受體介導(dǎo)的胞吞作用課件

受體介導(dǎo)的胞吞作用

Receptor-MediatedEndocytosis生科院02級1班郭政、閆佳潔前言受體介導(dǎo)的胞吞作用是一種特殊類型的胞吞作用，主要是用于攝取特殊的生物大分子。如不同的蛋白質(zhì)，包括激素、生長因子、淋巴因子和一些營養(yǎng)物都是通過這種方式進(jìn)入細(xì)胞。問題的提出胚胎發(fā)育起始于一個(gè)微小的的精子和一個(gè)更大的卵細(xì)胞的結(jié)合。卵細(xì)胞是由卵母細(xì)胞發(fā)展而來的，并且積累卵黃。而這些卵黃是在雌性個(gè)體中其他部位合成的。那么，這些高分子量的卵黃蛋白是怎么能夠進(jìn)入卵母細(xì)胞的呢？

在一項(xiàng)有遠(yuǎn)見的計(jì)劃中，Roth和Porter假定卵黃蛋白是被特別的吸附在有被小窩(coatedpits)的膜的外表面，并將作為有被小泡（coatedvesicles)而吸入。這些有被小泡脫離粗糙的表層后，一個(gè)與另一個(gè)結(jié)合，使得它們變得更大。第一次觀察到有被小泡的結(jié)構(gòu)是直到1969年，由大阪大學(xué)的TokuKanaseki和KenKadota發(fā)現(xiàn)的。電子顯微鏡檢測到天然的小泡部分與豚鼠大腦相隔離，顯示出有被小泡被一個(gè)多邊形的柳條編制物覆蓋。（圖1）這些調(diào)查表明胞被能夠起到控制在小泡的形成中原生質(zhì)膜的包裹作用。有被小泡表面的網(wǎng)格模型高倍電子顯微鏡下的照片

在生化自然雜志中的第一份有關(guān)有被小泡的研究是由BarbaraPearse于1975年在英國劍橋大學(xué)的一次醫(yī)學(xué)研究會議上發(fā)表的。Pearse揭露了一個(gè)過程。此過程是通過將豬大腦的小泡膜通過一個(gè)連續(xù)的蔗糖濃度梯度做離心，直到有被小泡達(dá)到純化分離。有被小泡中的蛋白質(zhì)通過SDS—聚丙烯酰胺凝膠電泳被溶解和分離。新的研究在上述的研究之后，1973年，在達(dá)拉斯的TexxasMedical學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室中，由MichaelBrown和JosephGoldstein又共同提出了一個(gè)新的研究方向。Brown和Goldstein開始對家族性血膽脂醇過多（familialhypercholesterolermiaFH）這種遺傳病產(chǎn)生了興趣。Brown和Goldstein開始了對FH的研究，他們分別取正常人和FH患者的皮膚所派生的成纖維細(xì)胞(fibroblast)進(jìn)行培養(yǎng)，檢測膽固醇(cholesterol）的代謝過程。他們發(fā)現(xiàn)在膽固醇合成中酶的控制率，HMG輔酶A還原酶可以在正常的成纖維細(xì)胞中被環(huán)境中的脂蛋白（lipoprotein)（例如LDL）抑制。（圖2）測量正常成纖維細(xì)胞中的HMGCoA還原酶活性。正方形表示在胚胎血清中有部分脂蛋白。實(shí)心圓表示全部脂蛋白。三角形表示非脂蛋白。從圖中明顯看出脂蛋白可以降低酶的活性，而非脂蛋白對酶活性幾乎沒有影響。

