Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

5.13: Receptor-gemedieerde endocytose
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

This content is Free Access.

Education
Receptor-mediated Endocytosis
 
Deze voice-over is door de computer gegenereerd
TRANSCRIPT

5.13: Receptor-mediated Endocytosis

5.13: Receptor-gemedieerde endocytose

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.

Overzicht

Receptor-gemedieerde endocytose is een proces waardoor grote hoeveelheden van specifieke moleculen in een cel kunnen worden geïmporteerd na binding aan receptoren op het celoppervlak. De moleculen die aan deze receptoren zijn gebonden, worden in de cel opgenomen door het celoppervlakmembraan naar binnen te vouwen, dat uiteindelijk in een blaasje in de cel wordt geknepen. Structurele eiwitten, zoals clathrine, bedekken het ontluikende blaasje en geven het zijn ronde vorm.

Clathrine-gemedieerde endocytose van LDL

Een goed gekarakteriseerd voorbeeld van receptorgemedieerde endocytose is het transport van lipoproteïnen met lage dichtheid (LDL-cholesterol) naar de cel. LDL bindt zich aan transmembraanreceptoren op het celmembraan. Adapterproteïnen zorgen ervoor dat clathrine zich aan het binnenoppervlak van het membraan kan hechten. Deze eiwitcomplexen buigen het membraan naar binnen, waardoor een met clathrine bedekt blaasje in de cel ontstaat. De hals van het endocytische blaasje wordt van het membraan afgeknepen door een complex van het eiwit dynamine enandere accessoire eiwitten.

Het endocytische blaasje versmelt met een vroeg endosoom en het LDL dissocieert van de receptoreiwitten als gevolg van een lagere pH-omgeving. Lege receptoreiwitten worden gescheiden in transportblaasjes om opnieuw in het buitenste celmembraan te worden ingebracht. LDL blijft in het endosoom, dat zich bindt met een lysosoom. Het lysosoom levert spijsverteringsenzymen die LDL afbreken tot vrij cholesterol dat door de cel kan worden gebruikt.

Rollen van receptorgemedieerde endocytose

Er zijn meerdere functies die endocytose kan dienen. In het bovenstaande voorbeeld wordt endocytose gebruikt om middelen (LDL) in de cel te brengen. Evenzo wordt ijzer in de cel opgenomen via endocytose van transferrine - een ijzerbindend eiwit - aan het celoppervlak, waar het zich bindt aan de transferrinereceptor (TfR). Net als bij LDL-endocytose, wordt een met clathrine bekleed blaasje gevormd om het transferrine in de cel te brengen. In het vroege endosoom maakt een pH-daling de dissociatie van ijzer uit tran mogelijksferrin. Transferrin blijft echter gebonden aan de TfR. Wanneer de receptor wordt teruggestuurd naar het celoppervlak om te worden hergebruikt, wordt het transferrine-eiwit (zonder ijzer) weer afgegeven aan de extracellulaire omgeving.

Receptor-gemedieerde endocytose wordt ook gebruikt om celsignalering te reguleren. Een van de belangrijkste manieren waarop signaalreceptoren worden gereguleerd, is sekwestratie, waarbij receptoren met behulp van endocytose in de cel worden gebracht. Sommige receptoren worden in blaasjes opgeslagen totdat ze weer nodig zijn, en sommige worden afgebroken door proteolytische enzymen. Andere signaleringsroutes vereisen receptor-gemedieerde endocytose om signaaltransductie (dwz het doorgeven van het signaal in de cel) mogelijk te maken.

Soorten receptor-gemedieerde endocytose

De endocytose van LDL is een voorbeeld van door clathrine gemedieerde endocytose. Er zijn ook alternatieve routes voor endocytose, waarvan caveolin de meest bestudeerde is. In tegenstelling tot clathrin, dat zich aan het oppervlak bindt, voegt caveolin zichzelf in thij lipide dubbellaag. Het resultaat is echter vergelijkbaar, aangezien caveolin een kromming in het membraan veroorzaakt waardoor een endocytisch blaasje kan worden gevormd dat van het membraan afknelt.

Gebruik van op receptoren gebaseerde endocytische routes door pathogenen

Sommige bacteriën en virussen kunnen gastheercellen binnendringen door de oorspronkelijke receptoren van de gastheer te kapen. Influenzavirus kan gastheercellen binnendringen met behulp van clathrine-gemedieerde en andere endocytische routes. Het virus bindt zich aan receptoren op het celoppervlak en krijgt toegang tot de gastheercel, waar het later uit het endosoom ontsnapt.

Sommige pathogenen geven gifstoffen af die zich binden aan gastheerreceptoren om de cel te misleiden om ze naar binnen te halen. De bacterie Bacillus anthracis produceert het toxine dat bekend staat als miltvuur; dit toxine is in staat zich aan receptoren te binden, endocytose te ondergaan en vervolgens aan het late endosoom te ontsnappen om necrose en andere klinische symptomen te veroorzaken.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter