5.13: Receptor-mediated Endocytosis
5.13: Reseptör Aracılı Endositoz
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.
Genel bakış
Reseptör aracılı endositon, hücre yüzey reseptörlerine bağlandıktan sonra belirli moleküllerin toplu miktarlarda bir hücreye ithal edilebilir bir süreçtir. Bu reseptörlere bağlı moleküller hücre yüzey zarının içe doğru katlanması yoluyla hücreye alınır, bu da sonunda hücre içinde bir veziküle sıkıştırılır. Clathrin gibi yapısal proteinler tomurcuklanan vezikülü kaplar ve yuvarlak şeklini verir.
LDL Clathrin Aracılı Endositosis
Reseptör aracılı endositozun iyi karakterize bir örneği düşük yoğunluklu lipoproteinlerin (LDL kolesterol) hücreye taşınmasıdır. LDL hücre zarındaki transmembran reseptörlerine bağlanır. Adaptör proteinleri clathrin membranın iç yüzeyine eklemek için izin verir. Bu protein kompleksleri hücre içinde clathrin kaplı vezikül oluşturarak, membranı içe doğru bükerler. Endositik vezikül boyun protein dinamin ve diğer aksesuar proteinlerin bir kompleks tarafından membran kapalı çimdiklenir.
Endositik vezikül erken bir endozom ile sigortalanır ve LDL daha düşük bir pH ortamı nedeniyle reseptör proteinlerinden ayrışır. Boş reseptör proteinleri dış hücre zarına tekrar yerleştirilmesi için taşıma vezikülleri ayrılır. LDL endozomda kalır, hangi bir lizom ile bağlanır. Lyozom hücre tarafından kullanılabilir serbest kolesterol LDL kırmak sindirim enzimleri sağlar.
Reseptör Aracılı Endositonİsin Rolleri
Endositonun hizmet edebileceği birden fazla fonksiyon vardır. Yukarıdaki örnekte, endositon hücreiçine kaynakları (LDL) almak için kullanılır. Benzer şekilde, demir transferrin reseptörüne (TfR) bağlanan hücre yüzeyinde demir bağlayıcı bir protein olan transferrin in endositoyu ile hücreye alınır. LDL endositosisbenzer, bir clathrin kaplı vezikül hücreiçine transferrin getirmek için oluşur. Erken endozomda, bir pH azalma transferrin demir dissociation sağlar. Ancak Transferrin, TfR'ye bağlı kalır. Reseptör tekrar kullanılmak üzere hücre yüzeyine geri gönderildiğinde, transferrin proteini (demir olmadan) hücre dışı ortama geri salınır.
Reseptör aracılı endositon da hücre sinyalizasyonuna neden olmak için kullanılır. Sinyal reseptörlerinin düzenlenmesinin birincil yollarından biri, endositoz kullanarak hücre içine reseptörlerin getirilmesini içeren sekestrasyondur. Bazı reseptörler tekrar ihtiyaç duyulana kadar veziküller içinde depolanır, ve bazı proteolitik enzimler tarafından bozulur. Diğer sinyal yolları sinyal transdüksiyonu (yani hücreiçine sinyal geçen) gerçekleşmesi için izin vermek için reseptör aracılı endositon gerektirir.
Reseptör Aracılı Endositon Tipleri
LDL endositonisi klathrin aracılı endositosisin bir örneğidir. Endositon için alternatif yollar da vardır, hangi caveolin en çok çalışılan olan. Clathrin aksine, hangi yüzeye bağlanır, caveolin lipid iki katmanlı içine kendini ekler. Sonuç benzer, ancak, caveolin membran bir endositik vezikül membran dan pinches oluşturmak için izin veren bir eğri neden olarak.
Reseptör Bazlı Endositik Yolların Patojenler tarafından kullanımı
Bazı bakteri ve virüsler konak hücrelerini ele geçirerek konak hücrelerini istila edebilirler. Grip virüsü clathrin aracılı ve diğer endositik yolları kullanarak konak hücreleri istila edebilir. Virüs hücre yüzeyindeki reseptörlere bağlanır ve konak hücreye erişerek daha sonra endozomdan kaçar.
Bazı patojenler, hücreyi kandırıp onları içeri almak için reseptörlere bağlanan toksinlersi salgılarlar. Bakteri Bacillus anthracis şarbon olarak bilinen toksin üretir; Bu toksin reseptörlere bağlanma yeteneğine sahiptir, endositoz geçiren, ve daha sonra nekroz ve diğer klinik belirtilere neden geç endozom kaçan.