Wie verlagern Zellen Transmembranproteine ​​von einer Seite der Zelle zur anderen? Ist es möglich?

Der Abbau und Zusammenbau von Proteinen ist ein allgegenwärtiger Prozess innerhalb von Zellen, und ja, das ist teuer, aber der Transport ist auch teuer, und das Recycling hat den zusätzlichen Vorteil, dass es mit falsch gefalteten oder anderweitig beschädigten Proteinen umgeht und Transkription und Translation ermöglicht regulieren den gesamten Proteinspiegel. Die Überprüfung von Toyoma & Hetzer aus dem Jahr 2013 (siehe Referenzen unten) zitiert Schätzungen der mittleren Proteinhalbwertszeit in einer sich nicht teilenden Säugetierzelle von etwa 43 Stunden, obwohl sie einige Ausnahmen diskutieren, die viel länger dauern.

Es ist jedoch möglich, Transmembranproteine ​​über Vesikel zu verlagern.

Im Wesentlichen auf die gleiche Weise, wie Proteine ​​​​zuerst in die Plasmamembran gebracht werden, aber umgekehrt. Endozytose wird oft als ein Weg gelehrt, bei dem Zellen (oft werden Makrophagen als Beispiel verwendet) Materialien aus der Außenwelt aufnehmen, aber sie ist genauso anwendbar auf die Internalisierung von Membranbrocken. Die Natur hat einen ganzen „Web-Fokus“ auf Entozytose-Überprüfungen.

Eine Situation, in der dies geschieht, ist die synaptische Plastizität; Rezeptoren können internalisiert oder zur Membran transportiert werden, um die Potenz dieser Synapse zu verringern bzw. zu erhöhen (siehe Carroll et al., 2001), aber ähnliche Prozesse finden überall statt (und einige Proteine ​​wechseln ständig hin und her; siehe Trowbridge et al . 1993 für einen allgemeineren Überblick, wenn auch etwas veraltet).

Zu Ihrer speziellen Frage kenne ich jedoch keine Beispiele, bei denen Transmembranproteine ​​​​buchstäblich von einer Seite des Zytosols zur anderen gefahren werden. Es mag Beispiele geben, die mir nicht bekannt sind, aber ich verstehe, dass es typischer ist, an einen "Speicher" bestimmter Proteine ​​​​in Endosomen zu denken, von denen sie zur Membran transportiert und über Exozytose wieder eingefügt werden können. Wahrscheinlich werden einige von einem Ort zum anderen transportiert, aber nicht so sehr schrittweise.

Toyama, BH, & Hetzer, MW (2013). Protein-Homöostase: lebe lange, gedeihe nicht. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 14(1), 55.

Carroll, RC, Beattie, EC, von Zastrow, M., & Malenka, RC (2001). Rolle der AMPA-Rezeptor-Endozytose bei der synaptischen Plastizität. Nature Reviews Neuroscience, 2(5), 315.

Trowbridge, IS, Collawn, JF, & Hopkins, CR (1993). Signalabhängiger Transport von Membranproteinen im Endozytoseweg. Annual Review of Cell Biology, 9(1), 129-161.

Transmembranproteine ​​können sich seitlich durch die Plasmamembran bewegen (siehe Flüssigkeitsmosaikmodell ) und diese Bewegung kann aktiv entlang des Zytoskeletts gelenkt werden . Das folgende Papier ist das hervorstechendste Beispiel, das ich für Transmembranproteine ​​gefunden habe, die sich von einer Seite der Zelle zur anderen bewegen:

Moss WC, Irvine DJ, Davis MM, Krummel MF. 2002. Quantifizierung der signalinduzierten Neuorientierung von T-Zellrezeptoren während der immunologischen Synapsenbildung. PNAS 99(23):15024-15029.

Die produktive T-Zell-Erkennung von Antigen-präsentierenden Zellen (APCs) wird normalerweise von der Bildung eines Zell-Zell-Kontakts begleitet, der als „immunologische Synapse“ bezeichnet wird. ... T-Zell-Rezeptoren werden innerhalb der ersten Minute nach Beginn der Aktivierung in großen Mengen rekrutiert ...

Die folgende Abbildung, angepasst an die Veröffentlichung, zeigt die zeitliche Bewegung von GFP (d. h. fluoreszierend) markiertem CD3 , das Teil des transmembranen T-Zell-Rezeptorkomplexes ist, während der Synapsenbildung mit einer APC:

Die Zeit wird in Minuten angegeben und beim ersten Kontakt zwischen den beiden Zellen auf Null gesetzt. Ich habe einen roten Punkt auf die T-Zelle und einen blauen auf die APC in den DIC- Bildern (linke Fenster) gesetzt; hoffentlich erweist sich das als eher informativ als nervig. Die rechten Fenster zeigen die GFP-Fluoreszenz und damit die CD3-Lokalisierung. Im Laufe der Zeit wird CD3 von einem Teil der Membran zu einem anderen (der Synapse) relokalisiert. In den Zusatzinformationen des Artikels befindet sich angeblich ein Video dazu, das ich aber nicht öffnen konnte.

Die Geschwindigkeit und Richtung der Bewegung impliziert, dass eher ein aktiver Prozess als eine einfache Diffusion stattfindet. Sie fanden jedoch nicht den eigentlichen Bewegungsmechanismus und ich habe bei einer kurzen Suche keine Folgearbeiten gefunden (obwohl viele nachfolgende Arbeiten das Zytoskelett in diese Bewegung verwickeln). Nur um zu zeigen, dass die Bewegung von Transmembranproteinen tatsächlich aktiv durch das Zytoskelett gesteuert werden kann, verweise ich Sie auf dieses Papier:

Grabham PW, Foley M, Umeojiako A, Goldberg DJ. 2000. Nervenwachstumsfaktor stimuliert die Kopplung von Beta1-Integrin an verschiedene Transportmechanismen in den Filopodien von Wachstumskegeln. J Cell Sci 113: 3003–3012.

Sie zeigen, dass membrandurchspannende Integrine durch Myosin- Motorproteine ​​entlang Aktinfilamenten des Zytoskeletts bewegt werden. Erwartungsgemäß leistet der Abstract gute Arbeit bei der Zusammenfassung der Arbeit:

Der Kreislauf von Membranrezeptoren für substratgebundene Proteine ​​über ihre Wechselwirkung mit dem Aktinzytoskelett an der Vorderkante von Wachstumskegeln und anderen beweglichen Zellen ist wichtig für das Neuritenwachstum und die Zellmigration. Der an die Vorderkante gelieferte Rezeptor bindet an seinen Liganden, was die Kopplung des Rezeptors an ein nach hinten fließendes Netzwerk von Aktinfilamenten induziert. Es wird angenommen, dass diese Kopplung den Fortschritt erleichtert ... [T] Transport war von einem intakten Aktin-Zytoskelett und einer Myosin-ATPase abhängig ...