מבוא לאנדיציטוזיס ואקסוציטוזיס

מסלולים אנדוציטיים ואקסוציאטיים הם קריטיים עבור הומאוסטזיס הסלולר, תפקוד הרקמה, והישרדות התא הכוללת. במילים פשוטות, אנדוציטוזיס הוא התהליך שבו תא משתמש כדי לקלוט מולקולות מהמרחב החוץ תאי על ידי קיפול הממברנה שלו סביבו ויצירת צעיפים. אקסוציאטוזיס הוא התהליך ההפוך, המשתמש בשלל כדי לשחרר חומרים לחלל החוץ תאי. תהליכים אלה הוצעו לשחק תפקיד קריטי הפרשת הורמון, הפנמת קולטן הממברנה, פתוגן לבלוע, ותקשורת עצבית.

היום, אנו לשחזר כמה תגליות ציון דרך בתחום אנדוציטוזיס ו exocytosis, להדגיש כמה שאלות ללא מענה, תכונה שיטות בולטות המשמשות כיום, ולבסוף, לחקור כמה ניסויים ספציפיים שבוצעו כדי להבין טוב יותר את התהליכים האלה.

בואו נחזור על כמה מהתגליות החשובות שהובילו להבנה הנוכחית של אנדוציטוזיס ואקסוציאטוזיס.

התיעוד הראשון הקשור לאנדיציטוזיס ניתן למפות בחזרה 1882, כאשר איליה מצ'ניקוב, באמצעות מיקרוסקופ אור, הבחין כי תאים ספציפיים בלע פתוגנים פולשים. הוא כינה את התהליך הזה "פאגוציטוזיס", שבו תאים בולעים פתוגן באמצעות היווצרות ארסית. כמעט חצי מאה לאחר מכן, בשנת 1931, וורן לואיס הבחין בתהליך דומה של היווצרות ארסית כאשר תאים לקחו נוזלים. הוא קרא להתנהגות זו "פינוקיטוזיס".

מאוחר יותר בשנת 1953, ג'ורג ' Palade, בעת בחינת הארגון המבני והתפקודי של התא, גילה פולשים "דמויי מערה" של הממברנות, וקרא להם caveolae. הוא הסיק כי אלה חייבים להידרש לצריכת תאים. זמן קצר לאחר מכן, בשנת 1955, חתן פרס נובל כריסטיאן דה דובה טבע את המונח אנדוציטוזיס, שמקיף "פאגוציטוזיס" ו "פינוקיטוזיס". עם זאת, הסיפור של אנדוציטוזיס עדיין לא נגמר.

בשנת 1975, מייקל בראון וג'וזף גולדשטיין, עם מומחה מיקרוסקופיית אלקטרונים ריצ'רד אנדרסון, הבחינו כי כאשר ליפופרוטאין בצפיפות נמוכה, או LDL, נקשר לקולטן פני התא שלו, הוא מוביל להיווצרות של "בורות מצופים". בורות אלה מופנמים לאחר מכן, וקולטני אנדוציטוס LDL. זה היה גילוי של הסוג השלישי, שנקרא "אנדוציטוזיס בתיווך קולטן". באותה שנה, ברברה פירס בודדה את חלבון המעיל העיקרי, מולקולת טריסקליון, וקראה לו קלתרין. לכן, תהליך זה נקרא גם "אנדוציטוזיס בתיווך קלתרין".

כל זה היה קשור לאנדיוציטוזיס. עכשיו בואו נדבר על איך למדנו על אקסוציאטוזיס. בשנת 1980, הקבוצה של רנדי שקמן יצרה מוטציות שמרים שהיו לקויות הפרשה, וחשפה את נוכחותם של גנים קריטיים המקודדים לחלבונים הנחוצים לאקסוציטוזה.

בשנת 1993, ג'יימס רוטמן זיהה חלק מהחלבונים האלה, ובהתבסס על טבעם הכימי הם נקראו SNAREs. ב"השערת SNARE" שלו, הוא הציע שהמבנים ההליליים האלה יתחברו זה לזה, ויגרמו לממברנות להתקרב בכוח מספיק להתיך וליצור אקסוציאטוזיס.

בערך באותו זמן, תומאס Südhof קבע כי תהליך זה נשלט היטב גם נוירונים על ידי חלבונים חישת סידן בשם synaptotagmins כי טיפח ותיזמן במדויק היתוך טוסיק לשחרור נוירוטרנסמיטר. יחד, מדענים אלה זכו בפרס נובל בשנת 2013.

למרות רוחבן של תגליות אלה, חידות מסקרנות רבות נותרו. בואו נסתכל על כמה מהשאלות הנחקרות היום.

מדענים מתחילים לשאול כיצד הפונקציות של אנדוציטוזיס ואקסוציאטוזיס חורגות מהרכישת והפרשת חומרים. לדוגמה, כיצד נוירוטרנסמיטורים משוחררים ברציפות על ידי שלל היתוך לקרום התא ללא הרחבה קטסטרופלית של גודל התא? הם מנסים לזהות אותות שגורמים לתאים להפנים את הממברנה, על מנת לקזז את משאבי ההרחבה והמחזור.

