[albert52]

Вставка 6

У эукариотических клетках лизосомы являются пищеварительными центрами, где биологические макромолекулы разрушаются в результате фагоцитоза и аутофагии, тем самым поддерживая способность клеток к самообновлению и снабжение энергией. Лизосомы также служат в качестве сигнальных узлов для мониторинга внутриклеточных уровней питательных веществ и энергии, выступая в качестве платформ для сборки множества сигнальных путей, таких как мишень рапамицина 1 (mTORC1) у млекопитающих и активирующую AMP киназу (AMPK). Лизосомная дисфункция связана с различными заболеваниями человека.

Лизосомы представляют собой однослойные мембранные органеллы, окруженные липидной мембраной толщиной 7–10 нм. Лизосомная мембрана состоит как из первичных лизосом, секретируемых Гольджи, так и из везикул плазматической мембраны и эндоцитарного пути. Недавно синтезированные белки, нацеленные на лизосомы, могут транспортироваться либо непосредственно в лизосомы через сеть транс-Гольджи или косвенно попадает в просвет путем эндоцитоза.

H + -ATPase мембранного вакуолярного типа (V-ATPase) является отличительной характеристикой лизосом и может непрерывно перекачивать H + в лизосомы для поддержания кислой среды. LAMP ( лизосом-ассоциированные мембранные белки ) составляют 80% белков лизосомальной мембраны, защищая лизосомальную мембрану от кислотного переваривания через их сильно гликозилированные внутриполостные части. Лизосомные транспортеры необходимы для транспортировки конечных продуктов в цитоплазму для дальнейшего метаболического использования .

В условиях обогащения питательными веществами Rag GTPases, гетеродимеры, образованные RagA/B и RagC/D, активируются и привязываются к лизосомной мембране, дополнительно рекрутируя mTORC1. Rag GTPases могут активироваться Ragulator и ингибироваться комплексом GATOR1. Ragulator - это каркасный белок; белковые каркасы в клетке включают в себя самые разнообразные наборы ферментов, взаимодействие которых необходимо для функционирования клетки. Ragulator активируется SLC38A ( предполагаемым натрий-зависимым аминокислотно / протонным антипортером ) и лизосомальной V-АТФазой, которые в свою очередь стимулируются аргинином и лейцином соответственно в просвете лизосом, в то время как комплекс GATOR1 ингибируется GATOR2, который стимулируется аминокислотами в цитоплазме (комплексы GATOR1 и 2(Gap Activity TOward Rags) участвуют в восприятии аминокислот). Затем mTORC1 активируется GTPases Rheb, стимулированной GF (фактором роста ) посредством ингибирования TSC.

При дефиците глюкозы каркасный белок аксин вызывает диссоциацию и инактивацию mTORC1 посредством ингибирования Ragulator. Кроме того, аксин рекрутирует AMPK, взаимодействуя с LKB1, и вызывает активацию AMPK, образуя комплексы с V-ATPase и Ragulator.

Аутофагия характеризуется везикулами, поглощающими цитоплазматические белки или органеллы и последующим слиянием с лизосомами для деградации содержимого, что важно для внутриклеточного метаболического гомеостаза и обновления определенных органелл. Как правило, аутофагия подразделяется на макроаутофагию, микроаутофагию и шаперон-опосредованную аутофагию (CMA).

В отличие от макроаутофагии, которая называется генерализованной аутофагией, аутофагосомы не образуются во время микроаутофагии; вместо этого лизосома непосредственно поглощает микроаутофаги через углубление, выпуклость или разделение лизосомных мембран. При CMA шаперон связывается и транспортирует целевой белок в лизосомы для деградации. Белок теплового шока (Hsp70), молекулярный шаперон, который играет критическую роль в CMA, способен узнавать и связывать субстраты для деградации лизосом.

