КЛЕТКА: ВЕЧНОЕ ДВИЖЕНИЕ
ас-эс-1) в разимы чая або
ГИ-
об-
си-за вие тер ис-
-1НО
•ва-лла ких
ХИ-ШЫ пе->су-ме-его как гек-ени :де-:ав-алы
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.
■ция
ами Институт цитологии РАН.
Академик H.H. НИКОЛЬСКИМ, 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. 11редставим 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
! Аппар;п Гольджи — органоид клетки, в котором вновь синтезированные в ЭПР бедки подвергаются ряду модификации, после которых они становятся полностью активными. Сам аппарат состоит in стопки ••гшетерн», п которых вновь спите jitpooan-ные немодифицированные белки путем присоединения к ним полнеахармдных цепей последовательно переходят от иис-сто-ромы до транс-части {прим. ред.).
(рециклируют), и лишь несколько типов проходят весь путь до конца: через гак 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 траисцитозом. 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 органед-лы (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 регу-ляторные белки, обеспечивавшие предыдущие события, возвращаются на исходные позиции, т.е. рециклируют (также посредством везикулярного транспорта) в мембрану органел-лы-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 органелльг 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 эпи-дермального фактора роста (ЭФР), который является м итоге ном (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
* Апоитоз — процесс, при котором происходит фрагментация ДНК ц клетка гибнет, как бы «юкукликшсь»; при этом окружающие ткани не страдают (прим. авт. ).
часть которого содержит участок, способный присоединять неорганический фосфат (-Р04") к остатку тирозина. Эта активность стимулируется после связывания ЭФР с рецептором. В результате часть остатков тирозина в молекуле рецептора фосфори-дируется* и узнается белками — субстратами рецептора, что приводит к их активации.
С другой стороны, образование ЭФР-рецелторных 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. Эго навело нас на мысль: в отличие от большинства «метаболических» рецепторов (переносящих сложные белки — трансферрин, ди-попротеипы низкой плотности и т.д.), возвращающихся на поверхность после диссоциации комплексов в ранних эндосомах, рецепторы ЭФР доставляются влизосомы 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 лизо-сомы. Но чтобы оказаться там, рецептор проходит сначала через ранние, а затем попадает в поздние эн-досомы. Последние расположены около ядра и имеют «мультивезику-лярную» 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-ре-цепторных комплексов способна ре-циклировать, возвращаясь обратно в плазматическую мембрану. Сначала было решено: это открытие касается клеток, обладающих экстремально
' Фосформлированне — химическая реакция, приводящая к введению н молекулу органического или неорганического вещества остатков кислот фосфора ("РО-,НД (пр1ш. ред.).
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 рецик-лирующие 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 мугантных рецепторов ЭФР, мы поняли: тирозин-киназная 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, цменно сортировка в поздние эндосомы (из ранних) находится под особым контролем, а рециклирование происходит «по умолчанию».
Хотя сам сортирующи
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.