กอลจิแอพพาราตัสและการขนส่ง

กอลจิแอพพาราตัสเป็นกลุ่มของถุงเมมเบรนแบนที่เรียกว่าซิสเทอร์นา ซึ่งตั้งอยู่ใจกลางเส้นทางการหลั่งสาร ทำหน้าที่รับโปรตีนและไขมันที่สร้างขึ้นใหม่จากเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม ปรับเปลี่ยน และคัดแยกไปยังปลายทางที่เหมาะสม ร่วมกับพาหะแบบถุงและแบบท่อที่เคลื่อนย้ายสารระหว่างส่วนต่างๆ กอลจิแอพพาราตัสจะจัดระเบียบการขนส่งแบบมีทิศทางซึ่งสร้างและบำรุงรักษาพื้นผิวเซลล์ ออร์แกเนลล์ในระบบเอนโดเมมเบรน และโปรตีโอมที่หลั่งออกมา

Definition

กอลจิแอพพาราตัสเป็นกลุ่มของถุงเมมเบรนซิสเทอร์นาที่มีขั้ว ซึ่งทำหน้าที่ประมวลผล ปรับเปลี่ยน และคัดแยกโปรตีนและไขมันที่มาจากเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม และส่งออกผ่านพาหะแบบถุงไปยังพื้นผิวเซลล์ ไลโซโซม หรือย้อนกลับผ่านเส้นทางการหลั่งสาร

Scope

เนื้อหานี้ครอบคลุมถึงการจัดเรียงแบบมีขั้วจากซิสไปทรานส์ของกลุ่มกอลจิแอพพาราตัส, การเติมไกลโคซิลและการประมวลผลหลังการแปลอื่นๆ, การคัดแยกที่ทรานส์-กอลจิเน็ตเวิร์ก, และกลไกของการขนส่งแบบถุง — โปรตีนเคลือบ, SNAREs และ Rab GTPases — ที่ขนส่งสารระหว่างออร์แกเนลล์ นี่เป็นหัวข้ออ้างอิงทางชีววิทยาของเซลล์และเนื้อเยื่อวิทยา ไม่ใช่คำแนะนำทางการแพทย์

Core questions

• กลุ่มกอลจิแอพพาราตัสมีขั้วได้อย่างไร และสารเคลื่อนที่จากด้านซิสไปยังด้านทรานส์ได้อย่างไร?
• ถุงขนส่งถูกสร้างขึ้น กำหนดเป้าหมาย และหลอมรวมกับส่วนที่ถูกต้องได้อย่างไร?
• โปรตีนถูกเติมไกลโคซิลและปรับเปลี่ยนอื่นๆ อย่างไรเมื่อเคลื่อนผ่านกอลจิแอพพาราตัส?
• ทรานส์-กอลจิเน็ตเวิร์กคัดแยกสารไปยังปลายทางที่แตกต่างกันได้อย่างไร?

Key concepts

• ซิส, มีเดียล และทรานส์ ซิสเทอร์นา
• ทรานส์-กอลจิเน็ตเวิร์กและการคัดแยกสาร
• การเติมไกลโคซิลและการปรับเปลี่ยนหลังการแปล
• โปรตีนเคลือบ (COPI, COPII, คลาทริน)
• การหลอมรวมถุงที่อาศัย SNARE
• Rab GTPases และเอกลักษณ์ของเมมเบรน
• การขนส่งแบบไปข้างหน้าและย้อนกลับ

Key theories

การเจริญของซิสเทอร์นาเทียบกับการขนส่งแบบถุง

มีสองแบบจำลองที่อธิบายความก้าวหน้าของสารผ่านกอลจิแอพพาราตัส: ซิสเทอร์นาที่เสถียรซึ่งแลกเปลี่ยนสารโดยถุง เทียบกับซิสเทอร์นาที่เจริญจากซิสไปทรานส์ในขณะที่เอนไซม์ที่อยู่ประจำถูกรีไซเคิลย้อนกลับ; หลักฐานสนับสนุนองค์ประกอบการเจริญที่สำคัญ

