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.
Mehanizam
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
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
- mjehurića
- lizosomska sekrecija
- oslobađanje putem egzosoma koji potiču iz multivezikulskih tijela
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
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.
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)
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.
Sistem sekrecije tipa II (T2SS)
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)
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)
| T4SS | |
|---|---|
 Sekrecijski sistem tipa IV | |
| Identifikatori | |
| Simbol | T4SS |
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
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
Kao što je prikazano na gornjoj slici, TraC se posebno sastoji od snopa s tri spirale i labavog globulastog dodatka.[13]
Interakcije
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)
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)
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
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]
Kod nekih vrsta rodova Staphylococcus i Streptococcus, pomoćni sekrecijski sistem upravlja eksportom visoko repetitivnih adhezijskih glikoproteina.
- Bakterijski efektorski protein
- Mjehurići vanjske bakterijske membrane
- Sučelje domaćin-patogen
- Promet membranskih vezikula
- Sekretomika
- Sekrecijski proteini
- Status sekrotara
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
