Une Introduction à l’endocytose et exocytose

Cell Biology
 

Summary

Les cellules peuvent prendre de substances dans l’environnement extracellulaire par endocytose et libérer activement les molécules dedans par exocytose. Ces processus impliquent des sacs membranaires lipidiques appelées vésicules. Connaissance de l’architecture moléculaire et mécanismes des deux sont essentielle pour comprendre la physiologie des cellules normales, ainsi que les états pathologiques qui se posent lorsqu’ils deviennent défectueux.

Cette vidéo sera tout d’abord brièvement en revue quelques découvertes pivotales dans l’histoire de la recherche endo - et exocytose. Ensuite, quelques clés questions seront examinées, suivie d’une discussion des méthodes importants utilisés pour étudier ces problèmes, y compris la cellule d’étiquetage, des essais de fusion et imagerie de fluorescence. Enfin, il explorera les recherches en cours menées par des scientifiques dans le domaine aujourd'hui.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Notions essentielles de biologie cellulaire. Une Introduction à l’endocytose et exocytose. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Voies d’endocytose et sécrétion sont critiques pour l’homéostasie cellulaire, tissulaire fonction et la survie cellulaire globale. Bref, l’endocytose est le processus utilisé par une cellule pour prendre dans les molécules de l’espace extracellulaire en pliant sa membrane autour d’elle et en formant une vésicule. L’exocytose est le processus inverse, qui utilise des vésicules pour libérer des substances à l’espace extracellulaire. Ces processus ont été suggérées à jouer un rôle essentiel dans la sécrétion de l’hormone, internalisation des récepteurs membranaires, d’une durée de pathogène et la communication neuronale.

Aujourd'hui, nous retrace quelques-unes des découvertes de point de repère dans le domaine de l’endocytose et l’exocytose, mettre en évidence certaines questions sans réponse, caractéristique notable méthodes qui sont utilisées aujourd'hui, et enfin, découvrir quelques expériences spécifiques réalisées pour mieux comprendre ces processus.

Nous allons revenir sur certaines des découvertes très importantes qui a conduit à la compréhension actuelle de l’endocytose et l’exocytose.

La première documentation associée à endocytose peut être mappée vers 1882, quand Ilya Metchnikov, à l’aide d’un microscope optique, a observé que les cellules spécifiques englouti les pathogènes envahisseurs. Il appelle ce processus « la phagocytose, » où les cellules engloutissent pathogène via la formation de vésicules. Presque un demi-siècle plus tard, en 1931, Warren Lewis fait observer un processus similaire de la formation de vésicules quand les cellules ont pris dans le liquide. Il a nommé ce comportement « pinocytose. »

Plus tard en 1953, George Palade, tout en examinant l’organisation structurale et fonctionnelle de la cellule, découvert « grotte-like » invaginations de la membrane et appelées cavéoles. Il déduit que ceux-ci doivent être requis pour la cellule d’entrée. Peu après, en 1955, lauréat de prix Nobel Christian de Duve a inventé l’endocytose du terme, qui comprend « la phagocytose » et « pinocytose. » Cependant, l’histoire d’endocytose n’était pas encore terminée.

En 1975, Michael Brown et Joseph Goldstein, expert de microscopie électronique Richard Anderson, a fait observer que, lorsque des lipoprotéines de basse densité ou LDL, se lie à son récepteur de surface cellulaire, il conduit à la formation de « puits recouverts. » Ces fosses sont ensuite intériorisées et des récepteurs de LDL d’endocytose. Ce fut la découverte de la troisième catégorie, appelée « endocytose médiée par les récepteurs. » La même année, Barbara Pearse isolé la protéine de capside majeure, une molécule triskelion et baptisa comme clathrine. Par conséquent, ce processus s’appelle également « clathrine endocytose. »

Qui concernait tout l’endocytose. Maintenant nous allons discuter de comment nous avons appris l’exocytose. En 1980, groupe de Randy Schekman a généré des mutants de levure sécrétion déficiente, et révèlent la présence de gènes critiques qui code pour des protéines nécessaires à l’exocytose.

1993, James Rothman identifié certaines de ces protéines, en fonction de leur nature chimique on les appelait les collets. Dans son séminal, « Hypothèse de SNARE », il a proposé que ces structures hélicoïdales crochet sur l’autre, provoquant des membranes de s’approcher avec suffisamment de force pour les fusibles et générer l’exocytose.

Vers la même époque, Thomas Südhof a établi que ce processus était aussi étroitement contrôlé dans les neurones par des protéines calcium-sensing, appelées synaptotagmins, ce qui a favorisé et précisément minutée de la fusion des vésicules pour la libération des neurotransmetteurs. Ensemble, ces scientifiques ont reçu le prix Nobel en 2013.

Malgré l’ampleur de ces découvertes, demeurent nombreuses énigmes intrigantes. Nous allons jeter un oeil à quelques-unes des questions à l’étude aujourd'hui.

