БИОХИМИЯ, 2014, том 79, вып. 9, с. 1059 - 1060
УДК 576.31,576.32
КЛЕТОЧНАЯ ЛОГИСТИКА: ГРУЗЫ И ТРАНСПОРТ
© 2014 Е.С. Надеждина12
1 Институт белка РАН, 119334 Москва; факс: +7(499)135-2147
2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, 119992Москва; факс: +7(495)939-3181, электронная почта: elena.nadezhdina@gmail.com
Поступила в редакцию 19.06.14
Эукариотические клетки, имеющие крупные размеры, нуждаются в системе везикулярного транспорта, включающей в себя формирование мембранных транспортных контейнеров, их перемещение, иногда на значительные расстояния, распознавание пункта назначения и слияние с другими мембранами. Понимание молекулярных механизмов этих процессов имеет важное теоретическое и практическое значение. В специальном выпуске журнала «Биохимия» собраны обзорные и экспериментальные статьи, посвященные различным аспектам везикулярного транспорта.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: везикулярный транспорт, цитоскелет, клеточная подвижность.
В жизни эукариотических клеток, обладающих сравнительно крупными размерами, существенную роль играет логистика. В клетках имеются грузы, которые нужно доставить по назначению, например, секретируемые белки. Для грузов выбирается вид транспортных контейнеров, например, мембранные везикулы определенного состава, обеспечивается движение, например, с помощью моторных белков вдоль цитоскелетных структур, обозначается адрес доставки (см. обзоры А.И. Фокина с соавт. и М.С. Вильдановой с соавт. в данном выпуске). Разнообразие внутриклеточных грузов очень велико, ведь это не только секретируемые компоненты, но и участники регуляторных сигнальных путей, которым нужно обеспечить встречу друг с другом в клеточном пространстве (см. обзоры Ф.К. Гиоевой и Е.С. Корниловой в данном выпуске), и функциональные белковые комплексы, которые необходимо доставить к определенным районам клетки для осуществления необходимых биохимических реакций и т.д. К последнему виду доставок относится, несомненно, обеспечение процессов, происходящих на переднем крае движущихся клеток (см. обзор А.Ю. Александровой в данном выпуске) или в области контактов клеток (см. обзор И.Б. Алиевой в данном выпуске). Патогенные микроорганизмы могут захватывать и использовать в своих целях клеточные транспортные пути, что деструктив-
но для клеток, но полезно для исследователей (см. обзор С.Ю. Хайтлиной в данном выпуске).
Разнообразие грузов и адресов доставки определяет разнообразие моторных белков [1] и транспортных контейнеров (см. статью Е.В. Ко-робко с соавт. в данном выпуске). В настоящее время под везикулярным транспортом понимают и процессы, происходящие с мембранами — отщепление и специфическое слияние, и собственно транспорт, т.е. перенос везикул в клеточном пространстве. Механизмы выбора моторными белками транспортных контейнеров и, в дальнейшем, механизмы регуляции активности этих белков очень сложны и не до конца понятны [2]. Если, например, в нервных клетках транспорт происходит направленно, от тела клетки к концу отростков и в обратном направлении, то в цитоплазме фибробластопо-добных клеток транспорт может напоминать случайное блуждание, которое, тем не менее, приводит к доставке груза по заранее определенному адресу. Помимо моторных белков, в передвижениях в цитоплазме могут участвовать полимеризация актиновых филаментов (см. обзор С.Ю. Хайтлиной в данном выпуске) и объемные осцилляции мембранных органелл (см. статью Т.В. Вышенской с соавт. в данном выпуске).
