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5.13: Endocitose Mediada por Receptores
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Receptor-mediated Endocytosis
 
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5.13: Receptor-mediated Endocytosis

5.13: Endocitose Mediada por Receptores

Overview

Receptor-mediated endocytosis is a process through which bulk amounts of specific molecules can be imported into a cell after binding to cell surface receptors. The molecules bound to these receptors are taken into the cell through inward folding of the cell surface membrane, which is eventually pinched off into a vesicle within the cell. Structural proteins, such as clathrin, coat the budding vesicle and give it its round form.

Clathrin-Mediated Endocytosis of LDL

One well-characterized example of receptor-mediated endocytosis is the transport of low-density lipoproteins (LDL cholesterol) into the cell. LDL binds to transmembrane receptors on the cell membrane. Adapter proteins allow clathrin to attach to the inner surface of the membrane. These protein complexes bend the membrane inward, creating a clathrin-coated vesicle inside the cell. The neck of the endocytic vesicle is pinched off from the membrane by a complex of the protein dynamin and other accessory proteins.

The endocytic vesicle fuses with an early endosome, and the LDL dissociates from the receptor proteins due to a lower pH environment. Empty receptor proteins are separated into transport vesicles to be re-inserted into the outer cell membrane. LDL remains in the endosome, which binds with a lysosome. The lysosome provides digestive enzymes that break up LDL into free cholesterol that can be used by the cell.

Roles of Receptor-Mediated Endocytosis

There are multiple functions that endocytosis can serve. In the example above, endocytosis is used to take resources (LDL) into the cell. Similarly, iron is taken into the cell via endocytosis of transferrin—an iron-binding protein—at the cell surface, where it binds to the transferrin receptor (TfR). Similar to LDL endocytosis, a clathrin-coated vesicle is formed to bring the transferrin into the cell. In the early endosome, a pH decrease allows the dissociation of iron from transferrin. Transferrin, however, remains bound to the TfR. When the receptor is sent back to the cell surface to be reused, the transferrin protein (without iron) is released back into the extracellular environment.

Receptor-mediated endocytosis is also used to regulate cell signaling. One of the primary ways that signal receptors are regulated is sequestration, which involves bringing receptors inside the cell using endocytosis. Some receptors are stored within vesicles until they are needed again, and some are degraded by proteolytic enzymes. Other signaling pathways require receptor-mediated endocytosis to allow signal transduction (i.e., passing the signal into the cell) to take place.

Types of Receptor-Mediated Endocytosis

The endocytosis of LDL is an example of clathrin-mediated endocytosis. There are also alternative pathways for endocytosis, of which caveolin is the most-studied. Unlike clathrin, which binds to the surface, caveolin inserts itself into the lipid bilayer. The result is similar, however, as caveolin causes a curve in the membrane that allows an endocytic vesicle to form that pinches off from the membrane.

Use of Receptor-Based Endocytic Pathways by Pathogens

Some bacteria and viruses can invade host cells by hijacking the host’s native receptors. Influenza virus can invade host cells using clathrin-mediated and other endocytic pathways. The virus binds to receptors on the cell surface, gaining access to the host cell, where it later escapes from the endosome.

Some pathogens release toxins that bind to host receptors to trick the cell into taking them inside. The bacterium Bacillus anthracis produces the toxin known as anthrax; this toxin is capable of binding to receptors, undergoing endocytosis, and then escaping the late endosome to cause necrosis and other clinical symptoms.

Visão Geral

A endocitose mediada por receptores é um processo através do qual grandes quantidades de moléculas específicas podem ser importadas para uma célula após a sua ligação com receptores à superfície celular. As moléculas ligadas a esses receptores são levadas para dentro da célula através de uma invaginação da membrana na superfície celular, que eventualmente se solta dentro da célula em forma de vesícula. Proteínas estruturais, como a clatrina, revestem a nova vesícula e dão-lhe a sua forma redonda.

Endocitose do LDL Mediada por Clatrina

Um exemplo bem caracterizado de endocitose mediada por receptores é o transporte de lipoproteínas de baixa densidade (colesterol LDL) para a célula. O LDL liga-se a receptores transmembranares na membrana celular. Proteínas adaptadoras permitem que a clatrina se ligue à superfície interna da membrana. Esses complexos proteicos dobram a membrana para dentro, criando uma vesícula revestida por clatrina dentro da célula. O pescoço da vesícula endocítica é arrancado da membrana por um complexo da proteína dinamina e outras proteínas acessórias.

A vesícula endocítica funde-se com um endossoma inicial, e o LDL solta-se das proteínas do receptor devido a um ambiente de pH mais baixo. Proteínas receptoras vazias são separadas em vesículas de transporte para serem reinseridas na membrana celular externa. O LDL permanece no endossoma, que se liga a um lisossoma. O lisossoma contém enzimas digestivas que quebram o LDL em colesterol livre que pode ser usado pela célula.

Papéis da Endocitose Mediada por Receptores

Existem múltiplas funções que a endocitose pode servir. No exemplo acima, a endocitose é usada para levar recursos (LDL) para a célula. Da mesma forma, o ferro é levado para a célula através da endocitose de transferrina—uma proteína de ligação de ferro—na superfície celular, onde se liga ao receptor de transferrina (TfR). Semelhante à endocitose do LDL, uma vesícula revestida por clatrina é formada para levar a transferrina para dentro da célula. No endossoma inicial, uma diminuição do pH permite a separação do ferro da transferrina. A transferrina, no entanto, permanece vinculada ao TfR. Quando o receptor é enviado de volta à superfície celular para ser reutilizado, a proteína transferrina (sem ferro) é libertada de volta para o ambiente extracelular.

A endocitose mediada por receptores também é usada para regular a sinalização celular. Uma das principais formas de regulação dos receptores de sinalização é o sequestro, que envolve trazer receptores para dentro da célula usando a endocitose. Alguns receptores são armazenados dentro de vesículas até que sejam necessários novamente, e alguns são degradados por enzimas proteolíticas. Outras vias de sinalização requerem endocitose mediada por receptores para permitir que a transdução de sinal (ou seja, passagem do sinal para a célula) ocorra.

Tipos de Endocitose Mediada por Receptores

A endocitose do LDL é um exemplo de endocitose mediada por clatrina. Há também vias alternativas para a endocitose, das quais a caveolina é a mais estudada. Ao contrário da clatrina, que se liga à superfície, a caveolina insere-se na bicamada lipídica. O resultado é semelhante, no entanto, pois a caveolina causa uma dobra na membrana que permite formar uma vesícula endocítica que se solta da membrana.

Uso de Vias Endocíticas Baseadas em Receptores por Agentes Patogénicos

Algumas bactérias e vírus podem invadir células hospedeiras sequestrando os receptores nativos do hospedeiro. O vírus da gripe pode invadir células hospedeiras usando vias endocíticas mediadas por clatrina e outras vias endocíticas. O vírus liga-se aos receptores na superfície celular, ganhando acesso à célula hospedeira, onde mais tarde escapa do endossoma.

Alguns agentes patogénicos libertam toxinas que se ligam aos receptores hospedeiros para enganar a célula para os levar para dentro. A bactéria Bacillus anthracis produz a toxina conhecida como antraz; esta toxina é capaz de se ligar aos receptores, submeter-se à endocitose, e depois escapar do endossoma tardio para causar necrose e outros sintomas clínicos.


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