Bộ máy Golgi và Vận chuyển

Bộ máy Golgi là một chồng các túi màng dẹt (cisternae) nằm ở trung tâm của con đường bài tiết, tiếp nhận các protein và lipid mới được tạo ra từ lưới nội chất, biến đổi chúng và phân loại chúng đến các đích đến. Cùng với các túi và ống vận chuyển vật chất giữa các ngăn, nó tổ chức sự vận chuyển có định hướng để xây dựng và duy trì bề mặt tế bào, các bào quan nội màng và hệ protein được bài tiết.

Definition

Bộ máy Golgi là một chồng các túi màng (cisternae) có phân cực, xử lý, biến đổi và phân loại các protein và lipid đến từ lưới nội chất và gửi chúng, thông qua các túi vận chuyển, đến bề mặt tế bào, lysosome hoặc quay trở lại qua con đường bài tiết.

Scope

Mục này bao gồm tổ chức phân cực từ cis đến trans của chồng Golgi, quá trình glycosyl hóa và các quá trình xử lý sau dịch mã khác, phân loại tại mạng lưới trans-Golgi, và bộ máy vận chuyển túi – các protein bao (coat proteins), SNAREs và Rab GTPases – vận chuyển hàng hóa giữa các bào quan. Đây là một chủ đề tham khảo về sinh học tế bào và mô học, không phải hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Chồng Golgi được phân cực như thế nào và hàng hóa di chuyển từ mặt cis đến mặt trans của nó như thế nào?
• Các túi vận chuyển được hình thành, nhắm mục tiêu và hợp nhất với ngăn chính xác như thế nào?
• Các protein được glycosyl hóa và biến đổi như thế nào khi chúng đi qua Golgi?
• Mạng lưới trans-Golgi phân loại hàng hóa đến các đích đến khác nhau như thế nào?

Key concepts

• Các túi cis, medial và trans
• Mạng lưới trans-Golgi và phân loại hàng hóa
• Glycosyl hóa và biến đổi sau dịch mã
• Các protein bao (COPI, COPII, clathrin)
• Sự hợp nhất túi qua trung gian SNARE
• Rab GTPases và nhận dạng màng
• Vận chuyển xuôi chiều và ngược chiều

Key theories

Sự trưởng thành của túi (cisternal maturation) so với vận chuyển túi (vesicular transport)

Hai mô hình giải thích sự tiến triển của hàng hóa qua Golgi: các túi ổn định trao đổi hàng hóa bằng các túi, so với các túi tự trưởng thành từ cis đến trans trong khi các enzyme cư trú được tái chế ngược chiều; bằng chứng ủng hộ một thành phần trưởng thành đáng kể.

Mechanisms

Hàng hóa rời khỏi lưới nội chất được thu giữ vào các túi có lớp phủ COPII và được đưa đến mặt cis của Golgi; khi di chuyển về phía mặt trans, nó được glycosyl hóa và biến đổi bởi các enzyme đặc hiệu cho từng ngăn. Sự vận chuyển có định hướng giữa các ngăn được thực hiện bởi các protein bao (coat proteins) chọn lọc hàng hóa và tạo túi, bởi các Rab GTPases đánh dấu mỗi màng bằng một danh tính và tuyển dụng các yếu tố neo giữ (tethering factors), và bởi các protein SNARE trên các màng đối diện ghép cặp để thúc đẩy sự hợp nhất. Vận chuyển ngược chiều COPI trả lại các protein cư trú bị thoát ra và tái chế các thành phần. Tại mạng lưới trans-Golgi, hàng hóa được phân loại vào các túi vận chuyển riêng biệt đến màng plasma, hệ thống nội lysosome, hoặc các hạt bài tiết, trong khi các con đường tái chế nội bào trả lại màng và các thụ thể về bề mặt.

Clinical relevance

Các khiếm khuyết trong quá trình glycosyl hóa Golgi và trong bộ máy vận chuyển là nguyên nhân của các rối loạn glycosyl hóa bẩm sinh và các bệnh sinh học tế bào khác, và nhiều mầm bệnh và độc tố khai thác các con đường bài tiết và ngược chiều. Mục này mô tả các cơ chế vận chuyển bình thường liên quan và không phải là cơ sở cho các quyết định chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

History

Bào quan này được Camillo Golgi xác định vào năm 1898 bằng phương pháp nhuộm bạc và đã được tranh luận trong một thời gian dài cho đến khi kính hiển vi điện tử xác nhận sự tồn tại của nó. Palade và Farquhar đã xác định vị trí của nó trong con đường bài tiết, và bộ máy phân tử của sự nảy chồi và hợp nhất túi được xác định thông qua công trình di truyền và sinh hóa của Schekman và Rothman, được công nhận bởi Giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học năm 2013.

Debates

Hàng hóa di chuyển qua chồng Golgi như thế nào?

Việc các túi là các ngăn ổn định trao đổi hàng hóa bằng vận chuyển túi hay tự chúng trưởng thành từ cis đến trans vẫn là một câu hỏi then chốt; bằng chứng hiện tại ủng hộ vai trò chính của sự trưởng thành của túi với việc tái chế ngược chiều các enzyme cư trú.

Key figures

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

Seminal works

• rothman1994
• emr2009

Frequently asked questions

Bộ máy Golgi làm gì?

Nó tiếp nhận các protein và lipid từ lưới nội chất, biến đổi hóa học chúng – đặc biệt là bằng glycosyl hóa – và phân loại chúng ở mặt trans của nó vào các túi vận chuyển đến bề mặt tế bào, lysosome hoặc các hạt bài tiết.

Các túi vận chuyển biết đi đâu bằng cách nào?

Các protein bao (coat proteins) chọn lọc hàng hóa và tạo túi, các Rab GTPases cung cấp cho mỗi màng một danh tính phân tử và tuyển dụng các yếu tố neo giữ (tethers), và các protein SNARE phù hợp trên hai màng ghép cặp để thúc đẩy sự hợp nhất đặc hiệu với ngăn đích chính xác.