1.2. Общее представление об основных транспортных путях: биосинтетическом (экзоцитозном) и эндоцитозном. Ретроградный и антероградный транспорт

Практически все компартменты клетки связаны друг с другом транспортными путями. До недавнего времени лишь митохондрии исключались из этого списка. Однако и на их мембранах были обнаружены некоторые регуляторные транспортные белки (хотя прямых доказательств слияния мембран транспортных везикул и митохондрий нет).

Тем не менее, два пути рассматриваются в качестве основных: это путь, который проходят образующиеся de novo белки, после синтеза на рибосомах попадающие в люмен (внутреннее пространство) ЭПР, упаковывающиеся там, в транспортные везикулы и направляемые к цис-цистерне АГ. Этот участок пути получил название биосинтетического. Проходя через АГ, белки модифицируются, и по достижении последней цистерны или тубуло-везикулярной транс-сети АГ (TGN, trans-Golgi network, транс-Гольджи), сортируются и упаковываются в везикулы, судьба которых может быть различна. Так, если белки должны секретироваться во внешнюю среду, они упаковываются в крупные (до 500 нм) неправильной формы секреторные ганулы, и тогда этот участок пути называется секреторным. Если же белки должны просто встроиться в плазматическую мембрану (ПМ) и функционировать там (в этом случае транспортные везикулы формируются из определенных доменов последней цистерны), то применяют термин «экзоцитоз», хотя оба эти названия часто не разделяют, и обе части пути от ЭПР до ПМ называют в общем случае экзоцитозным. Везикулы, образованные в транс-Гольджи, могут направляться в эндосомы и лизосомы. Таким образом, пункт конечного назначения может находиться как вне клетки, так и внутри нее, однако в любом случае он начинается в клетке. Исторически этот путь целиком называют «антероградным». Наиболее существенным является то, что основной сортирующей станцией антероградного пути являются мембраны TGN.

Противоположный ему путь, «ретроградный», или эндоцитозный, начинается с плазматической мембраны. Этот путь, обеспечивающий связь клетки с внешней средой, используют макромолекулы и частицы, не способные проникать непосредственно через мембрану, а также многие трансмембранные белки. Эти макромолекулы, после упаковки в пузырьки, или первичные эндосомы, отпочковываются от плазматической мембраны в ходе процесса, называемого интернализацией. Первичные эндосомы, несущие разный груз, сливаются, и их содержимое оказывается в так называемых ранних эндосомах, являющихся основной сортирующей станцией эндоцитозного пути, дающей начало нескольким транспортным путям. Во-первых, груз, доставленный в ранние эндосомы, может быть упакован в пузырьки, возвращающиеся на мембрану (путь рециклирования). Во-вторых, из ранних эндосом берет начало трансцитозный путь, в ходе которого груз переносится через цитоплазму в немодифицированном виде и доставляется на сторону, противоположную месту входа. Примером может служить перенос иммуноглобулинов через эндотелиальные клетки, выстилающие кишечник. Альтернативой трансцитозу и рециклированию является путь лизосомной деградации, связанный с попаданием грузов в поздние эндосомы, или прелизосомы, и далее в лизосомы. Этот путь наиболее важен тем, что его проходят многие сигнальные рецепторы. Терминологически, под эндоцитозным путем часто понимают именно путь лизосомной деградации, хотя доля грузов, эндоцитируемых клеткой и проходящих этот путь, весьма мала (порядка 10–20 %) по сравнению с путем рециклирования. Частным случаем эндоцитоза с доставкой в лизосомы является фагоцитоз. Пути рециклирования и лизосомной деградации осуществляются во всех клетках, тогда как такие пути, как трансцитоз или фагоцитоз реализуется в основном в определенных типах клеток. Интересно, что в поляризованных клетках существуют две независимые, неспособные сливаться друг с другом, субпопуляции ранних эндосом – апикальные и базолатеральные, тогда как популяция поздних эндосом только одна (рис. 1).

Рис. 1. Схематичное представление основных внутриклеточных транспортных путей:

АГ – аппарат Гольджи, ЭПР – эндоплазматический ретикулум; Лиз – лизосомы, Ф – фагосома; аРЭ и бРЭ – апикальная и базолатеральная РЭ -ранняя эндосома, соответственно; мит – митохондрия; ПЭ – поздняя эндосома; СГ – секреторная гранула; эп – экзоцитозный пузырек. Существует и путь, ведущий от плазматической мембраны в ЭПР и АГ

Ретроградный и антероградные пути существуют не изолированно, имея много точек пересечения. Так, подавляющее большинство лизосомных гидролаз доставляется из TGN в лизосомы не напрямую, а через поздние эндосомы. Некоторые лизосомные ферменты включаются в ранние эндосомы, а другие, секретируясь, затем проходят весь эндоцитозный путь, прежде чем достигнуть основного места своей работы. С другой строны, от эндосом также могут отщепляться везикулы, переносящие груз в транс-Гольджи.