Lučenje

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu

Lučenje, uobičajeno i sekrecija, je kretanje materijala od jedne tačke do druge, kao što je izlučena hemijska supstanca iz ćelija ili žlijezda. Nasuprot tome, izlučivanje je uklanjanje određenih supstanci ili otpadnih proizvoda iz ćelija ili organizma. Klasični mehanizam ćelijske sekrecije je preko sekretornih portala na plazmamembrani zvanih porosomi.[1] Porosomi su trajne čašaste lipoproteinske strukture ugrađene u ćelijsku membranu, gdje se sekrecijske vezikule prolazno vežu i spajaju kako bi oslobodili unutarvezikulski sadržaj iz ćelije.

Lučenje kod bakterijskih vrsta znači transport ili translokaciju efektorskih molekula, narimjer: proteina, enzima ili toksina (kao što je toksin kolere u patogenim bakterijama npr. Vibrio cholerae) iz unutrašnjosti (citoplazma ili citosol) bakterijske ćelije do njene spoljašnjosti. Sekrecija je vrlo važan mehanizam u funkcionisanju i radu bakterija u njihovom prirodnom okruženju za adaptaciju i preživljavanje.

U eukariotskim ćelijama[uredi | uredi izvor]

Porosom

Mehanizam[uredi | uredi izvor]

Eukariotske ćelije, uključujući ljudske ćelije, imaju visoko evoluiran proces sekrecije. Proteini ze lučenje ciljano se sintetiziraju pomoću ribosoma spojenih na grubom endoplazmatskom retikulumu (ER). Kako se sintetiziraju, ovi proteini se translociraju u ER lumen, gdje se glikoziliraju i gdje molekulski šaperoni pomažu savijanje proteina. Pogrešno savijeni proteini se obično identifikuju ovdje i retrotranslociraju degradacijom povezanom sa ER u citosolu, gdje ih razgrađuju proteasomi. Vezikule koje sadrže pravilno presavijene proteine zatim ulaze u Golgijev aparat.

U Golgijevom aparatu, glikozilacija proteina je modifikovana i mogu se desiti dalje posttranslacijske modifikacije, uključujući cijepanje i funkcionalizaciju. Proteini se zatim pomiču u sekrecijske vezikule koje putuju duž citoskeleta do ruba ćelije. U sekrecijskim vezikulama može doći do više modifikacija (naprimjer, u sekrecijskim vezikulama insulin se odvaja od proinsulina).

Na kraju dolazi do fuzija vezikula sa ćelijskom membranom u porosomima, procesom zvanim egzocitoza, izbacujući njegov sadržaj iz okoline ćelije.[2]

Stroga biohemijska kontrola održava se nad ovom sekvencom, upotrebom gradijenta pH: pH citosola je 7,4, pH ER je 7,0, a cis-Golgi ima pH 6,5. Sekrecijske vezikule imaju pH u rasponu između 5,0 i 6,0; neke sekrecijske vezikule evoluiraju u lizosome, koji imaju pH 4,8.

Neklasična sekrecija[uredi | uredi izvor]

Postoje mnogi proteini poput FGF1 (aFGF), FGF2 (bFGF), interleukin-1 (IL1) itd. koji nemaju signalnu sekvencu. Oni ne koriste klasični ER-Golgijev put. Luče različitim neklasičnim putevima.

Opisana su najmanje četiri neklasična (nekonvencijska) puta sekrecije proteina.[3] Uključuju:

  • direktna translokacija proteina kroz plazmamembranu vjerovatno preko membranskog transporta proteina

Osim toga, proteini se mogu osloboditi iz ćelija mehaničkim ili fiziološkim ranjavanjem [4] i putem neletalne, prolazne onkotske pore u plazmamembrani izazvane pranjem ćelija medijem bez seruma ili puferima.[5]

U ljudskim tkivima[uredi | uredi izvor]

Mnogi tipovi ljudskih ćelija imaju sposobnost da budu sekretorne ćelije. Imaju dobro razvijen endoplazmatski retikulum i Golgijev aparat za ispunjavanje ove funkcije. Tkiva koja proizvode sekret uključuju gastrointestinalni trakt koji luči probavne enzime i želučanu kiselinu, pluća koja luče surfaktant i lojnih žlijezda koje luče sebum za podmazivanje kože i kose. Meibomske žlijezde u očnim kapcima luče meibum za podmazivanje i zaštitu očiju.