נושא מעניין נוסף הוא: אילו רכיבים מרכיבים את המכונות המולקולריות המתוחכמות המניעות תהליכים אלה? לדוגמה, phagocytosis מצריך עיוותים ממברנה גדולה כדי להקיף פתוגנים פולשים. מדענים חוקרים כיצד חלבונים שלד כמו אקטין תורמים לשיפוץ דרמטי של הממברנה.

לבסוף, מאז אנדוציטוזיס חריג ו exocytosis יכול לגרום למחלות קשות, מדענים מעוניינים להבין מה גורם dysregulation זה. אחד החלבונים הנבדקים הוא α-synuclein, שהפרשתו מתאי עצב הייתה קשורה למוות המתקדם של נוירונים סמוכים. הבנת האקסוציאטוזיס שלה יכולה לספק תובנות חשובות על הטיפול במחלות ניווניות כמו פרקינסון.

כעת, לאחר שחשבנו על כמה מהשאלות המרכזיות הנחקרות, הבה נראה אילו כלים זמינים לענות עליהן.

חוקרים משתמשים בבדיקת ביוטינילציה של תאים כדי לעקוב אחר אנדוציטוזיס של חלבונים על פני התא. תהליך זה כרוך תיוג חלבון פני השטח עם ביוטין מתויג פלואורסצנטית, ולאחר מכן לאפשר לתא לעבור אנדוציטוזיס. זה יכול להיות ואחריו ניתוח כתם מערכת החיסון, חושף הפנמת חלבון.

על מנת לכמת מיחזור ארסיות עצבית, מדענים רבים מתייגים תאים עם מולקולות פלואורסצנטיות ספציפיות לממברנה, כמו צבעי FM. צבעים אלה נקשרים ביציבות לעלון החיצוני, ומופנמים רק על ידי אנדוציטוזיס. לאחר גירוי רציף, הם exocytosed. ניתוח שחרור באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטיות מאפשר תובנה עמוקה יותר על כל תהליך המיחזור.

לעתים קרובות, כדי לתפעל ולהבין את התרומות של רכיבים המאפשרים exocytosis, מדענים להגדיר עשיית היתוך. שני סטים של של שלל עם תוכן פלואורסצנטי מובחן מוכנים ומותר להם להתאחד. היתוך ביניהם גורם להיווצרות של מוצר חדש, אשר ניתן לפקח באמצעות קורא microplate.

לבסוף, שיטות הדמיה מתוחכמות, כולל הדמיית פלואורסצנטיות והדמיה של תאים חיים פלואורסצנטיים, מציגות לחוקרים את ההזדמנות הייחודית לדמיין מבנים מורפולוגיים ואירועים מולקולריים של אנדוציטוזיס ואקסוציאטוזיס.

לבסוף, בואו נבחן כמה דרכים ספציפיות שבהן מדענים מיישמים את הכלים האלה במעבדות היום.

ביולוגים של תאים מעוניינים לחקור כיצד אקסוציטוזיס מסייעת לרפא ממברנות פצועות. כאן, החוקרים פצעו לראשונה תאים בתמיסה של צבעי FM על ידי גלגול חרוזי זכוכית עליהם. הדמיית פלואורסצנטיות לאחר מכן מראה כי אם קצב האקסוציאטוזיס הוא מהיר, זה יהיה במהירות לאטום את הממברנה ולעצור FM דולף לתוך התא. כאשר אקסוציאטוזיס הוא איטי, התוצאה היא כתמי FM תאיים נרחבים.

חוקרים יכולים להשתמש בבדיקות היתוך כדי לדגמן את התרומה של חלבוני היתוך ספציפיים. כאן, החוקרים הביעו חלבוני ממברנה שונים הקשורים לרוסקל או "VAMPs", שהם חלבוני SNARE, על פני השטח של שתי בריכות של תאים. ההיתוך הורשה אז להתרחש, והתוצאה כותמה באמצעות ספקטרומטר. באמצעות התקנה זו, מדענים הצליחו להשוות את יעילות ההיתוך של VAMPs מרובים.

לבסוף, החוקרים שואפים להבין אנדוציטוזיס קולטן פני השטח התא בתגובה לתרופה. כאן, מדענים טיפלו בתאים מתויגים פלואורסצנטית עם תרופה, ודמיינו קולטן תרופות אנדוציטוזיס קורה בזמן אמת באמצעות מיקרוסקופיה זמן לשגות.

הרגע צפית בהקדמה של ג'וב לאנציטוזיס ואקסוציאוזיס. בסרטון זה, סקרנו את הדגשים ההיסטוריים החל מגילוי של phagocytosis להגדרת המנגנונים של שחרור נוירוטרנסמיטר. לאחר מכן, הצגנו כמה שאלות מרכזיות שנשאלו. בחנו גם אסטרטגיות מחקר בולטות, ודנו בכמה מהיישומים הנוכחיים שלהם. כמו תמיד, תודה שצפית!