Расшифровка молекулярных механизмов логистических процессов в клетке представляет важную и увлекательную задачу для исследова-
1060
НАДЕЖДИНА
телей. Успехи в описании процессов формирования и распознавания транспортных контейнеров были отмечены Нобелевской премией 2013 г. [3]. Возможно, крупные премии в ближайшие годы ожидают исследователей моторных белков. Однако многие аспекты клеточной логистики остаются еще невыясненными [3]. Ранние работы по установлению механизмов везикулярного транспорта и идентификации моторных белков основывались на генетике дрожжей, бесклеточных системах транспорта, наблюдениях за перемещениями по клеткам вирусных частиц и отдельных вирусных белков. В современных работах основной упор делают на получение нокаутных мышей, нокдаун отдельных белков в клетках, выявление новых белок-белковых взаимодействий.
С практической точки зрения, знание деталей внутриклеточного транспорта и клеточной подвижности важно для понимания механизмов нарушений этих процессов при различных патологиях с целью последующей корректировки. Установлено, что мутации белков-участников раннего везикулярного транспорта приводят к анемиям и гемофилиям [4]. Разнообразные нарушения транспорта в нервных клетках являют-
ся причиной нейродегенеративных заболеваний [5]. Зная, что именно происходит с молекулами — участниками транспорта при тех или иных патологиях, удается найти нетривиальные эффективные пути лечения [6]. Нарушения движения клеток возникают при раковой трансформации и способствуют инвазии и метастазированию раковых клеток, что является основной причиной смерти онкологических больных (обзор А.Ю. Александровой в данном выпуске). Молекулы, регулирующие движение, являются перспективными мишенями для антираковых препаратов.
Понимание устройства транспортных путей в клетке важно для правильного использования этих путей при адресной доставке лекарственных препаратов к определенным клеткам и клеточным компартментам, в том числе в ядро. Проблема адресной доставки и конструирования белковых носителей для нее подробно обсуждается в обзоре А.А. Розенкранца с соавт. в данном выпуске. Наконец, понимание особенностей секреторного пути (клеточной логистики) должно в будущем помочь в получении эу-кариотических суперпродуцентов терапевтических белков.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Vale, R.D. (2003) The molecular motor toolbox for intracellular transport, Cell, 112, 467-480.
2. Bryantseva, S.A., and Zhapparova, O.N. (2012) Bidirectional transport of organelles: unity and struggle of opposing motors, Cell Biol. Int., 36, 1-6.
3. Ray, K. (2014) From fission to fusion: a perspective on the research that won the Nobel Prize in Physiology or Medicine, 2013, J. Biosci, 39, 3-12.
4. Khoriaty, R., Vasievich, M.P., and Ginsburg, D. (2012) The COPII pathway and hematologic disease, Blood, 120, 31—38.
5. Franker, M.A., and Hoogenraad, C.C. (2013) Microtubule-based transport — basic mechanisms, traffic rules and role in neurological pathogenesis, J. Cell Sci., 126, 2319—2329.
6. Hinckelmann, M.V., Zala, D., and Saudou, F. (2013) Releasing the brake: restoring fast axonal transport in neurodegenerative disorders, Trends Cell Biol., 23, 634—643.
LOGISTICS IN THE CELL: CARGOES AND TRANSPORT
E. S. Nadezhdina12
1 Institute of Protein Research, Russian Academy of Sciences, Moscow 119334, Russia; fax: +7(499)135-2147 2 M. V. Lomonosov Moscow State University, A. N. Belozersky Institute for Physico-Chemical Biology, Moscow 119992, Russia; fax: +7(495)939-3181, E-mail: elena.nadezhdina@gmail.com
Received June 19, 2014
Eukaryotic cells, having large size, require vesicular transport. This includes the formation of membrane transport containers, their movement, sometimes over a considerable distance, recognition of destination, and fusion with destination membranes. Understanding the molecular mechanisms of these processes is of great theoretical and practical significance. This special issue of the journal Biochemistry (Moscow) presents reviews and experimental articles describing various aspects of vesicular transport.
Key words: vesicular transport, cytoskeleton, cell motility
БИОХИМИЯ том 79 вып. 9 2014
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.