Kod gram-negativnih bakterija[uredi | uredi izvor]

Sekret nije svojstven samo eukariotima – prisutan je i u bakterijama i arhejama. Tipovi transportera zvani ATP-vezujuća kaseta (ABC) su zajednički za tri domena života. Neki lučeni proteini se translociraju kroz citoplazmatsku membranu pomoću SecYEG translokona, jednog od dva sistema translokacije, koji zahtijeva prisustvo N-terminalnog signalnog peptida na izlučenom proteinu. Drugi se translociraju preko citoplazmatske membrane putem translokacije blizanaca (Tat). Gram-negativne bakterije imaju dvije membrane, što čini sekreciju topološki složenijom. Postoji najmanje šest specijalizovanih sistema sekrecije kod gram-negativnih bakterija. Mnogi izlučeni proteini su posebno važni u patogenezi bakterija.[6]

Tipovi sekrecujskih sistema (T1SS ili TOSS)[uredi | uredi izvor]

T1SS.svg

Sekrecija tipa I je sistem lučenja ovisan o šaperonu koji koristi klastere gena Hly i Tol. Proces počinje kada HlyA prepozna vodeću sekvencu na proteinu koji se luči i veže HlyB na membrani. Ova sekvenca signala je izuzetno specifična za ABC transporter. HlyAB kompleks stimulira HlyD koji počinje da se odmotava i stiže do vanjske membrane gdje TolC prepoznaje terminalnu molekulu ili signal na HlyD. HlyD regrutuje TolC u unutrašnju membranu, a HlyA se izlučuje izvan vanjske membrane preko dugog tunelskog proteinskog kanala.

Sistem sekrecije tipa I prenosi različite molekule, od iona, lijekova, do proteina različitih veličina (20 – 900 kDa). Sekretirane molekule variraju u veličini od malog peptidnog kolicina V u Escherichia coli, (10 kDa) do Pseudomonas fluorescens ćelijskog adhezionog proteina LapA od 520 kDa.[7] Najbolje okarakterisani su RTX toksin i lipaze. Sekrecija tipa I također je uključena u izvoz neproteinskih supstrata poput cikličnih β-glukana i polisaharida.

T2SS.svg

Sistem sekrecije tipa II (T2SS)[uredi | uredi izvor]

Proteini koji se luče kroz sistem tipa II ili glavnu terminalnu granu općeg sekretornog puta, zavise od Sec ili Tat sistema za početni transport u periplazmu. Tamo prolaze kroz vanjsku membranu preko multimernog (12-14 podjedinica) kompleksa proteina sekretina koji formiraju pore. Pored proteina sekretina, 10–15 drugih proteina unutrašnje i vanjske membrane čine kompletan aparat za izlučivanje, od kojih mnogi imaju još nepoznatu funkciju. Gram-negativni pilusi tip IV koriste modificiranu verziju sistema tipa II za svoju biogenezu, a u nekim slučajevima određeni proteini dijele se između kompleksa pilusa i sistema tipa II unutar jedne bakterijske vrste .

