ระบบเอนโดเมมเบรนและวิถีการหลั่ง

ระบบเอนโดเมมเบรนคือเครือข่ายของเยื่อหุ้มเซลล์ที่ทำหน้าที่สังเคราะห์, ดัดแปลง, คัดแยก และส่งโปรตีนและไขมันผ่านวิถีการขนส่งแบบถุงเวสิเคิลที่เชื่อมโยงกัน

Definition

ระบบเอนโดเมมเบรนคือชุดของเยื่อหุ้มและออร์แกเนลล์ที่เกี่ยวข้องกัน ซึ่งเชื่อมโยงกันด้วยการขนส่งแบบถุงเวสิเคิล ทำหน้าที่จัดการการสังเคราะห์ การดัดแปลง และการกำหนดเป้าหมายของโปรตีนและไขมัน ส่วนวิถีการหลั่งคือเส้นทางที่กำหนดไว้ซึ่งโปรตีนที่สร้างขึ้นใหม่เดินทางจาก ER ไปยังปลายทางของพวกมัน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงร่างแหเอนโดพลาซึม (endoplasmic reticulum), กอลจิคอมเพล็กซ์ (Golgi apparatus), เอนโดโซม (endosomes), ไลโซโซม (lysosomes) และถุงเวสิเคิลที่เชื่อมโยงออร์แกเนลล์เหล่านี้เข้าด้วยกัน โดยจะติดตามวิถีการหลั่งตั้งแต่การเข้าสู่ ER แบบ co-translational ผ่านการดัดแปลงที่กอลจิ ไปจนถึงการคัดแยกเพื่อส่งไปยังผิวเซลล์หรือไลโซโซม รวมถึงเส้นทางการนำเข้าสู่เซลล์ (endocytic route)

Core questions

• โปรตีนเข้าสู่ร่างแหเอนโดพลาซึมระหว่างการสังเคราะห์ได้อย่างไร?
• กอลจิคอมเพล็กซ์ดัดแปลงและคัดแยกโปรตีนได้อย่างไร?
• ถุงเวสิเคิลขนส่งถูกสร้างขึ้น กำหนดเป้าหมาย และหลอมรวมกับเยื่อหุ้มเซลล์ที่ถูกต้องได้อย่างไร?
• โปรตีนถูกส่งไปยังไลโซโซมเทียบกับผิวเซลล์ได้อย่างไร?

Key theories

การขนส่งแบบถุงเวสิเคิลและวิถีการหลั่ง

Palade ได้ติดตามโปรตีนที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่จาก ER ผ่านกอลจิไปยังถุงเวสิเคิลหลั่ง ซึ่งเป็นการสร้างวิถีการหลั่ง; งานวิจัยต่อมาได้ระบุโปรตีนเคลือบและกลไกการหลอมรวมที่อาศัย SNARE ว่าเป็นกลไกที่ทำให้ถุงเวสิเคิลแตกหน่อและกำหนดเป้าหมาย

Mechanisms

โปรตีนที่มีปลายทางสำหรับการหลั่งหรือเป็นส่วนประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์จะมีลำดับสัญญาณ (signal sequence) ที่นำไรโบโซมไปยัง ER ซึ่งสายพอลิเปปไทด์จะถูกเคลื่อนย้ายและพับตัว ER จะส่งสินค้าออกไปในถุงเวสิเคิลที่หุ้มด้วย COPII ไปยังกอลจิ ซึ่งจะเกิดการเติมหมู่ไกลโคซิล (glycosylation) และการประมวลผลเพิ่มเติม โปรตีนเคลือบ (coat proteins) จะช่วยสร้างรูปร่างของถุงเวสิเคิลที่กำลังแตกหน่อ Rab GTPases และ tethers จะนำทางการกำหนดเป้าหมาย และโปรตีน SNARE จะขับเคลื่อนการหลอมรวม ทำให้ส่งสินค้าไปยังเอนโดโซม ไลโซโซม หรือเยื่อหุ้มพลาสมา การนำเข้าสู่เซลล์ (endocytosis) จะดำเนินเส้นทางเข้าสู่ภายในเซลล์ โดยนำเยื่อหุ้มเซลล์และสารภายนอกเซลล์เข้ามา

Clinical relevance

วิถีการหลั่งเป็นพื้นฐานที่เซลล์ใช้ในการสร้างผิวเซลล์ หลั่งโปรตีน และรักษาสภาพของออร์แกเนลล์ และเป็นกรอบการทำงานที่สำคัญในชีววิทยาของเซลล์และเทคโนโลยีชีวภาพสำหรับการผลิตโปรตีน การนำเสนอในที่นี้เป็นการบรรยายเชิงพรรณนาและไม่เป็นการแนะนำการรักษา

History

การศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์และการทดลองแบบ pulse-chase ของ Palade ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ได้เปิดเผยวิถีการหลั่ง; ต่อมาการศึกษาพันธุศาสตร์ยีสต์ของ Schekman และชีวเคมีของ Rothman ได้กำหนดกลไกที่อนุรักษ์ไว้ของการแตกหน่อและการหลอมรวมของถุงเวสิเคิล และสมมติฐานสัญญาณ (signal hypothesis) ของ Blobel ได้อธิบายว่าโปรตีนถูกส่งเข้าสู่ระบบได้อย่างไร

Key figures

• George Palade
• James Rothman
• Randy Schekman
• Günter Blobel

Seminal works

• palade1975
• rothman1996

Frequently asked questions

วิถีการหลั่งคืออะไร?

เป็นเส้นทางที่โปรตีนที่สร้างขึ้นที่ร่างแหเอนโดพลาซึมเดินทางผ่านกอลจิคอมเพล็กซ์ในถุงเวสิเคิลขนส่ง เพื่อไปถึงผิวเซลล์ ช่องว่างนอกเซลล์ หรือออร์แกเนลล์อื่นๆ

โปรตีน SNARE มีไว้เพื่ออะไร?

โปรตีน SNARE บนถุงเวสิเคิลขนส่งและเยื่อหุ้มเป้าหมายจะจับคู่กันเพื่อนำเยื่อหุ้มทั้งสองมาอยู่ใกล้กันและขับเคลื่อนการหลอมรวมของพวกมัน ซึ่งเป็นการส่งเนื้อหาภายในถุงเวสิเคิล