1. Общие принципы организации везикулярного транспорта

1.1. Понятие о везикулярном транспорте: определение, его роль в клетке и в организме в целом

В общем случае под везикулярным транспортом подразумевается перенос белков от одного внутриклеточного компартмента к другому с помощью мембранных везикул. Транспортируемые белки принято называть белками-грузами, или карго (англ. cargo). Однако это определение следует считать несколько упрощенным, поскольку, во-первых, взаимодействие белков с липидами, составляющими мембрану везикулы, делают последние полноправным «грузом». Во-вторых, не всегда перенос осуществляется именно везикулами, т. е. пузырьками; некоторые транспортные пути обслуживаются длинными тубулярными структурами.

Везикулярный транспорт является одним из базовых процессов, свойственных живым организмам. Его значение чрезвычайно велико и многообразно.

Во-первых, везикулярный транспорт в отдельной клетке «работает» на организм в целом, опосредуя такие физиологически значимые процессы, как стимулируемая секреция, фагоцитоз, передача сигналов, синаптическая передача, участие в иммунном ответе.

Во-вторых, без везикулярного транспорта невозможно существование и функционирование многих жизненно важных органелл (например, зрелые гидролитические ферменты транспортируются в лизосомы из аппарата Гольджи). Именно благодаря везикулярному транспорту эукариотическая клетка имеет характерный для нее набор и вид компартментов, поскольку механизмы везикулярного транспорта обеспечивают гомеостаз внутриклеточных органелл, поддерживая постоянный состав белков и липидов, характерных именно для данной органеллы и позволяющей ей выполнять определенную функцию (так называемые «резидентные молекулы»). Кроме того, везикулярный транспорт участвует в таких подчас неожиданных процессах, как быстрое закрытие разрывов мембран скелетных мышц при повреждении в результате больших физических нагрузок, формирование разделяющих мембран после деления клеток, перемещение клетки по субстрату.

Учитывая, что через многие органеллы идет постоянный поток белков-грузов (например, через аппарат Гольжи (АГ) проходят вновь синтезированные белки, подвергаясь ряду модификаций, или «созревая», там синтезируется ряд липидов, доставляемых впоследствии в разные пункты конечного назначения), для поддержания идентичности компартментов клетка должна «уметь» различать резидентные молекулы и молекулы-грузы, оставляя в составе мембраны первые и исключая вторые. Можно говорить о том, что в процессе везикулярного транспорта идет постоянная сортировка макромолекул, и существующие молекулярные механизмы регуляции этого процесса выполняют свою работу с высокой точностью. Более того, транспортные потоки «в» органеллу и «из» нее строго сбалансированы. Именно тонко регулируемый баланс этих потоков позволяет нам думать, что в клетке существуют стабильные компартменты. Ярким примером является действие токсина Брефельдина А, который блокирует транспорт из цис-Гольджи в эндоплазматический ретикулум (ЭПР), не влияя на транспорт из ЭПР в АГ. Уже через 5 мин после добавления Брефельдина мембраны аппарата Гольджи начинают тубулироваться и затем полностью смешиваются с мембранами ретикулума. АГ исчезает.