Sistem sekrecije tipa III (T3SS ili TTSS)[uredi | uredi izvor]

T3SS.svg

Homologan je baznom tijelu u bakterijskim flagelama. To je poput molekulske šprice kroz koju prolazi bakterija (npr. određene vrste Salmonella, Shigella, Yersinia, Vibrio ) koja može ubrizgati proteine u eukariotske ćelije. Niska koncentracija Ca2+ u citosolu otvara ulaz koji reguliše T3SS. Jedan takav mehanizam za otkrivanje niske koncentracije kalcija ilustrovan je antigenom lcrV (Low Calcium Response) u Yersinia pestis, koji se koristi za otkrivanje niske koncentracije kalcija i izaziva vezivanje T3SS. Hrp sistem u biljnim patogenima ubrizgava harpine i proteine efektora patogena kroz slične mehanizme u biljke. Ovaj sistem sekrecije je prvi put otkriven u Yersinia pestis i pokazao je da se toksini mogu ubrizgati direktno iz bakterijske citoplazme u citoplazmu ćelija domaćina, a ne da se jednostavno izluče u vanćelijski medij.[8]

Sistem sekrecije tipa IV (T4SS ili TFSS)[uredi | uredi izvor]

T4SS
T4SS.svg
Sekrecijski sistem tipa IV
Identifikatori
SimbolT4SS

Homologan je sa konjugacijskim mehanizmima bakterija, konjugacijskih pilusa. Sposoban je za transport DNK i proteina. Otkriven je u Agrobacterium tumefaciens, koji koristi ovaj sistem za uvođenje T-DNK dijela Ti-plazmida u biljku domaćina, što zauzvrat uzrokuje da se zahvaćeno područje razvije u krunsku žuč (tumor). Helicobacter pylori koristi sistem sekrecije tipa IV za isporuku CagA u epitelne ćelije želuca, što je povezano sa karcinogenezom želuca.[9] Bordetella pertussis, uzročnik velikog kašlja, izlučuje pertussis toksin dijelom kroz sistem tipa IV. Legionella pneumophila, uzročnik legioneloze (legionarska bolest) koristi sistem sekrecije tipa IVB, poznat kao icm/tačka ('intra cellular m'ultiplikacija / defekta u sistemu organelskih trafficking genes), za translociranje brojnih proteinskih efektora u svog eukariotskog domaćina.[10] Prototipski sistem sekrecije tipa IVA je VirB kompleks Agrobacterium tumefaciens.[11]

Proteinski članovi ove porodice su komponente sistema sekrecije tipa IV. Oni posreduju unutarćelijski prenos makromolekula preko mehanizma koji je od predaka povezan sa mehanizmima bakterijske konjugacije.[12][13]

Funkcija[uredi | uredi izvor]

Ukratko, sistem sekrecije tipa IV (T4SS) je opći mehanizam kojim bakterijske ćelije luče ili preuzimaju makromolekule. Njihov precizan mehanizam ostaje nepoznat. T4SS je kodiran na Gram-negativne konjugativne elemente u bakterija. T4SS su kompleksi koji pokrivaju ćelijsku membranu ili drugim riječima 11–13 jedarnih proteina koji formiraju kanal kroz koji DNK i proteini mogu da putuju od citoplazme ćelije donora do citoplazme ćelije primatelja. Pored toga, T4SS također luči proteine faktora virulencije direktno u ćelije domaćina, kao i preuzima DNK iz medija tokom prirodne transformacije, što pokazuje svestranost ovog aparata za makromolekulsku sekreciju.[14]

Struktura[uredi | uredi izvor]

Kao što je prikazano na gornjoj slici, TraC se posebno sastoji od snopa s tri spirale i labavog globulastog dodatka.[13]

Interakcije[uredi | uredi izvor]

T4SS ima dva efektorska proteina: prvo, ATS-1, što je skraćenica za supstrat 1 translocirana anaplazma, i drugo AnkA, što je skraćenica za protein A koji sadrži domen ponavljanja ankirina. Dodatno, T4SS spojni proteini su VirD4, koji se vezuju za VirE2.[15]

Sistem sekrecije tipa V (T5SS)[uredi | uredi izvor]