Кроме того, Hsp70 способствует мультимеризации LAMP типа 2a, лизосомального рецептора, участвующего в CMA, с образованием комплекса транслокации, в котором дополнительно формируется канал транслокации, через который разрешается проходить только развернутым субстратам. Точно так же в CMA требуются другие молекулярные шапероны, в том числе Hsp90, который регулирует стабилизацию транслокационного комплекса, Hsp40, Hsp70-взаимодействующий белок (Hip) и Hsp70-Hsp90-организующий белок (Hop), который облегчает процесс транслокации.

Лизосомный контроль качества (LQC) включает лизосомную репарацию, лизофагию и лизосомную регенерацию и быстро запускается в ответ на повреждение лизосом для поддержания структурной целостности лизосом и функционального гомеостаза. Поврежденную лизосомную мембрану можно восстановить с помощью Hsp70 и ESCRT. При лизофагии поврежденные лизосомы в конечном итоге транспортируются в нормальные лизосомы для деградации через фагосомы, образованные фагофорами. Ингибирование mTORC1 за счет потери лизосом может позволить TFEB связываться с CLEAR и способствовать образованию лизосом.

Эндосомальные сортировки комплексов, необходимые для транспортировки (ESCRT), имеют решающее значение для ремонта поврежденных лизосомальных мембран. ESCRT - это высококонсервативная транспортная система, запрограммированная на транспортировку убиквитинированных белков в лизосомы. ESCRTs могут восстанавливать небольшие перфорации в лизосомальной мембране на ранней стадии лизосомного повреждения и рекрутируются всего за несколько минут.

Подобно селективной аутофагии, убиквитинирование поврежденных лизосом является основным фактором, управляющим и модулирующим лизофагию.

В физиологических условиях количество лизосом постоянно поддерживается за счет динамического гомеостаза, сбалансированного между образованием и деградацией. Промоторные области многих лизосомных генов содержат один или несколько повторов мотива из 10 пар оснований (GTCACGTGAC), известных для координации лизосомальной экспрессии и регуляции (CLEAR) элементов. TFEB, член семейства MiT / TFE, напрямую связывается с элементом CLEAR и дополнительно способствует обновлению лизосом. Вообще, TFEB вносит вклад в уровни экспрессии большого количества генов, участвующих в лизосомной функции, включая экзоцитоз, фагоцитоз, эндоцитоз и аутофагию.

Ингибирование mTOR делает возможным дефосфорилирование и транслокацию TFEB, что затем увеличивает экспрессию генов, кодирующих лизосомные белки, такие как V-ATPases, лизосомные трансмембранные белки и гидролазы.

В настоящее время широко признаны два основных пути, опосредующих
апоптоз, а именно экзогенный апоптоз через рецепторы смерти на поверхности клеток и внутренний апоптоз, зависящий от вовлечения митохондрий. Лизосомное повреждение запускает апоптоз по эндогенному пути, при этом утечка лизосомальных ферментов из поврежденных лизосом имеет решающее значение для апоптоза в митохондриально-зависимом пути. Интересно, что высвобождение H2O2 из поврежденных митохондрий также объясняет фрагментацию лизосомных мембран. Кроме того, катепсины лизосом способны расщеплять Bcl-2, тем самым приводя к ускорению апоптоза.

Лизосома является одним из основных мест хранения железа и важна для поддержания уровней внутриклеточных АФК и железа. При воздействии H2O2 свободное железо в лизосомах увеличивает производство ROS, которые затем могут высвобождаться через нестабильную лизосомную мембрану, чтобы запустить активацию путей гибели клеток. Большая часть железа находится в форме, подходящей для связывания с ферритином в цитоплазме, который может расщепляться путем лизосомальной аутофагии, вызывая высвобождение активного железа.

Общепринято, что лизосомы имеют решающее значение для инициации и рецессии воспалительных реакций. Так, при гиперурикемии мочевая кислота перенасыщается в моче и образует кристаллы мочевой кислоты, которые транспортируются в лизосомы за счет эндоцитоза эпителиальных клеток почечных канальцев, разрушая лизосомальную мембрану и вызывая разрыв лизосомы, в свою очередь, приводя к воспалению почек. Точно так же сосуществование лизосом и пищеварительных ферментов в ацинарных клетках поджелудочной железы считается ранним событием при остром панкреатите.