Освіта секреторних гранул і їх регуляція
• Деякі молекули карго зберігаються в секреторних гранулах, які зливаються з мембраною і вивільняють вміст тільки після стимуляції
• Зберігання білків для регульованої секреції часто супроводжується процесом конденсації, при якому молекули карго утворюють асоціати і концентруються для подальшої доставки в позаклітинне середовище
• Конденсація білків при регульованою секреції часто починається в ЕПР, триває в апараті Гольджі і завершується в вакуолях, які врешті-решт утворюють секреторні гранули
• Конденсація на всіх стадіях екзоцитозу супроводжується селективним поверненням мембран гранул
• Злиття синаптичних везикул з плазматичною мембраною відбувається за участю білків SNARE, але регулюється залежними від кальцію білками, зокрема синаптотагмін
Багато клітини еукаріот можуть зберігати секреторні білки у внутрішньоклітинних везикулах, і вони виходять в позаклітинний простір тільки після стимуляції клітини відповідним сигналом (секретагогом). Цей процес називається регульованою секрецією, він забезпечує швидку доставку великої кількості метаболітів, не використовуючи тривалий шлях синтезу de novo. Таким шляхом можуть створюватися запаси різних білків, від нейромедіаторів до гормонів і травних ферментів.
Відповідні везикули називаються секреторні гранули, вони утворюються в транс- Гольджі мережі при дозріванні.
концентруються в везикулярний тубулярних кластерах,
в той час, як інші білки переміщаються в везикули, покриті COPI.
Перші докладні дослідження процесу регульованої секреції були виконані на ацинарних клітинах підшлункової залози, що синтезують секреторні білки (головним чином травні ферменти шлунка і тонкого кишечника). Ці білки утворюються в таких великих кількостях, що становлять основну частину білків, що виробляються цими клітинами. Як представлено на малюнку нижче, упаковка секреторних білків починається на ранніх етапах секреторного шляху, після їх виходу з ЕПР.
Ймовірно, ці білки не володіють сигналом експорту. і їх концентрація в ЕПР така ж, як і в COPII-везикулах. Однак після злиття COPII-везикул з утворенням везикулярний тубулярних кластерів (ВТК) везикули COPI починають процес повернення компонентів. Однак при цьому якимось чином з утворюються COPI-везикул виключаються секреторні білки. В результаті концентрація секреторних білків в ВТК збільшується.
Секреторні білки можуть виключатися завдяки наявності загальних для них властивостей, які викликають їх асоціацію між собою, і при цьому виключають з комплексу інші типи білків. Ці білкові комплекси можуть бути занадто великі, щоб увійти в COPI везикули, які здійснюють зворотний транспорт.
Процес конденсації триває в апараті Гольджі і в вакуолях, які відбрунькувалися від транс-Гольджі мережі. Утворені секреторні гранули мають однакові розміри (близько 0,5 мкм в діаметрі) і займають в клітці певний район, приєднуючись до апікальній мембрані. Після отримання клітиною стимулюючого сигналу від секретагога, гранули зливаються з вказаною мембраною. Для екзокринних клітин підшлункової залози таким секретагогом є пептид, званий ССК, який виділяється в шлунку в процесі перетравлення їжі.
Таким чином, стимулюючи вивільнення гранул з підшлункової залози, ССК забезпечує виділення травних ферментів в шлунково-кишковий тракт.
упаковуються в везикули, які відокремлюються від транс-Гольджі мережі і зливаються один з одним.
При конденсації секреторного вмісту залишається надлишок мембрани, який повертається на місце у вигляді везикул, покритих клатріном.
Зрілі гранули зливаються з мембраною тільки після отримання клітиною відповідного сигналу.
Дозрівання секреторних гранул також досліджувалося на клітинах культури PC12, що представляють собою лінію нейроендокринних клітин, отриманих з клітин надниркових залоз і здатних секретувати гормони у відповідь на вплив ростового фактора нервових клітин. Як показано на малюнку нижче, вакуолі відокремлюються від транс-Гольджі мережі і потім при подальшій конденсації дозрівають. При цьому при утворенні клатріна-вих везикул видаляються мембранні компоненти. У цих везикулах можуть зберігатися білки транс-Гольджі мережі, наприклад фурин і М-6-Ф-рецептор, які випадково включилися в мембрани утворюються гранул.
Регульоване злиття секреторних гранул з плазматичною мембраною в основному відбувається таким же чином, що і при конститутивний секреторному процесі. Основна відмінність полягає в тому, що злиття блокується на стадії складання комплексу SNARE. Процес злиття ініціюється надходженням іонів кальцію з позаклітинного середовища. Як показано на малюнку нижче, ключову роль в регуляції цього процесу відіграє синаптотагмін, білок, що зв'язує кальцій.
Синаптотагмін вперше був виявлений в мембранах синаптичних пухирців, спеціалізованих секреторних гранул, які беруть участь у вивільненні нейромедіаторів в синапсах. Нейрони є поляризованими клітинами з двома доменами: клітинним тілом і аксонів, які ніяк не розділені. Аксони - довгі вирости (іноді досягають декількох метрів в довжину), які передають електричний імпульс від одного нейрона до іншого.
Аксони закінчуються синапсами, які представляють собою спеціальний тип контакту з м'язовими клітинами або з тілом (або з клітинними відростками, званими дендритами) інших нейронів. Плазматичні мембрани аксона в синапсі характеризуються вкрай специфічним біохімічним складом, який відповідає функціям передачі нервового імпульсу. Синаптотагмін беруть участь в регульованому секреторному процесі в нейронах і в інших клітинах.
На одному кінці молекули синаптотагмін є мембранний якір, а інша частина молекули занурена в цитоплазму клітини. Цей цитоплазматический домен містить два сайти, що зв'язують кальцій, утворює комплекс з усіма білками SNARE і, мабуть, підтримує їх в неактивній конфігурації. Нервовий імпульс, що викликає деполяризацію плазматичної мембрани, запускає надходження в клітину іонів кальцію через кальцієві канали в пресинаптичної мембрани.
Локальне збільшення концентрації іонів кальцію. як припускають, служить сигналом зміни конформації синаптотагмін. Ці конформаційні зміни призводять до виходу синаптотагмін з комплексу SNARE, і відбувається злиття мембран.
Вважають, що він пов'язує комплекс, утворений v- і t-SNARE, тим самим запобігаючи злиття мембран.
Іони кальцію входять через кальцієвий канал, зв'язуються з синаптотагмін, при цьому вивільняється комплекс SNARE, що забезпечує злиття мембран.