De endosomer er membrankamrene som finnes inne i cellene eukaryoter . Det er en organell av membran transport endocytisk vei fra nettverket trans Golgi : vesikler av endocytose klamrer seg og smelter sammen for å frigjøre innholdet. Molekylene eller ligandene som er internalisert fra plasmamembranen (inneholdt i disse vesiklene) kan følge denne banen til lysosomene som skal nedbrytes, eller kan resirkuleres i plasmamembranen i den endocytiske syklusen. Molekylene transporteres også til endosomer fra trans-Golgi-nettverket og fortsetter enten til lysosomer eller resirkuleres til Golgi-apparatet.
Endosomer kan klassifiseres i tre kategorier: tidlig, sortert eller sent, avhengig av stadium av post-internalisering. Endosomer representerer et stort sorteringsrom i endomembransystemet i celler. I HeLa- celler er endosomer omtrent 500 nm i diameter ved modenhet.
Endocytosis vesicles dannes på overflaten av cellen. De har generelt en "proteinovertrekk" organisert i flere lag, idet det siste er dannet av en sammenstilling av klatrin triskels . Triskel-enheten danner et bur rundt den blæreformede vesikelen, som fjernes kort tid etter dannelsen ved bruk av stressproteinet Hsp70 . Makromolekylene som er internalisert i cellen av disse vesiklene, kan være reseptorer plassert på overflaten av cellen som har interagert med en ekstracellulær ligand .
Endosomer gir et miljø for sortering av materiale før det når lysosomet for nedbrytning. For eksempel blir lipoproteiner med lav tetthet (LDL) tatt opp i cellen ved binding til LDL-reseptoren på celleoverflaten. Når de første endosomene når, dissosierer LDL seg fra reseptoren, og reseptoren kan resirkuleres til celleoverflaten. LDL forblir i endosomet og transporteres til lysosomene for prosessering. LDL dissosierer på grunn av den svakt surgjort miljøet i tidlig endosomet, generert av en vacuolar membranprotonpumpe V-ATPase . På den annen side har EGF og EGF reseptor pH-resistent binding som vedvarer til den leveres til lysosomer for nedbrytning. Den mannose-6-fosfat -reseptoren transporter Golgi-ligander bestemt for lysosomet ved en lignende mekanisme.
Det er tre forskjellige typer endosomer: tidlige endosomer, sene endosomer og resirkulerende endosomer. De kjennetegnes av tiden det tar for endocytisk materiale å nå dem og av markører som Rabs . De har også en annen morfologi. Når endocytiske vesikler har individualisert seg, smelter de sammen med de tidlige endosomene. De tidlige endosomene blir deretter sene endosomer før de smelter sammen med lysosomene.
Tidlige endosomer utvikler seg på flere måter for å danne sene endosomer. De blir mer og mer sure, hovedsakelig på grunn av aktiviteten til V-ATPase. Mange resirkulerte molekyler fjernes ved konsentrasjon i de rørformede områdene av tidlige endosomer. Tapet av disse tubuli til resirkuleringsveiene betyr at sene endosomer mesteparten av tiden ikke har tubuli. De øker også i størrelse på grunn av den homotypiske fusjonen av tidlige endosomer i større vesikler. Molekylene blir også sortert i mindre vesikler som spretter fra perifer membran og inn i endosomets lumen og danner intraluminale vesikler (ILV); Dette fører til multivesikulært utseende av sene endosomer, og de er derfor også kjent som multivesikulære endosomer eller multivesikulære legemer (MVB). Fjerning av resirkuleringsmolekyler som transferrinreseptorer og mannose 6-fosfatreseptorer fortsetter i denne perioden, antagelig ved spiring av vesikler ut av endosomer. Endelig mister endosomer RAB5A og får RAB7A, noe som gjør dem i stand til å smelte sammen med lysosomer.
Det er blitt demonstrert at fusjonen av sene endosomer med lysosomer resulterer i dannelsen av et "hybrid" rom, hvis egenskaper er mellom de to kildedelen. Lysosomer reformeres ved rekondensering for å oppnå normal, høyere tetthet. Men før dette skjer, kan senere endosomer smelte sammen med hybrid.
Noen materialer resirkuleres i plasmamembranen direkte fra de tidlige endosomene, men de fleste føres gjennom resirkuleringsendosomene.
Tidlige endosomer består av et dynamisk rørformet-vesikulært nettverk (vesikler opptil 1 mikrometer i diameter med tilkoblede rør rundt 50 nm i diameter). Markørene inkluderer RAB5A og RAB4, transferrin og dets reseptor, og EEA1.
Sene endosomer, også kalt MVB, er overveiende sfæriske, blottet for tubuli og inneholder mange tettpakket intraluminal vesikler. Markørene inkluderer RAB7, RAB9 og mannose 6-fosfatreseptorer.
Resirkulering av endosomer er konsentrert i det mikrotubuli organisatoriske senteret og består av et overveiende rørformet nettverk. Deres karakteristiske markør er RAB11.
Andre undertyper finnes i spesialiserte celler som polariserte celler og makrofager .
De phagosomes de macropinosomes og autophagosomes modnes på samme måte som endosomer og kan kreve en fusjon med normal for deres modning endosomer. Noen intracellulære patogener forstyrrer denne prosessen, for eksempel ved å forhindre anskaffelse av RAB7.
Sene endosomer eller MVB er noen ganger referert til som endocytiske bærervesikler, men dette begrepet har blitt brukt for å beskrive vesiklene som spretter fra tidlige endosomer og smelter sammen med sene endosomer. Imidlertid har flere observasjoner (beskrevet ovenfor) siden vist at det er mer sannsynlig at transport mellom disse to avdelingene er ved en modningsprosess snarere enn ved vesikeltransport.
