اندوسیتوز چیست؟ تعریف، فرآیند و انواع با مثال

مقدمه‌ای بر اندوسیتوز

اندوسیتوز یک مکانیسم سلولی است که توسط آن سلول موادی از جمله پروتئین‌ها، مایعات، الکترولیت‌ها، میکروارگانیسم‌ها و برخی درشت مولکول‌ها را از محیط خارجی خود وارد محیط درونی می‌کند.

این مواد تحت فرآیندهای خاصی از تجزیه به عناصر کوچک‌تر یا برای استفاده توسط سلول یا برای اهداف حذف قرار می‌گیرند.

گلبول‌های سفید خون، سیستم ایمنی، شایع ترین سلول‌هایی هستند که از مکانیسم‌های اندوسیتوز برای حذف پاتوژن‌های میکروبی از بدن استفاده می‌کنند. آنها پاتوژن‌ها را به دام می‌اندازند، می شکنند و از بین می‌برند تا از بدن خارج شوند.

اندوسیتوز اولین بار توسط Christian de Devu، سیتولوژیست و بیوشیمیست بلژیکی توصیف شد که برنده چندین جایزه نوبل برای نقشش در کشف عناصر سلولی مانند لیزوزوم‌ها، پراکسی زوم‌ها، اندوزوم‌ها و حتی مکانیسم‌های سلولی اگزوسیتوز از جمله مکانیسم اندوسیتوز شد.

فرآیند اندوسیتوز به صورت خلاصه:

1. غشای سلولی در تشکیل حفره‌ای پر از مایع خارج سلولی، مولکول‌های محلول، ذرات غذا، مواد خارجی، پاتوژن ها و یا مواد دیگر چین می‌خورد، فرآیندی که به نام انواژیناسیون شناخته می‌شود.
2. پس از انواژیناسیون، غشای سلولی به سمت خود جمع می‌شود تا زمانی که یک غشای محصور یکنواخت در اطراف مولکول‌های به دام افتاده تشکیل دهد و این غشاء یا حفره محصور به عنوان وزیکول شناخته می‌شود. برخی از سلول‌ها کانال‌های گسترش را به سیتوپلاسم سلولی تشکیل می‌دهند.
3. وزیکول تشکیل شده از غشای سلولی جدا می‌شود که سپس توسط سلول مورد پردازش قرار می‌گیرد.

انواع مکانیسم‌های اندوسیتوز

سه نوع مکانیسم اندوسیتوز وجود دارد:

• فاگوسیتوز
• پینوسیتوز
• اندوسیتوز با واسطه گیرنده (اندوسیتوز با واسطه کلاترین)

1. فاگوسیتوز

همچنین به عنوان سلول خواری شناخته می‌شود. این فرآیندی است که در آن غشای سلولی یک سلول به سمت یک ذره امتداد می‌یابد، آن را می‌بلعد و آن را در داخل این غشای چین خورده محصور می‌کند و یک فاگوزوم را تشکیل می‌دهد. مواد بلعیده شده در فاگوزوم بعداً توسط آنزیم های سلولی پردازش می‌شود.

فاگوسیتوز یک مکانیسم رایج در ارگانیسم‌های چند سلولی توسط گلبول‌های سفید خون (ماکروفاژها، مونوسیت‌ها، نوتروفیل‌ها، ائوزینوفیل‌ها، سلول‌های دندریتیک) در حذف پاتوژن‌ها از سیستم است. برخی از تک یاخته‌ها مانند گونه‌های انتامبا از فاگوسیتوز برای به دست آوردن مواد مغذی استفاده می‌کنند.

مکانیسم فاگوسیتوز اولین بار توسط پزشک کانادایی William Osler (1876) مورد توجه قرار گرفت.