T5SS.svg

Naziva se i autotransporterski sistem,[16] sekrecija tipa V uključuje korištenje Sec sistema za prolazak kroz unutrašnju membranu. Proteini koji koriste ovaj put imaju sposobnost da formiraju beta-cijev sa svojim C-terminalom koji se ubacuje u vanjsku membranu, omogućavajući ostatku peptida (domen putnika) da stigne do vanjske strane ćelije. Često se autotransporteri cijepaju, ostavljajući domen beta cijevi u vanjskoj membrani i oslobađajući domen putnika. Neki istraživači vjeruju da su ostaci autotransportera doveli do nastanka porina koji formiraju slične strukture beta-barela. Uobičajeni primjer autotransportera koji koristi ovaj sistem lučenja je trimerni autotransporterski adhezin.[17]

Sistem sekrecije tipa VI (T6SS)[uredi | uredi izvor]

Sistem sekrecije tipa VI prvobitno je identifikovala grupa Johna Mekalanosa, 2006., na Harvard Medical School (Boston, SAD) u dva bakterijska patogena, Vibrio cholerae i Pseudomonas aeruginosa.[18][19] Identifikovani su kada su mutacije u genima Hcp i VrgG u Vibrio cholerae dovele do smanjene virulencije i patogenosti. Od tada, sistemi lučenja tipa VI pronađeni su u četvrtini svih proteobakterijskih genoma, uključujući životinjske, biljne, ljudske patogene, kao i bakterije u tlu, okolišu ili moru.[20][21] Dok se većina ranih studija sekrecije tipa VI fokusirala na njegovu ulogu u patogenezi viših organizama, novije studije sugerirale su širu fiziološku ulogu u odbrani od jednostavnih eukariotskih predatora i njenu ulogu u međubakterijskim interakcijama.[22][23] Klasteri gena sistema sekrecije tipa VI sadrže od 15 do više od 20 gena, od kojih su dva, Hcp i VgrG, pokazali da su skoro univerzalno lučeni supstrati sistema. Strukturna analiza ovih i drugih proteina u ovom sistemu zapanjujuće liči na repni šiljak T4-faga, a smatra se da aktivnost sistema funkcionalno podseća na infekciju fagom.[24]

Oslobađanje vanjske vezikulske membrane[uredi | uredi izvor]

Pored upotrebe višeproteinskih kompleksa navedenih gore, Gram-negativne bakterije imsaju još jedan način oslobađanja materijala: stvaranje bakterijskih vezikula vanjske membrane.[25] Dijelovi vanjske membrane se odvajaju, formirajući nano-sferne strukture napravljene od lipidnog dvosloja bogatog lipopolisaharidima koji pokrivaju periplazmatske materijale i koriste se za promet membranskih vezikula za manipulaciju okolinom ili invaziju na interfejs domaćin-patogen. Utvrđeno je da vezikule brojnih bakterijskih vrsta sadrže faktore virulencije, a neke imaju imunomodulacijsko djelovanje, a neke mogu direktno prianjati i opijati ćelije domaćina. Oslobađanje vezikula je pokazano kao opći odgovor na stresne uvjete, čini se da je proces punjenja proteinskog tereta selektivan.[26]

Sekrecija kod Gram-pozitivnih bakterija[uredi | uredi izvor]

Kod nekih vrsta rodova Staphylococcus i Streptococcus, pomoćni sekrecijski sistem upravlja eksportom visoko repetitivnih adhezijskih glikoproteina.

Također pogledajte[uredi | uredi izvor]

Reference[uredi | uredi izvor]

[27]

