درون‌بری و برون‌بری

درون‌بری (Endocytosis) و برون‌بری (Exocytosis) فرآیندهای انتقال غشایی هستند که محموله‌های حجیم را با استفاده از وزیکول‌های لیپیدی به داخل و خارج سلول منتقل می‌کنند. در درون‌بری، غشای پلاسمایی به داخل فرورفته و جدا می‌شود تا مواد را درونی کند؛ در برون‌بری، وزیکول‌های درون‌سلولی با غشای پلاسمایی ادغام می‌شوند تا محتویات خود را آزاد کنند. این دو فرآیند با هم به سلول‌ها اجازه می‌دهند تا مواد مغذی و گیرنده‌ها را جذب کنند، پروتئین‌ها و انتقال‌دهنده‌های عصبی را ترشح کنند و سطح خود را به طور مداوم بازسازی نمایند.

Definition

درون‌بری جذب مواد خارج سلولی به داخل سلول در وزیکول‌های محدود به غشا است که با جوانه‌زنی به داخل غشای پلاسمایی تشکیل می‌شوند؛ برون‌بری آزاد شدن مواد درون‌سلولی به خارج از سلول با ادغام وزیکول‌های ترشحی با غشای پلاسمایی است.

Scope

این مدخل مسیرهای اصلی درون‌بری (مسیرهای وابسته به کلاترین و مستقل از کلاترین)، حالت‌های تنظیم‌شده و سازنده برون‌بری، و ماشین‌آلات ادغام غشایی — به ویژه پروتئین‌های SNARE — که باعث ادغام وزیکول می‌شوند را پوشش می‌دهد. این موضوع ترافیک وزیکولی را به عنوان یک مبحث مرجع در زیست‌شناسی سلولی بررسی می‌کند و یک راهنمای بالینی نیست.

Core questions

• چگونه غشای پلاسمایی خم شده و جوانه می‌زند تا محموله را درونی کند؟
• کدام مسیرها محموله را با و بدون کلاترین درونی می‌کنند؟
• چگونه وزیکول‌ها با غشاهای هدف ادغام می‌شوند تا محتویات خود را آزاد کنند؟
• چه چیزی ترشح سازنده را از ترشح تنظیم‌شده متمایز می‌کند؟

Key concepts

• درون‌بری با واسطه کلاترین
• درون‌بری مستقل از کلاترین
• فاگوسیتوز و پینوسیتوز
• حفره‌های پوشیده شده و جوانه‌زنی وزیکول
• برون‌بری سازنده در مقابل برون‌بری تنظیم‌شده
• ادغام غشایی با واسطه SNARE
• بازیافت وزیکول در غشای پلاسمایی

Key theories

فرضیه SNARE در مورد ادغام غشایی

پروتئین‌های SNARE وزیکول و غشای هدف به یک کمپلکس محکم تبدیل می‌شوند که دو لایه لیپیدی را به هم نزدیک کرده و ادغام را کاتالیز می‌کند، و یک مبنای مولکولی مشترک برای برون‌بری و سایر رویدادهای ادغام فراهم می‌آورد.

Mechanisms

در درون‌بری، پروتئین‌های پوششی سیتوزولی و پروتئین‌های خم‌کننده غشا، بخشی از غشای پلاسمایی را به یک فرورفتگی تبدیل می‌کنند که به صورت یک وزیکول به داخل جوانه می‌زند. شناخته‌شده‌ترین مسیر، درون‌بری با واسطه کلاترین است که در آن کلاترین یک شبکه در حفره‌های پوشیده شده تشکیل می‌دهد تا گیرنده‌ها و لیگاند‌های آن‌ها را درونی کند؛ چندین مسیر مستقل از کلاترین نیز عمل می‌کنند که در محموله و ماشین‌آلات خود متفاوت هستند. وزیکول درونی شده پوشش خود را از دست می‌دهد و از طریق سیستم اندوزومی مرتب می‌شود. برون‌بری در جهت مخالف عمل می‌کند: وزیکول‌های ترشحی به غشای پلاسمایی منتقل می‌شوند، جایی که پروتئین‌های SNARE روی وزیکول و غشای هدف به یک کمپلکس چهار هلیکسی مونتاژ می‌شوند که دو لایه لیپیدی را به هم نزدیک کرده و باعث ادغام و آزاد شدن محموله می‌شود. ترشح زمانی سازنده است که وزیکول‌ها به طور مداوم ادغام می‌شوند، یا زمانی تنظیم‌شده است که ادغام منتظر یک محرک مانند افزایش کلسیم درون‌سلولی باشد، مانند آنچه در پایانه عصبی رخ می‌دهد. روش‌های تصویربرداری که رویدادها را در فاصله ده‌ها نانومتر از غشای پلاسمایی مشاهده می‌کنند، امکان مشاهده این مراحل جوانه‌زنی و ادغام را در زمان واقعی فراهم کرده‌اند.

Clinical relevance

درون‌بری و برون‌بری زیربنای فرآیندهایی مانند تنظیم گیرنده، جذب آنتی‌ژن، آزاد شدن انتقال‌دهنده‌های عصبی و هورمون‌ها، و مسیرهای ورودی مورد استفاده توسط برخی عوامل بیماری‌زا و سموم هستند، بنابراین برای درک فیزیولوژی سلولی اساسی می‌باشند. این مدخل مکانیسم‌های انتقال را برای مرجع توصیف می‌کند و مبنایی برای تشخیص یا درمان نیست.

History

جذب و ترشح وزیکولی از نظر مورفولوژیکی توسط میکروسکوپ الکترونی در اواسط قرن بیستم شناسایی شد و حفره‌های پوشیده شده با کلاترین به عنوان یک ساختار درون‌بری مشخص شناخته شدند. سپس ماشین‌آلات مولکولی حل شد: کلاترین و پروتئین‌های آداپتور برای مونتاژ پوشش، و پروتئین‌های SNARE که کشف آن‌ها چگونگی دستیابی به ادغام وزیکول را روشن کرد. تصویربرداری از سلول زنده بعداً امکان مشاهده مستقیم رویدادهای جوانه‌زنی و ادغام را فراهم کرد و مسیرهای اضافی مستقل از کلاترین به تدریج نقشه‌برداری شدند.

Key figures

• Thomas C. Südhof
• James E. Rothman
• Harvey T. McMahon
• Satyajit Mayor

Seminal works

• sudhof-rothman-2009
• doherty-mcmahon-2009

Frequently asked questions

تفاوت بین درون‌بری و برون‌بری چیست؟

درون‌بری با جوانه‌زنی وزیکول‌ها به داخل از غشای پلاسمایی، مواد را به داخل سلول می‌آورد، در حالی که برون‌بری با ادغام وزیکول‌های درون‌سلولی با غشای پلاسمایی، مواد را از سلول آزاد می‌کند.

پروتئین‌های SNARE چه هستند؟

پروتئین‌های SNARE پروتئین‌های غشایی روی یک وزیکول و غشای هدف آن هستند که به یک کمپلکس محکم مونتاژ می‌شوند و دو لایه لیپیدی را به هم نزدیک می‌کنند تا باعث ادغام در طول برون‌بری و رویدادهای مرتبط شوند.