فاگوسیتوز در 5 مرحله انجام می‌شود:

1. سلول‌های فاگوسیت کننده مولکول مورد نظر یا یک آنتی ژن را تشخیص داده و به سمت آن حرکت می‌کنند.
2. سپس فاگوسیت خود را به مولکول یا آنتی ژن هدف می‌چسباند. فاگوسیت‌ها این توانایی را دارند که غشای خود (pseudopodia) را تا ذره هدف گسترش دهند و ذره پاتوژن را احاطه کنند. pseudopodia ها در حالی که ذرات را در بر می‌گیرند به سمت یکدیگر گسترش می‌یابند.
3. سپس ذره در داخل وزیکولی که از pseudopodia های گسترش یافته تشکیل شده است محصور می‌شود. وزیکول با ذرات محصور شده به عنوان فاگوزوم شناخته می‌شود. این وزیکولی است که توسط فاگوسیت هضم می‌شود.
4. فاگوزوم با لیزوزوم‌های فاگوسیت ترکیب می‌شود و فاگولیزوزوم را تشکیل می‌دهد. لیزوزوم‌ها دارای آنزیم‌های گوارشی هستند که مواد موجود در وزیکول را تجزیه یا هضم می‌کنند.
5. سپس ذرات تخریب شده توسط اگزوسیتوز از سلول فاگوسیت خارج می‌شوند.

نمونه ای از فاگوسیتوز

الف) نمونه بارز فاگوسیتوز مکانیسم سلول‌های ایمنی مانند ماکروفاژها، سلول‌های دندریتیک و نوتروفیل‌ها است. ماکروفاژها بزرگترین سلول‌های فاگوسیت کننده در سیستم ایمنی هستند. آنها با شناسایی، اتصال، بلع، هضم، و رهاسازی ذرات هضم شده از سیتوپلاسم توسط اگزوسیتوز عمل می‌کنند.

آنتی ژن‌ها متفاوت هستند و شامل باکتری‌ها، قارچ‌ها، سلول‌های مرده و غیره می‌شوند. ماکروفاژها سلول‌های فاگوسیت کننده اصلی در سیستم ایمنی هستند. آنها یک غشای شبه پا دارند. با تشخیص یک آنتی ژن، به سمت آنتی ژن حرکت می‌کنند و pseudopodia خود را به سمت آنتی ژن گسترش می‌دهند و آن را می‌بلعند.

در هنگام غرق شدن، سلول آنتی ژن را می‌بلعد و یک وزیکول سلولی را که در غیر این صورت فاگوزوم نامیده می‌شود تشکیل می‌دهد. در داخل ماکروفاژ، وزیکول با لیزوزوم‌ها برخورد می‌کند و یک فاگولیزوزوم را تشکیل می‌دهد که توسط آنزیم‌های لیزوزومی هضم می‌شود و ذرات را تجزیه می‌کنند و سپس توسط اگزوسیتوز از سلول آزاد می‌شوند.

ب) چسبیدن ذره به فاگوسیت تا حد زیادی به ماهیت شیمیایی ذره بستگی دارد. برخی از آنتی ژن‌های باکتری به طور مستقیم متصل می‌شوند و برخی به یک جزء پروتئینی از خون، به نام اپسونین (مانند مکمل های آنتی بادی) نیاز دارند تا لایه‌ای روی سطح باکتری ایجاد کنند تا به فاگوسیت بچسبد، فرآیندی که به عنوان اپسونیزاسیون شناخته می‌شود. بنابراین فاگوسیت‌ها ابتدا به اپسونین متصل می‌شوند تا فاگوسیتوز انجام شود.

هضم برخی از باکتری‌ها با دیواره‌های سلولی محصور شده حتی با اپسونین بسیار دشوار است. بنابراین آنها باید پس از پاسخ بدن به آنتی بادی‌های خاص به حضور آنها متصل شوند. سپس باکتری‌های محصور شده به آنتی بادی می‌توانند توسط فاگوسیت‌ها عمل کنند.

2. پینوسیتوز

همچنین به عنوان نوشیدن سلولی یا اندوسیتوز مایع شناخته می‌شود. این نوعی اندوسیتوز است که در آن ذرات کوچک در مایعات خارج سلولی از طریق غشای سلولی وارد سلول می‌شوند و یک وزیکول کوچک با مولکول‌ها یا ذرات کوچک معلق در یک سلول تشکیل می‌دهند. وزیکول پینوسیتیک با اندوزوم سلولی برای هضم ذرات ترکیب می‌شود.

