Лизосомы, эндосомы и деградация

Лизосомы — это кислые, наполненные гидролазами органеллы, которые действуют как основной деградационный компартмент клетки, расщепляя материал, доставляемый через эндосомальную систему и посредством аутофагии. Эндосомы, которые их питают, сортируют и созревают интернализованный груз, в то время как сама лизосома теперь признана не только центром переработки, но и сигнальным центром, который воспринимает питательные вещества и координирует очистку.

Definition

Лизосомы — это ограниченные мембраной органеллы с кислой полостью, богатой гидролитическими ферментами, которые деградируют макромолекулы, доставляемые через эндосомальный путь и посредством аутофагии, перерабатывая продукты их распада и действуя как клеточный центр восприятия питательных веществ и сигнализации.

Scope

Статья охватывает путь эндосомальной сортировки и созревания, биогенез лизосом и кислотно-гидролазную среду, пути, по которым груз достигает лизосомы (эндоцитоз, фагоцитоз и аутофагия), а также роль лизосомы в восприятии питательных веществ и гомеостатической сигнализации. Это справочная тема по клеточной биологии и гистологии, а не клиническое руководство.

Core questions

• Как груз, интернализованный на поверхности клетки, созревает через эндосомы до лизосомы?
• Как генерируется и поддерживается кислая, гидролитическая лизосомальная среда?
• Как аутофагия доставляет внутриклеточный материал для деградации?
• Как лизосома воспринимает питательные вещества и сигнализирует для координации клеточного метаболизма?

Key concepts

• Ранние и поздние эндосомы
• Созревание и сортировка эндосом
• Лизосомальные кислые гидролазы и V-АТФаза
• Аутофагия и аутофагосомы
• Фагоцитоз и гетерофагия
• Нацеливание гидролаз на маннозо-6-фосфат
• Восприятие питательных веществ и сигнализация лизосомами

Key theories

Аутофагия

Клетки секвестрируют цитоплазматические компоненты и поврежденные органеллы внутри двумембранных аутофагосом, которые сливаются с лизосомами для деградации, обеспечивая самообновление и выживание в условиях стресса и дефицита питательных веществ.

Лизосома как сигнальный центр

Помимо деградации, лизосомальная поверхность воспринимает доступность аминокислот и интегрирует сигналы питательных веществ — примером является активация mTORC1 на лизосоме — связывая органеллу с программами роста и очистки.

Mechanisms

Материал, поглощенный путем эндоцитоза, поступает в ранние эндосомы, которые сортируют груз для рециркуляции на поверхность или для деградации; груз, предназначенный для уничтожения, удерживается по мере созревания эндосомы, подкисления и, в конечном итоге, доставки ее содержимого в лизосому. Лизосомальные гидролазы синтезируются в секреторном пути, помечаются для доставки и концентрируются в кислой полости, поддерживаемой вакуолярным протонным насосом, где они деградируют белки, липиды, нуклеиновые кислоты и углеводы. Внутриклеточные компоненты достигают лизосомы посредством аутофагии, при которой двумембранные аутофагосомы поглощают цитоплазму и органеллы и сливаются с лизосомой. Лизосомальная мембрана также воспринимает статус питательных веществ и служит платформой для сигнализации, которая координирует клеточную очистку с ростом и метаболизмом.

Clinical relevance

Дефицит отдельных лизосомальных ферментов вызывает лизосомальные болезни накопления, а нарушение регуляции аутофагии и лизосомальной сигнализации связаны с нейродегенерацией, метаболическими заболеваниями и старением. Эта статья описывает нормальные деградационные и сигнальные механизмы и не является основанием для индивидуальных диагностических или лечебных решений.

History

Лизосома была открыта Кристианом де Дювом в 1950-х годах посредством клеточного фракционирования, которое выявило частицу, наполненную латентными кислыми гидролазами; позже он дал ей название и разделил Нобелевскую премию 1974 года. Молекулярное исследование аутофагии Ёсинори Осуми, отмеченное Нобелевской премией по физиологии или медицине 2016 года, и последующая работа, установившая лизосому как сигнальный центр, изменили понимание роли этой органеллы.

Key figures

• Christian de Duve
• Daniel Klionsky
• Yoshinori Ohsumi
• Andrea Ballabio
• David Sabatini

Seminal works

• klionsky2000
• mizushima2008
• saftig2009

Frequently asked questions

В чем разница между эндосомой и лизосомой?

Эндосомы — это компартменты для сортировки и созревания, которые получают интернализованный материал и определяют его судьбу, тогда как лизосома — это конечный, сильно кислый компартмент, где гидролитические ферменты фактически деградируют доставленный груз.

Как аутофагия использует лизосому?

При аутофагии двумембранная аутофагосома поглощает цитоплазматический материал или поврежденные органеллы и сливается с лизосомой, гидролазы которой расщепляют содержимое для переработки.