Mechanisms

สารที่ออกจากเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมจะถูกจับเข้าสู่ถุงที่เคลือบด้วย COPII และส่งไปยังด้านซิสของกอลจิแอพพาราตัส เมื่อเคลื่อนที่ไปยังด้านทรานส์ สารจะถูกเติมไกลโคซิลและปรับเปลี่ยนอื่นๆ โดยเอนไซม์เฉพาะส่วน การขนส่งแบบมีทิศทางระหว่างส่วนต่างๆ เกิดขึ้นโดยโปรตีนเคลือบที่เลือกสารและสร้างถุง โดย Rab GTPases ที่ทำเครื่องหมายเมมเบรนแต่ละอันด้วยเอกลักษณ์และดึงดูดปัจจัยยึดเหนี่ยว และโดยโปรตีน SNARE บนเมมเบรนที่อยู่ตรงข้ามซึ่งจับคู่กันเพื่อขับเคลื่อนการหลอมรวม การขนส่งแบบย้อนกลับ COPI จะส่งคืนโปรตีนที่อยู่ประจำที่หลุดออกไปและรีไซเคิลส่วนประกอบต่างๆ ที่ทรานส์-กอลจิเน็ตเวิร์ก สารจะถูกคัดแยกเข้าสู่พาหะที่แตกต่างกันซึ่งมุ่งหน้าไปยังเยื่อหุ้มเซลล์ ระบบเอนโดไลโซโซม หรือแกรนูลหลั่งสาร ในขณะที่เส้นทางการรีไซเคิลแบบเอนโดไซโตซิสจะส่งคืนเมมเบรนและตัวรับกลับสู่พื้นผิว

Clinical relevance

ความบกพร่องในการเติมไกลโคซิลของกอลจิแอพพาราตัสและในกลไกการขนส่งเป็นสาเหตุของความผิดปกติแต่กำเนิดของการเติมไกลโคซิลและโรคทางชีววิทยาของเซลล์อื่นๆ และเชื้อโรคและสารพิษหลายชนิดใช้ประโยชน์จากเส้นทางการหลั่งสารและเส้นทางย้อนกลับ เนื้อหานี้อธิบายกลไกการขนส่งปกติที่เกี่ยวข้องและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตัดสินใจในการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

History

ออร์แกเนลล์นี้ถูกระบุโดย Camillo Golgi ในปี 1898 โดยใช้วิธีการย้อมสีเงิน และมีการถกเถียงกันมานานจนกระทั่งกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนยืนยันการมีอยู่ของมัน Palade และ Farquhar ได้ระบุตำแหน่งของมันในเส้นทางการหลั่งสาร และกลไกระดับโมเลกุลของการสร้างถุงและการหลอมรวมถูกกำหนดผ่านงานทางพันธุกรรมและชีวเคมีของ Schekman และ Rothman ซึ่งได้รับการยอมรับจากรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ในปี 2013

Debates

สารเคลื่อนที่ผ่านกลุ่มกอลจิแอพพาราตัสได้อย่างไร?

ไม่ว่าซิสเทอร์นาจะเป็นส่วนที่เสถียรซึ่งแลกเปลี่ยนสารโดยการขนส่งแบบถุง หรือซิสเทอร์นาเองเจริญจากซิสไปทรานส์ยังคงเป็นคำถามสำคัญ; หลักฐานปัจจุบันสนับสนุนบทบาทสำคัญของการเจริญของซิสเทอร์นาพร้อมกับการรีไซเคิลย้อนกลับของเอนไซม์ที่อยู่ประจำ

Key figures

• Camillo Golgi
• George Palade
• James Rothman
• Randy Schekman
• Marilyn Farquhar

Seminal works

• rothman1994
• emr2009

Frequently asked questions

กอลจิแอพพาราตัสทำหน้าที่อะไร?

มันรับโปรตีนและไขมันจากเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม ปรับเปลี่ยนทางเคมี — โดยเฉพาะอย่างยิ่งโดยการเติมไกลโคซิล — และคัดแยกที่ด้านทรานส์ของมันเข้าสู่พาหะที่มุ่งหน้าไปยังพื้นผิวเซลล์ ไลโซโซม หรือแกรนูลหลั่งสาร

ถุงขนส่งรู้ได้อย่างไรว่าจะไปที่ไหน?

โปรตีนเคลือบจะเลือกสารและสร้างถุง, Rab GTPases จะให้เอกลักษณ์ทางโมเลกุลแก่เมมเบรนแต่ละอันและดึงดูดตัวยึด, และโปรตีน SNARE ที่เข้าคู่กันบนเมมเบรนทั้งสองจะจับคู่กันเพื่อขับเคลื่อนการหลอมรวมที่เฉพาะเจาะจงกับส่วนเป้าหมายที่ถูกต้อง