مکانیسم آن مشابه سایر فرآیندهای اندوسیتوز است، تفاوت عمده بین پینوسیتوز و فاگوسیتوز این است که در پینوسیتوز ذرات بلعیده شده در مایعات خارج سلولی سلول وجود دارد. غشای سلولی وزیکول حاوی ذرات مایع را با هم وارد کرده و آنها را به داخل لیزوزوم‌های سلولی منتقل می‌کند. وزیکول و لیزوزوم به هم می‌پیوندند و آنزیم‌های گوارشی را از لیزوزوم‌ها آزاد می‌کنند. آنزیم‌ها وزیکول را تجزیه می‌کنند و محتوای آن را برای استفاده توسط سلول در سیتوپلاسم سلول آزاد می‌کنند.

گاهی اوقات وزیکول‌ها با لیزوزوم‌ها برهمکنش نمی‌کنند، در عوض، در سراسر سلول حرکت می‌کنند و با غشای سلولی ترکیب می‌شوند و باعث اثر بازیافت پروتئین‌ها و لیپیدهای غشا می‌شوند.

پینوسیتوز با دو مکانیسم انجام می‌شود:

• میکروپینوسیتوز – تشکیل وزیکول‌های کوچک با قطر حدود 0.1 میکرومتر است. در سلول‌های بدن اتفاق می‌افتد و وزیکول‌های جوانه‌دار کوچکی را روی غشای سلولی به نام caveolae تشکیل می‌دهند. آنها در اندوتلیوم عروق خونی یافت می‌شوند.
• ماکروپینوسیتوز – این تشکیل وزیکول‌های بزرگ‌تر با قطر حدود 0.5-5 میلی متر است. آنها روی گلبول‌های سفید خون یافت می‌شوند. وزیکول‌های بزرگ توسط پرزهای غشای سلولی تشکیل می‌شوند که برآمدگی‌هایی هستند که به مایعات خارج سلولی کشیده می‌شوند و این توانایی را دارند که خودشان به عقب برگردند.

مثالی از پینوسیتوز: دریافت یا جذب مواد مغذی در روده کوچک.

3. اندوسیتوز با واسطه گیرنده

– یک نوع اندوسیتوز است که به آن اندوسیتوز با واسطه کلاترین نیز معروف است. این شامل درونی سازی و بازیافت گیرنده‌هایی است که در فرآیندهایی مانند انتقال سیگنال (گیرنده‌های پروتئین G و تیروزین کیناز)، جذب مواد مغذی و بازسازی وزیکول سیناپسی استفاده می‌شوند.

– این فرآیند با تجمع فسفاتیدیلینوزیتول 4،5 بیس فسفات (PIP2) در غشای سلولی آغاز می‌شود. تجمع PIP2 به دلیل فرآیند کاتالیزور فسفوئینوزیتید در غشای پلاسمایی است.PIP2 در نتیجه فسفوئینوزیتید توسط لیپید کیناز و هیدرولیز فسفاتازها تجمع می‌یابد. ترکیب پروتئین‌های آداپتور(پروتئین‌های AP)با فسفاتیدیل‌نوزیتول 4،5 بیس فسفات (PIP2)، منجر به اتصال یک پروتئین سیتوزول به نام کلاترین به وزیکول می‌شود. این وزیکول‌های پوشیده شده با کلاترین (CCV) را تشکیل می‌دهد.

– وزیکول‌های پوشیده شده با کلاترین (CCV) باید برای تشکیل حفره‌های پوشیده شده با کلاترین رشد کرده و بالغ شوند. وزیکول‌های پوشیده شده با کلاترین به غشای سلولی متصل می‌شوند و چندین پروتئین از جمله پروتئین‌های اتصال دهنده اکتین، پروتئین‌های آداپتور (AP) را جذب می‌کنند که همگی نقش عمده‌ای در بلوغ وزیکول دارند.