Les scientifiques commencent à se demander comment les fonctions d’endocytose et exocytose vont au-delà de l’acquisition et qui sécrètent des substances. Par exemple, comment sont continuellement libérées par les vésicules de neurotransmetteurs fusionner à la membrane cellulaire sans une expansion catastrophique de la taille des cellules ? Ils tentent d’identifier les signaux qui causent des cellules d’intérioriser la membrane, afin de compenser l’expansion et à recycler les ressources.

Est un autre sujet intéressant : quels éléments composent la machinerie moléculaire sophistiquée qui anime ces processus ? Par exemple, phagocytose nécessite des déformations de la membrane large pour entourer les pathogènes envahisseurs. Les scientifiques étudient les protéines cytosquelettiques comment comme actine contribuent à membrane dramatique transformant.

Enfin, puisque l’exocytose et l’endocytose aberrant peuvent entraîner des maladies graves, les scientifiques sont désireux de comprendre ce qui provoque ce dérèglement. Une des protéines étant examinés est α-synucléine, dont la sécrétion de neurones a été impliquée dans la mort progressive des neurones à proximité. Comprendre ses exocytose pourrait fournir des indications précieuses sur le traitement des maladies neurodégénératives comme la maladie de Parkinson.

Maintenant que nous avons examiné certaines des principales questions à l’étude, nous allons voir quels sont les outils disponibles pour y répondre.

Les chercheurs utilisent un dosage biotinylation de cellule pour suivre l’endocytose des protéines de surface de cellules. Ce processus implique une protéine de surface avec la biotine fluorescent étiqueté d’étiquetage et permettant ensuite la cellule pour subir une endocytose. Cela peut être suivi par Blot immunitaire, révélant l’internalisation de la protéine.

Afin de quantifier la vésicule neuronale recyclage, beaucoup de scientifiques l’étiquette cellules avec membrane spécifique des molécules fluorescentes, comme colorants FM. Ces colorants lient solidement le feuillet externe et sont seulement internalisés par endocytose. Après une stimulation séquentielle, ils sont exocytosed. Analysant la libération avec un microscope à fluorescence permet de mieux comprendre l’ensemble de processus de recyclage.

Souvent, pour manipuler et comprendre les contributions des composants qui permettent à l’exocytose, scientifiques mis en place des essais de fusion. Deux séries de vésicules à contenu de colorant fluorescent distincts sont préparés et autorisés à se réunir. Fusion entre eux conduit à la formation d’un nouveau produit, qui peut être contrôlé à l’aide d’un lecteur de microplaques.

Enfin, sophistiqué, méthodes d’imagerie, y compris de la fluorescence d’imagerie et de fluorescence vivent imagerie cellulaire, présenter des chercheurs l’occasion unique de structures morphologiques de l’image et des événements moléculaires d’endocytose et d’exocytose.

Enfin, nous allons étudier quelques façons spécifiques dans lesquels les scientifiques mettent en œuvre ces outils dans les laboratoires aujourd'hui.

Les biologistes cellulaires sont intéressés à étudier comment l’exocytose aide à guérir les blessés de membranes. Ici, chercheurs blessé tout d’abord en solution des colorants FM par laminage des perles de verre au-dessus d’eux. Imagerie de fluorescence ultérieur montre que si le taux d’exocytose est rapide, il sera rapidement sceller la membrane et arrêter FM une fuite dans la cellule. Lorsque l’exocytose est lent, il en résulte une vaste intracellulaire FM coloration.

Chercheurs peuvent utiliser fusion dosages pour modéliser la contribution des protéines de fusion spécifique. Ici, les chercheurs exprimé protéines différentes associées aux vésicules membranaires ou « VAMPs », qui sont des protéines SNARE, sur la surface de deux populations de cellules. La fusion pouvait alors avoir lieu, et le résultat a été quantifié à l’aide d’un spectromètre. En utilisant cette configuration, les scientifiques ont pu comparer l’efficacité de la fusion de plusieurs VAMPs.

Enfin, les chercheurs visent à comprendre l’endocytose de récepteur de surface cellulaire en réponse à un médicament. Ici, scientifiques traitement cellules fluorescent étiquetés avec un médicament, et visualisé récepteur médicamenteux endocytose qui passe en temps réel à l’aide de la microscopie Time-lapse.

Vous avez juste regardé introduction de JoVE d’endocytose et d’exocytose. Dans cette vidéo, nous avons examiné les points historiques forts à partir de la découverte de la phagocytose à définir les mécanismes de libération des neurotransmetteurs. Ensuite, nous avons introduit quelques questions clé posées. Aussi, nous avons exploré les stratégies de recherche de premier plan et discuté de certaines de leurs applications actuelles. Comme toujours, Merci pour regarder !

This article is Free Access.

RECOMMEND JoVE

Applications