泡，这是由网格蛋白在一组细胞质蛋白的辅助下完成的，其中细胞质蛋白包括动力蛋白和衔接器如衔接蛋白。

马特·莱恩和帕克·乔治首次在电子显微镜下的组织薄切片中发现包被的凹坑和小泡。理查德·安德森、迈克尔·S·布朗和约瑟夫·戈尔茨坦在1977年发现了它们对清除血液中低密度脂蛋白的重要性[26] 。包被囊泡首先由Barbara Pearse纯化，她于1976年发现网格蛋白包被分子[27]。

参考文献

  • [1]

    ^Rieger, R.; Michaelis, A.; Green, M.M. 1991. Glossary of Genetics.Classical and Molecular (Fifth edition). Springer-Verlag, Berlin, [1]..

  • [2]

    ^"Ilya Mechnikov - Biographical". www.nobelprize.org. Retrieved 2016-10-10..

  • [3]

    ^Marsh, Mark (2001). Endocytosis. Oxford University Press. p. vii. ISBN 978-0-19-963851-2..

  • [4]

    ^[2], McMahon, H. T. & Boucrot, E. Molecular mechanism and physiological functions of clathrin-mediated endocytosis. Nature Reviews Molecular Cell Biology 12, 517 (2011)..

  • [5]

    ^Marsh, M.; McMahon, HT (July 1999). "The structural era of endocytosis". Science. 285 (5425): 215–20. doi:10.1126/science.285.5425.215. PMID 10398591. Retrieved 2009-06-19..

  • [6]

    ^Irajizad, E.; Agrawal, A. (2017). "Clathrin polymerization exhibits high mechano-geometric sensitivity". Soft matter. 13: 1455–1462. doi:10.1039/C6SM02623K. PMC 5452080. PMID 28124714..

  • [7]

    ^Parton RG, Simons K (March 2007). "The multiple faces of caveolae". Nature Reviews Molecular Cell Biology. 8 (3): 185–94. doi:10.1038/nrm2122. PMID 17318224..

  • [8]

    ^Mineo, Chieko; Anderson, Richard G. (2001). "Potocytosis". Histochemistry and Cell Biology. 116 (2): 109–118. doi:10.1007/s004180100289. PMID 11685539..

  • [9]

    ^Falcone S, Cocucci E, Podini P, Kirchhausen T, Clementi E, Meldolesi J (November 2006). "Macropinocytosis: regulated coordination of endocytic and exocytic membrane traffic events" (PDF). Journal of Cell Science. 119 (Pt 22): 4758–69. doi:10.1242/jcs.03238. PMID 17077125..

  • [10]

    ^Lundmark R, Doherty GJ, Howes MT, et al. (November 2008). "The GTPase-Activating Protein GRAF1 Regulates the CLIC/GEEC Endocytic Pathway". Current Biology. 18 (22): 1802–8. doi:10.1016/j.cub.2008.10.044. PMC 2726289. PMID 19036340..

  • [11]

    ^Mellman I (1996). "Endocytosis and molecular sorting". Annual Review of Cell and Developmental Biology. 12: 575–625. doi:10.1146/annurev.cellbio.12.1.575. PMID 8970738..

  • [12]

    ^Mukherjee S, Ghosh RN, Maxfield FR (July 1997). "Endocytosis". Physiological Reviews. 77 (3): 759–803. PMID 9234965. Retrieved 2009-06-19..

  • [13]

    ^Stoorvogel W, Strous GJ, Geuze HJ, Oorschot V, Schwartz AL (May 1991). "Late endosomes derive from early endosomes by maturation". Cell. 65 (3): 417–27. doi:10.1016/0092-8674(91)90459-C. PMID 1850321..

  • [14]

    ^Weissmann, G. - Studies on Lysosomes,1965).

  • [15]

    ^Gruenberg J, Maxfield FR (August 1995). "Membrane transport in the endocytic pathway". Current Opinion in Cell Biology. 7 (4): 552–63. doi:10.1016/0955-0674(95)80013-1. PMID 7495576..

  • [16]

    ^Luzio JP, Rous BA, Bright NA, Pryor PR, Mullock BM, Piper RC (May 1, 2000). "Lysosome-endosome fusion and lysosome biogenesis". Journal of Cell Science. 113 (9): 1515–24. PMID 10751143. Retrieved 2009-06-19..

  • [17]

    ^Walther TC, Brickner JH, Aguilar PS, Bernales S, Pantoja C, Walter P (February 2006). "Eisosomes mark static sites of endocytosis". Nature. 439 (7079): 998–1003. doi:10.1038/nature04472. PMID 16496001..

  • [18]

    ^Kirchhausen, T.; Owen, D.; Harrison, S. C. (1 May 2014). "Molecular Structure, Function, and Dynamics of Clathrin-Mediated Membrane Traffic". Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 6 (5): a016725–a016725. doi:10.1101/cshperspect.a016725. PMC 3996469..

  • [19]

    ^Bitsikas, V; Corrêa IR, Jr; Nichols, BJ (17 September 2014). "Clathrin-independent pathways do not contribute significantly to endocytic flux". eLife. 3: e03970. doi:10.7554/eLife.03970. PMC 4185422. PMID 25232658..

  • [20]

    ^Benmerah A, Lamaze C (August 2007). "Clathrin-coated pits: vive la différence?". Traffic (Copenhagen, Denmark). 8 (8): 970–82. doi:10.1111/j.1600-0854.2007.00585.x. PMID 17547704..

  • [21]

    ^Rappoport JZ (June 2008). "Focusing on clathrin-mediated endocytosis". The Biochemical Journal. 412 (3): 415–23. doi:10.1042/BJ20080474. PMID 18498251..

  • [22]

    ^Granseth B, Odermatt B, Royle SJ, Lagnado L (December 2007). "Clathrin-mediated endocytosis: the physiological mechanism of vesicle retrieval at hippocampal synapses". The Journal of Physiology. 585 (Pt 3): 681–6. doi:10.1113/jphysiol.2007.139022. PMC 2375507. PMID 17599959..

  • [23]

    ^Robinson MS (March 1997). "Coats and vesicle budding". Trends in Cell Biology. 7 (3): 99–102. doi:10.1016/S0962-8924(96)10048-9. PMID 17708916..

  • [24]

    ^Glick BS, Malhotra V (December 1998). "The curious status of the Golgi apparatus". Cell. 95 (7): 883–9. doi:10.1016/S0092-8674(00)81713-4. PMID 9875843..

  • [25]

    ^Gaidarov I, Santini F, Warren RA, Keen JH (May 1999). "Spatial control of coated-pit dynamics in living cells". Nature Cell Biology. 1 (1): 1–7. doi:10.1038/8971. PMID 10559856..

  • [26]

    ^Anderson, RG; Brown, MS; Goldstein, JL (March 1977). "Role of the coated endocytic vesicle in the uptake of receptor-bound low density lipoprotein in human fibroblasts". Cell. 10 (3): 351–64. doi:10.1016/0092-8674(77)90022-8. PMID 191195..

  • [27]

    ^Pearse, BM (April 1976). "Clathrin: a unique protein associated with intracellular transfer of membrane by coated vesicles". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 73 (4): 1255–9. doi:10.1073/pnas.73.4.1255. PMC 430241. PMID 1063406..

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