  1. ^ Lee JS, Jeremic A, Shin L, Cho WJ, Chen X, Jena BP (July 2012). "Neuronal porosome proteome: Molecular dynamics and architecture". Journal of Proteomics. 75 (13): 3952–62. doi:10.1016/j.jprot.2012.05.017. PMC 4580231. PMID 22659300.
  2. ^ Anderson LL (2006). "Discovery of the 'porosome'; the universal secretory machinery in cells". Journal of Cellular and Molecular Medicine. 10 (1): 126–31. doi:10.1111/j.1582-4934.2006.tb00294.x. PMC 3933105. PMID 16563225.
  3. ^ Nickel W, Seedorf M (2008). "Unconventional mechanisms of protein transport to the cell surface of eukaryotic cells". Annual Review of Cell and Developmental Biology. 24: 287–308. doi:10.1146/annurev.cellbio.24.110707.175320. PMID 18590485.
  4. ^ McNeil PL, Steinhardt RA (2003). "Plasma membrane disruption: repair, prevention, adaptation". Annual Review of Cell and Developmental Biology. 19: 697–731. doi:10.1146/annurev.cellbio.19.111301.140101. PMID 14570587.
  5. ^ Chirico WJ (October 2011). "Protein release through nonlethal oncotic pores as an alternative nonclassical secretory pathway". BMC Cell Biology. 12: 46. doi:10.1186/1471-2121-12-46. PMC 3217904. PMID 22008609.
  6. ^ Wooldridge, K, ured. (2009). Bacterial Secreted Proteins: Secretory Mechanisms and Role in Pathogenesis. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-42-4.[potrebna stranica]
  7. ^ Boyd CD, Smith TJ, El-Kirat-Chatel S, Newell PD, Dufrêne YF, O'Toole GA (August 2014). "Structural features of the Pseudomonas fluorescens biofilm adhesin LapA required for LapG-dependent cleavage, biofilm formation, and cell surface localization". Journal of Bacteriology. 196 (15): 2775–88. doi:10.1128/JB.01629-14. PMC 4135675. PMID 24837291.
  8. ^ Salyers. , A. A. & Whitt, D. D. (2002). Bakterijska patogeneza: molekularni pristup, 2. izdanje, Washington, D.C.: ASM Press. ISBN 1-55581-171-X
  9. ^ Hatakeyama M, Higashi H (December 2005). "Helicobacter pylori CagA: a new paradigm for bacterial carcinogenesis". Cancer Science. 96 (12): 835–43. doi:10.1111/j.1349-7006.2005.00130.x. PMID 16367902. S2CID 5721063.
  10. ^ Cascales E, Christie PJ (November 2003). "The versatile bacterial type IV secretion systems". Nature Reviews. Microbiology. 1 (2): 137–49. doi:10.1038/nrmicro753. PMC 3873781. PMID 15035043.
  11. ^ Christie PJ, Atmakuri K, Krishnamoorthy V, Jakubowski S, Cascales E (2005). "Biogenesis, architecture, and function of bacterial type IV secretion systems". Annual Review of Microbiology. 59: 451–85. doi:10.1146/annurev.micro.58.030603.123630. PMC 3872966. PMID 16153176.
  12. ^ Christie PJ (November 2004). "Type IV secretion: the Agrobacterium VirB/D4 and related conjugation systems". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research. 1694 (1–3): 219–34. doi:10.1016/j.bbamcr.2004.02.013. PMC 4845649. PMID 15546668.
  13. ^ a b Yeo HJ, Yuan Q, Beck MR, Baron C, Waksman G (December 2003). "Structural and functional characterization of the VirB5 protein from the type IV secretion system encoded by the conjugative plasmid pKM101". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (26): 15947–52. Bibcode:2003PNAS..10015947Y. doi:10.1073/pnas.2535211100. JSTOR 3149111. PMC 307673. PMID 14673074.
  14. ^ Lawley TD, Klimke WA, Gubbins MJ, Frost LS (July 2003). "F factor conjugation is a true type IV secretion system". FEMS Microbiology Letters. 224 (1): 1–15. doi:10.1016/S0378-1097(03)00430-0. PMID 12855161.
