$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Egzocytoza to uniwersalny proces komórkowy, w którym pęcherzyk łączy się z błoną plazmatyczną i uwalnia swoją zawartość. Pęcherzyk może albo całkowicie połączyć się z błoną plazmatyczną (pełna fuzja), albo utworzyć por fuzyjny, który pozostaje otwarty przez ograniczony czas (kiss-and-run)1. Na przykład nowo zsyntetyzowane białka są uwalniane do podłoża zewnątrzkomórkowego z pęcherzyków pochodzących z kompleksu Golgiego. Ten biosyntetyczny, następczy szlak jest pierwotny, zwłaszcza w organizmach wielokomórkowych, do wydzielania peptydów sygnałowych (np. hormonów, neuroprzekaźników) i składników macierzy zewnątrzkomórkowej (np. kolagenu), a także do transportu białek transbłonowych do błony komórkowej. Dodatkowo wydzieliny mogą występować z różnych endosomów: 1) recykling endosomów w celu ponownego wykorzystania białek transbłonowych; 2) ciała wielopęcherzykowe (MVB) do uwalniania egzosomów; i 3) lizosomy do uwalniania enzymów proteolitycznych. Wykazano, że wydzielanie endosomalne jest ważne dla wzrostu neurytów, tworzenia pseudopodiów, naprawy błony plazmatycznej i sygnalizacji zależnej od ATP2.
Aby zbadać egzocytozę na poziomie pojedynczej komórki, zastosowano kilka technik. Patch-clamp pozwala na wykrywanie pojedynczych zdarzeń egzocytozy z wysoką rozdzielczością czasową w szerokiej gamie żywych komórek3. Jednak metoda ta nie dostarcza informacji na temat lokalizacji zdarzeń egzocytozy, ani z jakiego przedziału ona występuje. Mikroskopia elektronowa umożliwia bezpośrednią wizualizację zdarzeń egzocytarnych z wysoką rozdzielczością przestrzenną, a w połączeniu z immunoznakowaniem dostarcza informacji o specyficzności zaangażowanych przedziałów i cząsteczek. Wadą tego podejścia jest brak informacji na temat dynamiki procesu, a także brak możliwości wykonywania badań wysokoprzepustowych. Metody mikroskopii świetlnej, takie jak mikroskopia fluorescencyjna z całkowitym wewnętrznym odbiciem (TIRFM), która wykorzystuje ulotne pole do oświetlania fluoroforów w pobliżu szkiełka nakrywkowego (100 nm), zapewniają dobrą rozdzielczość czasową i przestrzenną do badania zdarzeń egzocytozy. Jednak ta metoda jest kompatybilna tylko z komórkami przylegającymi i może być stosowana tylko do brzusznej/dolnej części komórek.
Warto zauważyć, że błona plazmatyczna wykazuje znaczną niejednorodność opartą na kompleksach adhezyjnych, które są obecne tylko w ograniczonych obszarach. Ta niejednorodność ogranicza na przykład pobieranie różnych ligandów4. Podobnie, niedawno doniesiono, że wydzielina z kompleksu Golgiego jest skoncentrowana w "gorących punktach" w błonie plazmatycznej5. Ponadto wiadomo, że niektóre ładunki są wydzielane przez egzocytozę związaną z adhezją ogniskową6. W związku z tym należy zwrócić szczególną uwagę na pytanie, czy zdarzenia egzocytozy są losowo rozmieszczone w przestrzeni, czy też są skoncentrowane w określonych obszarach błony plazmatycznej. Zaproponowano kilka narzędzi statystycznych opartych na funkcji K Ripleya w celu zbadania tych pytań7,8,9. Nasze podejście łączy te narzędzia z mikrowzorcami w celu kontrolowania kształtu komórki i niejednorodności błony plazmatycznej. Technika ta nie tylko umożliwia rozróżnienie obszarów adhezyjnych i nieadhezyjnych, ale także umożliwia porównywanie różnych komórek i warunków oraz zwiększa moc analiz statystycznych.
Tutaj używamy różnych narzędzi statystycznych do badania przestrzennego rozkładu zdarzeń egzocytozy z przedziału lizosomalnego, monitorowanego przez obrazowanie żywych komórek VAMP7-pHluorin metodą TIRFM w mikrowzorcach znormalizowanych w kształcie pierścienia komórek hTert-RPE1. Potwierdzono, że wydzielanie z lizosomów nie jest procesem losowym8,9 i że zdarzenia egzocytozy wykazują grupowanie. Warto zauważyć, że zdarzenia egzocytozy są również skupione w obszarach nieadhezyjnych, co wskazuje, że cząsteczki adhezyjne nie są jedynymi strukturami, które mogą indukować gorące punkty wydzielnicze na błonie plazmatycznej. Niemniej jednak adhezja komórek poprawiła grupowanie. Konsekwentnie, nasza analiza zidentyfikowała wzbogacone obszary egzocytozy, które znajdowały się na granicy między obszarami adhezyjnymi i nieadhezyjnymi.