– CCVکه حاوی چندین گیرنده است که با لیگاندها و پروتئین‌های آداپتور متصل شده‌اند، سپس به غشاء وارد می‌شوند و با کمک پروتئین دینامین، بالغ می‌شوند و از غشای سلولی جدا می‌شوند و یک گودال پوشیده شده با کلاترین را تشکیل می‌دهند.

– گودال‌های پوشیده شده با کلاترین چگونه تشکیل می‌شوند؟ وزیکول‌های پوشیده‌شده با کلاترین در اکثر سلول‌ها یا نه در همه سلول‌ها یافت می‌شوند، و بنابراین، پس از تشخیص سیگنال، این وزیکول‌ها پروتئین‌های آداپتور را در غشای پلاسما جذب می‌کنند که روی لایه لیپیدی غشای پلاسمایی تجمع می‌یابند.

– پروتئین های آداپتور، کلاترین را از وزیکول های پوشیده شده با کلاترین به لیپیدهای غشای سلولی همراه با پروتئین‌های اتصال دهنده اکتین ترکیب می‌کنند. به دلیل بار منفی لایه لیپید، جذب بار مثبت کلاترین می‌شود و شکل مقعری را تشکیل می‌دهد که از غشاء بلند می‌شود و در نتیجه حفره‌هایی در سراسر غشای پلاسمایی ایجاد می‌شود.

• کلاترین روی چاله‌ها به عنوان یک حسگر برای سیگنال‌هایی عمل می‌کند که اندوسیتوز را فعال می‌کند در حالی که وزیکول از وزیکول‌های پوشیده شده با کلاترین به غشای سلولی جذب می‌شود. چرخه بین حفره‌های پوشیده شده با کلاترین و تشکیل وزیکول‌های پوشیده شده با کلاترین تا زمانی که گیرنده‌های سیگنالینگ و لیگاندهایی وجود داشته باشند که آنها را فعال می‌کنند، پیوسته است.

فرآیند اندوسیتوز با واسطه گیرنده دارای مراحل زیر است:

1. ذرات (لیگاندها) که باید سنتز شوند به گیرنده‌های روی غشای سلولی متصل می‌شوند، گیرنده‌ها با لیگاندها به صورت خوشه‌ای حفره‌های پوشش داده شده را تشکیل می‌دهند. سپس گودال‌ها با کمک پروتئین‌های دینامین که یک وزیکول را تشکیل می‌دهند تحت نفوذ قرار می‌گیرند و وزیکول در غشای سلولی می‌چسبد. سپس وزیکول‌ها کلاترین و پروتئین های آداپتور را از دست می‌دهند.
2. سپس وزیکول بدون پوشش با یک اندوزوم اولیه ترکیب می‌شود تا آندوزوم دیررس یا وزیکول مرتب‌سازی را تشکیل دهد. اندوزوم دیررس ذرات درون وزیکول را جدا می‌کند، یعنی گیرنده‌ها را از لیگاندها که آنها را به غشای سلولی جذب می‌کنند.
3. ذرات آزاد شده با لیزوزوم‌هایی که حاوی آنزیم‌های گوارشی هستند که محتوای وزیکول‌ها را هیدرولیز می‌کنند، تعامل دارند. سپس ذرات هضم شده برای استفاده توسط سلول آزاد می‌شوند.
4. این مکانیسم اندوسیتوز با واسطه گیرنده (اندوسیتوز پوشیده شده با کلاترین) به بهترین وجه می‌تواند برای آوردن ماکرومولکول‌ها به داخل سلول استفاده شود.

نمونه‌هایی از اندوسیتوز با واسطه کلاترین

دو نمونه کلاسیک از اندوسیتوز با واسطه کلاترین وجود دارد که عبارتند از:

1. جذب ترانسفرین متصل به آهن
2. اندوسیتوز با واسطه گیرنده، جذب کلسترول متصل به لیپوپروتئین با چگالی کم (LDL)، مجموعه‌ای از فسفولیپید، پروتئین و کلسترول است.

همچنین بخوانید:

• اطلاعات عمومی خود را در بخش ویکی ژن افزایش دهید!

منبع

مترجم: امید آهنگریان ابهری