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5.13: Endocytose médiée par un récepteur
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Receptor-mediated Endocytosis
 
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5.13: Receptor-mediated Endocytosis

5.13: Endocytose médiée par un récepteur

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.

Aperçu

L’endocytose à médiation des récepteurs est un processus par lequel des quantités massives de molécules spécifiques peuvent être importées dans une cellule après la liaison aux récepteurs de surface cellulaire. Les molécules liées à ces récepteurs sont prises dans la cellule par le pliage intérieur de la membrane de surface cellulaire, qui est finalement pincé dans une vésicule à l’intérieur de la cellule. Les protéines structurelles, comme la clathrine, enrobent la vésicule naissante et lui donnent sa forme ronde.

Endocrine clithrine-médiée de LDL

Un exemple bien caractérisé de l’endocytose à médiation des récepteurs est le transport de lipoprotéines de faible densité (cholestérol LDL) dans la cellule. LDL se lie aux récepteurs transmembranaires sur la membrane cellulaire. Les protéines d’adaptateur permettent à la clathrine de s’attacher à la surface interne de la membrane. Ces complexes protéiques plient la membrane vers l’intérieur, créant une vésicule enduite de clathrine à l’intérieur de la cellule. Le cou de la vésicule endocytique est pincé de la membrane par un complexe de la dynamine protéique et d’autres protéines accessoires.

La vésicule endocytique fusionne avec un endosome précoce, et le LDL se dissocie des protéines réceptrices en raison d’un environnement de pH inférieur. Les protéines des récepteurs vides sont séparées en vésicules de transport à réinséré dans la membrane cellulaire externe. LDL reste dans l’endosome, qui se lie avec un lysosome. Le lysosome fournit des enzymes digestives qui décomposent le LDL en cholestérol libre qui peut être utilisé par la cellule.

Rôles de l’endocytose à médiation des récepteurs

Il existe plusieurs fonctions que l’endocytose peut servir. Dans l’exemple ci-dessus, l’endocytose est utilisée pour prendre des ressources (LDL) dans la cellule. De même, le fer est pris dans la cellule par l’endocytose de la transferrine, une protéine liant le fer, à la surface cellulaire, où il se lie au récepteur de la transferrine (TfR). Semblable à l’endocytose de LDL, une vésicule clathrine-enduite est formée pour apporter la transferrine dans la cellule. Dans l’endosome précoce, une diminution du pH permet la dissociation du fer de la transferrine. Transferrin, cependant, reste lié à la TfR. Lorsque le récepteur est renvoyé à la surface cellulaire pour être réutilisé, la protéine de transferrine (sans fer) est libérée dans l’environnement extracellulaire.

L’endocytose à médiation des récepteurs est également utilisée pour réguler la signalisation cellulaire. L’une des principales façons dont les récepteurs du signal sont régulés est la séquestration, qui consiste à amener des récepteurs à l’intérieur de la cellule à l’aide d’endocytose. Certains récepteurs sont stockés dans des vésicules jusqu’à ce qu’ils soient à nouveau nécessaires, et certains sont dégradés par des enzymes protéolytiques. D’autres voies de signalisation nécessitent une endocytose monignante pour permettre la transduction du signal (c.-à-d. le passage du signal dans la cellule).

Types d’endocytose à médiation des récepteurs

L’endocrinose de LDL est un exemple d’endocrinose pléthoine. Il existe également d’autres voies pour l’endocytose, dont la caveolin est la plus étudiée. Contrairement à la clathrine, qui se lie à la surface, la caveolin s’insère dans la bicouche lipidique. Le résultat est similaire, cependant, que la caveolin provoque une courbe dans la membrane qui permet à une vésicule endocytique de se former qui pince hors de la membrane.

Utilisation de voies endocytiques à base de récepteurs par les agents pathogènes

Certaines bactéries et virus peuvent envahir les cellules hôtes en détournant les récepteurs natifs de l’hôte. Le virus de la grippe peut envahir les cellules hôtes à l’aide de voies endocrines et d’autres voies endocytiques. Le virus se lie aux récepteurs de la surface cellulaire, accédant à la cellule hôte, où il s’échappe plus tard de l’endosome.

Certains agents pathogènes libèrent des toxines qui se lient aux récepteurs d’accueil pour tromper la cellule en les prenant à l’intérieur. La bactérie Bacillus anthracis produit la toxine connue sous le nom d’anthrax; cette toxine est capable de se lier aux récepteurs, subissant l’endocytose, puis échapper à l’endosome tardif pour causer la nécrose et d’autres symptômes cliniques.


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