  15. ^ Rikihisa Y, Lin M, Niu H (September 2010). "Type IV secretion in the obligatory intracellular bacterium Anaplasma phagocytophilum". Cellular Microbiology. 12 (9): 1213–21. doi:10.1111/j.1462-5822.2010.01500.x. PMC 3598623. PMID 20670295.
  16. ^ Thanassi DG, Stathopoulos C, Karkal A, Li H (2005). "Protein secretion in the absence of ATP: the autotransporter, two-partner secretion and chaperone/usher pathways of gram-negative bacteria (review)". Molecular Membrane Biology. 22 (1–2): 63–72. doi:10.1080/09687860500063290. PMID 16092525. S2CID 2708575.
  17. ^ Gerlach RG, Hensel M (October 2007). "Protein secretion systems and adhesins: the molecular armory of Gram-negative pathogens". International Journal of Medical Microbiology. 297 (6): 401–15. doi:10.1016/j.ijmm.2007.03.017. PMID 17482513.
  18. ^ Pukatzki S, Ma AT, Sturtevant D, Krastins B, Sarracino D, Nelson WC, Heidelberg JF, Mekalanos JJ (January 2006). "Identification of a conserved bacterial protein secretion system in Vibrio cholerae using the Dictyostelium host model system". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (5): 1528–33. Bibcode:2006PNAS..103.1528P. doi:10.1073/pnas.0510322103. JSTOR 30048406. PMC 1345711. PMID 16432199.
  19. ^ Mougous JD, Cuff ME, Raunser S, Shen A, Zhou M, Gifford CA, Goodman AL, Joachimiak G, Ordoñez CL, Lory S, Walz T, Joachimiak A, Mekalanos JJ (June 2006). "A virulence locus of Pseudomonas aeruginosa encodes a protein secretion apparatus". Science. 312 (5779): 1526–30. Bibcode:2006Sci...312.1526M. doi:10.1126/science.1128393. PMC 2800167. PMID 16763151.
  20. ^ Bingle LE, Bailey CM, Pallen MJ (February 2008). "Type VI secretion: a beginner's guide" (PDF). Current Opinion in Microbiology. 11 (1): 3–8. doi:10.1016/j.mib.2008.01.006. PMID 18289922.
  21. ^ Cascales E (August 2008). "The type VI secretion toolkit". EMBO Reports. 9 (8): 735–41. doi:10.1038/embor.2008.131. PMC 2515208. PMID 18617888.
  22. ^ Schwarz S, Hood RD, Mougous JD (December 2010). "What is type VI secretion doing in all those bugs?". Trends in Microbiology. 18 (12): 531–7. doi:10.1016/j.tim.2010.09.001. PMC 2991376. PMID 20961764.
  23. ^ Coulthurst SJ (2013). "The Type VI secretion system - a widespread and versatile cell targeting system". Research in Microbiology. 164 (6): 640–54. doi:10.1016/j.resmic.2013.03.017. PMID 23542428.
  24. ^ Silverman JM, Brunet YR, Cascales E, Mougous JD (2012). "Structure and regulation of the type VI secretion system". Annual Review of Microbiology. 66: 453–72. doi:10.1146/annurev-micro-121809-151619. PMC 3595004. PMID 22746332.
  25. ^ Kuehn MJ, Kesty NC (November 2005). "Bacterial outer membrane vesicles and the host-pathogen interaction". Genes & Development. 19 (22): 2645–55. doi:10.1101/gad.1299905. PMID 16291643.
  26. ^ McBroom AJ, Kuehn MJ (January 2007). "Release of outer membrane vesicles by Gram-negative bacteria is a novel envelope stress response". Molecular Microbiology. 63 (2): 545–58. doi:10.1111/j.1365-2958.2006.05522.x. PMC 1868505. PMID 17163978.
  27. ^ Z. Esna Ashari, N. Dasgupta, K. Brayton & S. Broschat, “An optimal set of features for predicting type IV secretion system effector proteins for a subset of species based on a multi-level feature selection approach”, PLOS ONE Journal, 2018, 13, e0197041. (doi.org/10.1371/journal.pone.0197041.)

Dopunska literatura[uredi | uredi izvor]

Vanjski linkovi[uredi | uredi izvor]

Šablon:Biology-footer