Как клетки перемещают трансмембранные белки с одной стороны клетки на другую? Является ли это возможным?

Расщепление и повторная сборка белков — повсеместный процесс в клетках, и да, это дорого, но и транспорт тоже дорог, а рециркуляция имеет дополнительное преимущество, заключающееся в работе с белками, которые неправильно свернуты или иным образом повреждены, а также позволяет транскрипцию и трансляцию в клетки. регулировать общий уровень белка. В обзоре Toyoma & Hetzer 2013 (см. ссылки ниже) приводится оценка среднего периода полураспада белка в неделящейся клетке млекопитающего, которая составляет около 43 часов, хотя в них обсуждаются некоторые исключения, которые действительно длятся намного дольше.

Однако возможно перемещение трансмембранных белков через везикулы.

По сути, таким же образом белки помещаются в плазматическую мембрану в первую очередь, но в обратном порядке. Эндоцитоз часто рассматривается как способ, с помощью которого клетки (часто в качестве примера используются макрофаги) поглощают материалы из внешнего мира, но он в равной степени применим и к интернализации фрагментов мембраны. У природы есть целый «сетевой фокус» на обзорах энтоцитоза.

Одна из ситуаций, когда это происходит, связана с синаптической пластичностью; рецепторы могут быть интернализованы или перенесены на мембрану для уменьшения или увеличения активности этого синапса, соответственно (см. Carroll et al., 2001), но аналогичные процессы происходят повсюду (и некоторые белки постоянно циклируются туда-сюда; см. Trowbridge et al. , 1993 г. для более общего обзора, хотя и немного устаревшего).

Однако, что касается вашего конкретного вопроса, я не знаю конкретных примеров, когда трансмембранные белки буквально циклически перемещаются с одной стороны цитозоля на другую. Могут быть примеры, о которых я не знаю, но я понимаю, что более типично думать о «хранилище» определенных белков в эндосомах, откуда они могут быть доставлены в мембрану и повторно вставлены посредством экзоцитоза. Вероятно, некоторые будут перемещены из одного места в другое, но не поэтапно.

Тояма, Б.Х., и Хетцер, М.В. (2013). Белковый гомеостаз: живи долго, не будешь процветать. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 14 (1), 55.

Кэрролл, Р.С., Битти, ЕС, фон Застров, М., и Маленко, Р.С. (2001). Роль эндоцитоза АМРА-рецепторов в синаптической пластичности. Nature Reviews Neuroscience, 2(5), 315.

Троубридж, И.С., Коллаун, Дж.Ф., и Хопкинс, К.Р. (1993). Сигнал-зависимый транспорт мембранных белков в эндоцитарном пути. Ежегодный обзор клеточной биологии, 9(1), 129-161.

Трансмембранные белки могут двигаться латерально через плазматическую мембрану (см. модель жидкостной мозаики ), и это движение может быть активно направлено вдоль цитоскелета . Следующая статья является наиболее ярким примером трансмембранных белков, перемещающихся с одной стороны клетки на другую:

Moss WC, Irvine DJ, Davis MM, Krummel MF. 2002. Количественная оценка вызванной передачей сигналов переориентации рецепторов Т-клеток во время формирования иммунологического синапса. ПНАС 99(23):15024-15029.

Продуктивное распознавание антигенпрезентирующих клеток (АПК) Т-клетками обычно сопровождается образованием межклеточного контакта, называемого «иммунологическим синапсом». ... Т-клеточные рецепторы массово рекрутируются в течение первой минуты после начала активации...

На следующем рисунке, адаптированном из статьи, показано временное движение GFP (т.е. флуоресцентно), меченого CD3 , который является частью трансмембранного рецепторного комплекса Т-клеток, во время образования синапса с APC:

Время указывается в минутах и ​​обнуляется при первом контакте между двумя ячейками. Я поместил красную точку на Т-клетку и синюю на APC на изображениях DIC (левые панели); надеюсь, это окажется более информативным, чем раздражающим. Правые панели показывают флуоресценцию GFP и, следовательно, локализацию CD3. С течением времени CD3 перемещается из одной части мембраны в другую (синапс). Видео якобы есть в доп. к статье, но я не смог его открыть.

Скорость и направленность движения предполагают, что происходит активный процесс, а не простая диффузия. Однако они не нашли реального механизма движения, и я не нашел никаких последующих статей в ходе краткого поиска (хотя во многих последующих статьях цитоскелет упоминается в этом движении). Просто чтобы показать, что движение трансмембранных белков может на самом деле активно управляться цитоскелетом, я отсылаю вас к этой статье:

Грэбэм П.В., Фоли М., Умеоджиако А., Голдберг Д.Дж. 2000. Фактор роста нервов стимулирует соединение интегрина бета1 с различными транспортными механизмами в филоподиях конусов роста. J Cell Sci 113:3003-3012.

Они показывают, что трансмембранные интегрины перемещаются вдоль актиновых филаментов цитоскелета с помощью миозиновых моторных белков. Как и ожидалось, аннотация хорошо резюмирует статью:

Циклирование мембранных рецепторов для связанных с субстратом белков посредством их взаимодействия с актиновым цитоскелетом на переднем крае конусов роста и других подвижных клеток важно для роста нейритов и миграции клеток. Рецептор, доставленный к переднему краю, связывается со своим лигандом, который индуцирует соединение рецептора с сетью актиновых филаментов, идущей назад. Считается, что это соединение способствует продвижению вперед ... [Т] транспорт зависел от интактного актинового цитоскелета и миозиновой АТФазы ...