En annen unik identifikasjonskarakteristikk som er forskjellig mellom forskjellige klasser av endosomer, er lipidsammensetningen av membranene. Fosfatidylinositol fosfater (PIP), en av de mest viktige lipid signalmolekyler er kjennetegnet ved et tidlig og sen modning av endosomer. Den PI (4,5) P- 2 er til stede på plasmamembraner, PI (3) P på tidlige endosomer, den PI (3,5) P- 2 på slutten av endosomer og PI (4) P til nettverket trans-Golgi . Disse lipidene på overflaten av endosomer hjelper i den spesifikke rekrutteringen av cytosolproteiner , og gir dem identitet. Interkonvertering av disse lipidene er resultatet av den samordnede virkningen av fosfoinositid- kinaser og fosfataser som er strategisk lokalisert.
Det er tre hovedrom som har metabolske veier forbundet med endosomene. Andre veier finnes i spesialiserte celler, som melanocytter og polariserte celler. For eksempel, i epitelceller , tillater en spesiell prosess kalt transcytose at visse materialer kommer inn fra den ene siden av cellen og går ut fra motsatt side. I tillegg, under visse omstendigheter, smelter sene endosomer med plasmamembranen i stedet for lysosomer, og frigjør lette vesikler, nå kalt exosomer , i det ekstracellulære mediet.
Det er ingen enighet om den eksakte naturen til disse banene, og den sekvensielle kursen som tas av et gitt innhold i en gitt situasjon, vil gjerne være gjenstand for debatt.
Blærene sirkulerer mellom Golgi og endosomene i begge retninger. GGAer og AP-1 klatrinbelagte vesikkeladaptere produserer vesikler på Golgi-nivå som transporterer molekyler til endosomer. I motsatt retning produserer retromeren (proteinkompleks for resirkulering av transmembrane produkter) vesikler på nivået med de første endosomene som transporterer molekylene til Golgi. Noen studier beskriver en retrograd vei fra sene endosomer til Golgi som formidles av Rab9 og TIP47, men andre studier bestrider disse funnene. Molekyler som følger disse banene inkluderer mannose-6-fosfatreseptorer som transporterer lysosomale hydrolaser til den endocytiske banen. Hydrolaser frigjøres i det sure miljøet i endosomene, og reseptoren blir plukket opp på Golgi-nivå av retromere og Rab9.
Molekylene leveres fra plasmamembranen til de første endosomene i de endocytiske vesiklene. Molekyler kan internaliseres via reseptormediert endocytose i klatrinbelagte vesikler. Andre typer vesikler dannes også ved plasmamembranen for denne veien, spesielt de som bruker kaveolin . Vesikler transporterer også molekyler direkte til plasmamembranen, men mange molekyler transporteres i vesikler som først smelter sammen med resirkulering av endosomer. Molekylene som følger denne resirkuleringsveien er konsentrert i tubuli i de første endosomene. Molekyler som følger disse banene inkluderer reseptorer for LDL, vekstfaktor EGF og jerntransportørproteinet transferrin . Internalisering av disse reseptorene fra plasmamembranen skjer ved reseptormediert endocytose. LDL frigjøres i endosomene på grunn av lavere pH, og reseptoren resirkuleres til celleoverflaten. Den cholesterol transporteres i blodet i hovedsak LDL, og transport av LDL-reseptoren er hovedmekanismen ved hvilken kolesterol absorberes av cellene. EGF-reseptorer (EGFR) aktiveres når EGF binder seg til dem. Aktiverte reseptorer stimulerer deres egen internalisering og nedbrytning i lysosomer. EGF forblir bundet til EGFR når den er endocytosert til endosomer. Aktiverte EGFR stimulerer sin egen ubiquitinasjon , som leder dem til lysvesiklene (se nedenfor), og derfor blir de ikke resirkulert til plasmamembranen. Dette fjerner signaldelen av cytosolproteinet og forhindrer dermed fortsatt stimulering av vekst - i celler som ikke stimuleres av EGF, er EGFR ikke bundet til EGF og resirkuleres derfor bare hvis de når endosomer. Transferrin forblir også assosiert med reseptoren, men i det sure endosomet frigjøres jern fra transferrin, så kommer jernfritt transferrin (fortsatt bundet til transferrinreseptoren) tilbake fra det tidlige endosomet til celleoverflaten., Både direkte og gjennom resirkuleringsendosomene .
Transporten av sene endosomer til lysosomer er iboende ensrettet, ettersom et sent endosom "konsumeres" i fusjonsprosessen med et lysosom. Derfor vil de lumenløselige molekylene i endosomene ha en tendens til å havne i lysosomene, med mindre de på en eller annen måte blir gjenvunnet. De transmembranproteiner som kan leveres til den ytre membran eller lette lysosomer. Transmembranproteinene som er bestemt for lysosomets lumen, blir sortert i vesikler som spretter fra den perifere membranen til endosomene, en prosess som begynner i de første endosomene. Når endosomet har blitt et sent endosom / MVB og smelter sammen med et lysosom, føres vesiklene fra lumenet til lumenet i lysosomet. Proteiner er merket for denne veien ved tilsetning av ubiquitin . De endosomale sorteringskompleksene som er nødvendige for transport (ESCRT) gjenkjenner dette ubiquitinet og sorterer proteinet i lysblærene som dannes. Molekyler som følger disse banene inkluderer LDL og lysosomale hydrolaser levert av mannose-6-fosfatreseptorer. Disse løselige molekylene forblir i endosomene og leveres derfor til lysosomene. I tillegg er de transmembrane EGFRene som er koblet til EGF, merket med ubiquitin og blir derfor sortert i lette vesikler av ESCRT.