Лженаука – генетика. Чума ХХ века.

V.9. Транспорт от АГ к эндосомам и лизосомам

 

 

 

Несколько по–другому организовано концентрирование ферментов, предназначенных для доставки в лизосомы. Эти ферменты имеют особые последовательности аминокислот, к которым в момент, когда белок попадает в пластинчатый комплекс Гольджи, присоединяются небольшие цепи моносахаров, один из которых заканчивается маннозой с форфатной группой. На уровне последнего диска АГ располагаются (они здесь концентрируются с помощью особых механизмов, о которых рассказывать просто нет времени) особые рецепторы. Эти рецепторы имеют свойство приклеиваться к маннозе, связанной с фосфатной группой. Тем самым ферменты лизосом концентрируются на уровне последнего диска АГ и затем отправляются в сторону эндосом, а потом лизосом.

 

Модификация ферментов, функционирующих в лизосомах и способных разрезать аминокислотные цепи, происходит в АГ. Как уже указывалось выше, лизосомальные ферменты синтезируются в эндоплазматической сети и затем попадают в АГ. Здесь имеются специальные ферменты, которые распознают участки лизосомальных ферментов, способные к присоединению фосфатной группировки. Формируется особая химическая группа маннозо–6–фосфат. Она очень характерна и может очень прочно прикрепляться к специальным мембранным белкам-рецепторам. Существует два таких рецептора маннозо–6–фосфатных групп.

 

Рецепторы маннозо-6–фосфата является маркером ТГС и мембран поздних эндосом, но его нет в мембранах лизосом.

 

Только белки-предшественники лизосомных гидролаз имеют специфическую олигосахаридную, а именно, маннозную группу. В цис-цистернах эти группировки фосфорилируются и дальше вместе с другими белками переносятся от цистерны к цистерне, через среднюю зону в транс-участок. Мембраны ТГС содержат трансмембранный белок – рецептор (манноза-6-фосфатный рецептор или М-6-Ф-рецептор), который узнает фосфорилированные маннозные группировки олигосахаридной цепи лизосомных ферментов и связывается с ними. Это связывание происходит при нейтральных значениях рН внутри цистерн транс-сети. На мембранах эти М-6-Ф-рецепторные белки образуют кластеры, группы, которые концентрируются в зонах образования мембранных почек, покрытых клатрином.

 

Следовательно, М-6-Ф-рецепторы, являясь трансмембранными белками, связываясь с лизосомными гидролазами, отделяют их, отсортировывают от других белков (например, секреторных, нелизосомных) и концентрируют их в окаймленных почках. Процесс очень сложно организован в пространстве и времени. После того, как лизосомальные ферменты получили свой маркер – маннозо–6–фосфатную группировку, от них отрезается небольшой участок молекулы, который предотвращает преждевременную активацию фермента. Большей частью отрезание происходит в ТГС или в эндосомах, и осуществляется это особым белком – фурином. После захвата готовых лизосомальных ферментов М6Ф–рецепторами, рецепторы приобретают способность взаимодействовать с клатрин–1 покрытием, встречающимся на ТГС и эндосомах. Рецептор захватывается клатрин–1 бляшками и начинается формирование мембранной почки, покрытой плотным клатрин–1 покрытием. В этом же покрытии скорее всего (и это было показано для ряда белков) концентрируются соответствующие СНАРЕ, ответственные за слияние с эндосомами. На определенном этапе покрытие отщепляется, также скорее всего с участием динамина и актина, и мембранная почка сливается с эндосомой. При этом идет разрыв ножки мембранной почки и содержимое почки оказывается уже в составе эндосом. Описаны специализированные переносчики, покрытые клатрин–1 покрытием и двигающиеся от АГ на периферии клетки. Однако, это найдено на клетках с увеличенным содержанием одного из компонентов клатрин–1 покрытия. Поэтому не ясно, имеются ли такие переносчики в норме.

 

Переносчики, содержащие набор лизосомальных ферментов, образуются в ТГС (TGN) и перемещаются к ранним или поздним эндосомам, где встречаются с интернализованными (поглощенными клеткой) лигандами или фагоцитированным материалом. Таким образом, формируются структуры, которые иногда обозначаются как поздние эндосомы.

 

При слиянии первичной лизосомы с эндоцитозной вакуолью происходит диссоциация комплексов М-6-Ф-рецептор-гидролаза из-за кислой среды внутри вторичной лизосомы. Затем уже свободный фермент после потери фосфатной группы активируется и вступает в работу. Освободившиеся мембранные рецепторы переходят в мелкие пузырьки, отщепляющиеся от вторичной лизосомы, и уходят снова в транс-участок аппарата Гольджи, т.е. происходит их рециклизация.

 

Как уже говорилось, внутри эндосом из-за активности протонного переносчика происходит закисление среды. Начиная с рН=6, лизосомные ферменты диссоциируют от М-6-Ф-рецепторов, активируются и начинают работать в полости эндолизосомы. Участки же мембран вместе с М-6-Ф-рецепторами возвращаются путем рециклизации мембранных пузырьков обратно в ТГС.

 

При ознакомлении с работой лизосом, всегда возникает вопрос, почему же эти мембранные образования не переваривают сами себя? Мембранные компоненты лизосом очень устойчивы к гидролазам, содержащимся внутри лизосомных пузырьков. Мембраны лизосом уникальны. Оптимум рН для функционирования большинства лизосомных гидролаз близок к 5, поэтому клетка встраивает в лизосомные мембраны огромное количество протонных насосов (Н+ обменников), которые закисляют среду в поздних эндосомах и особенно в лизосомах. Мембраны лизосом отличает очень высокий уровень гликозилирования специфических гликопротеинов мембран лизосом. Эти белки типа ЛАМП или ЛГП (lamp и lgps) имеют специальные сигналы, которые позволяют им очень долго находиться в просвете АГ. Такое поведение ведет к тому, что полисахаридные цепочки у них становятся очень длинными и резко разветвленными с обилием молекул сиалиловой кислоты и фукозы на концах полисахаридных цепей.

 

При высоком содержании протонов в среде такие полисахариды образуют олигомеры, которые надежно предупреждают проникновение лизосомальных гидролаз к стенке лизосом, и тем самым предохраняют стенку от повреждения. Мембранные элементы лизосом защищены от действия кислых гидролаз олигосахаридными участками, которые или не узнаются лизосомными ферментами, либо просто мешают гидролазам взаимодействовать с ними. Если бы этого не было, то при повреждении стенки лизосомальные гидролазы выходили бы в цитоплазму и вызывали самопереваривание клетки. Такие ситуации случаются в патологии.

 

Наконец, созревшие (модифицированные) белки переносятся в различные отделы клетки; такие, как лизосомы, цитоплазматическая мембрана или секреторные пузырьки. Последние высвобождают свое содержимое в межклеточное пространство, сливаясь с плазматической мембраной (экзоцитоз). Эти транспортные процессы могут проходить постоянно или быть регуляторными, т.е. управляться химическими сигналами.

 

Прибытие переносчика к плазматической мембране не всегда сопровождается его полным слиянием с ней и встраиванием мембраны переносчика в плазматическую мембрану. Возможен вариант, когда после слияния переносчик опорожняет свое содержимое во внешнюю среду через образовавшуюся пору, а вот интеграции его мембраны в плазматическую мембрану не происходит. Вместо этого переносчик отщепляется от плазматической мембраны, теряя с ней непрерывность. Такой механизм соответствует модели «поцеловал–и–убежал» (kiss-and-run) (177). Также совсем недавно было доказано, что механизм транспорта по типу «поцеловал–и–убежал» имеется и при транспорте между меланосомами и эндосомами (147).

 

И последний вопрос – зачем я написал данный раздел? Затем, чтобы показать сложность пути, которые проходят белки уже после их синтеза, чтобы читатель мог убедиться, что образование любого белка до того момента, когда он сможет нормально выполнять свою функцию, требует участия сотен других белков, а значит и генов. Белки долгое время обрабатываются продуктами других генов, другими белками, которые тоже могут иметь мутации, разный уровень экспрессии и т.д. Поэтому менделевская идея о прямой связи между информацией, содержащейся в гене, и фенотипическим признаком в корне неверна. Она может быть достигнута только, если задействованы все механизмы клеток и организмов, исправляющие все ошибки работы белковых и нуклеиновых машин и мутаций в геноме. Таких ситуаций оказалось чрезвычайно мало.