蛋白質(zhì)濃度

血清百分?jǐn)?shù)在發(fā)生FH的成纖維細(xì)胞中測量HMG輔酶A還原酶水平，發(fā)現(xiàn)它們是正常成纖維細(xì)胞的40~60倍。另外，全部FH成纖維細(xì)胞中的酶活性不受在環(huán)境媒介中LDL出現(xiàn)的影響。（圖3）在第六天時(shí)，培養(yǎng)基被新鮮的培養(yǎng)基替代。其中含有5%人類缺脂蛋白的原生質(zhì)。在測量初期可以明顯看出細(xì)胞有很低的酶活性，這是因?yàn)榕囵B(yǎng)基中含有足夠的含膽固醇的脂蛋白，所以細(xì)胞不需要再合成。一旦培養(yǎng)基換成缺脂蛋白的基質(zhì)，細(xì)胞就不能利用基質(zhì)中的膽固醇，于是就增加了細(xì)胞中酶的數(shù)量以便自身合成。而相反的，在FH中顯示出無論存不存在脂蛋白，細(xì)胞中的酶都無反應(yīng)。實(shí)心圓表示培養(yǎng)于含有10%胚胎血清的成纖維細(xì)胞。空心圓表示純合FH患者的成纖維細(xì)胞。環(huán)境中的脂蛋白是怎樣影響人工培養(yǎng)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中的酶活性呢？為了解釋這個(gè)問題，Brown和Goldstein開始了對細(xì)胞和脂蛋白之間相互影響的研究。圓形表示放射性[125I]標(biāo)記的LDL在37℃與正常的細(xì)胞結(jié)合。三角形表示與FH的細(xì)胞結(jié)合?？招膱A和三角為細(xì)胞在含有5mg/ml[125I]LDL緩沖液的250mg/ml非放射性LDL中生長。實(shí)心圓和三角則不含有非放射性LDL。在沒有添加非放射性LDL的細(xì)胞中很明顯看出，正常細(xì)胞結(jié)合了一定數(shù)量的LDL，而FH患者細(xì)胞則不能結(jié)合。而在添加了非放射性LDL的細(xì)胞中標(biāo)記LDL大量減少。因?yàn)榉菢?biāo)記脂蛋白與標(biāo)記的LDL競爭結(jié)合。這些結(jié)論表示出正常細(xì)胞有一個(gè)LDL的高特異性受體，這個(gè)受體在有缺陷的或者在FH病人的細(xì)胞中丟失。為了顯像受體結(jié)合和內(nèi)化作用（internalization)的過程，Brown和Goldstein與RichardAnderson合作，RichardAnderson利用電子顯微鏡對細(xì)胞的結(jié)構(gòu)有所研究。最近的檢測解釋LDL微粒不是隨便的分散在細(xì)胞表面，而是在原生質(zhì)膜上形成一個(gè)固定的小的片段（0.5μm）。這個(gè)膜被一個(gè)“絨毛的”物質(zhì)切割和覆蓋。（圖5）電子顯微鏡下觀察的人成纖維細(xì)胞中結(jié)合了LDL的有被小泡。LDL在結(jié)合了高密度電子鐵蛋白微粒中很明顯。在這些膜上的片段是有被小窩，最初被Roth和Porter描述，并且在各種細(xì)胞類型中被發(fā)現(xiàn)。盡管來自FH病人的的細(xì)胞的表面被發(fā)現(xiàn)有相似數(shù)量的有被小窩，但沒有LDL—鐵蛋白結(jié)合在這些突變細(xì)胞上。這結(jié)果支持了突變的FH等位基因翻譯成受體，而這個(gè)受體并沒有能力結(jié)合LDL。后來用電子顯微鏡對LDL—鐵蛋白的內(nèi)化作用進(jìn)行研究，顯示出胞吞作用的路徑是這些脂蛋白的內(nèi)化?；谶@些結(jié)論，這個(gè)小組假定受體結(jié)合LDL的內(nèi)化作用是在有被小窩中LDL受體的某部位密切相關(guān)的。接著這個(gè)假定，如果一個(gè)LDL受體不能在有被小窩上固定的，它就不能傳遞它的結(jié)合配體給細(xì)胞的溶酶體（lysosome），并且這樣將不能影響在細(xì)胞中膽固醇的合成。Anderson和他的合作者假定LDL受體是一個(gè)跨膜蛋白，正常的會固定的在有被小窩上，因?yàn)樗募?xì)胞質(zhì)區(qū)域是與有被小窩的成份特別的結(jié)合?？赡芫W(wǎng)格蛋白（但是后來有關(guān)聯(lián)的，例如適應(yīng)物的小亞基，正如下面討論的）因?yàn)檫@個(gè)在細(xì)胞質(zhì)區(qū)域的缺陷，J.D突變受體是不能在細(xì)胞的有被小泡固定。有這種突變的人表現(xiàn)出相同的表現(xiàn)型，因?yàn)椴∪说氖荏w是不能結(jié)合到LDL上的。后來的研究決定了正常的LDL受體是個(gè)有839個(gè)氨基酸的跨膜糖蛋白，并在蛋白的C末端有50個(gè)氨基酸從膜延伸至內(nèi)部作為細(xì)胞質(zhì)的一個(gè)區(qū)域。在對J.D突變受體的分析中顯示出蛋白質(zhì)包括了一個(gè)簡單的氨基酸代謝：一個(gè)酪氨酸殘基正常定位的807位置被半胱氨酸取代。這個(gè)簡單的在氨基酸序列上的變化消除了蛋白質(zhì)在有被小窩上變得集中的能力。

X光射線顯示出結(jié)合素和內(nèi)化作用信號之間相互作用的特性。紫色表示膜受體上內(nèi)化信號的X光下的結(jié)構(gòu)。它結(jié)合在AP結(jié)合素的μ鏈上?；疑硎睛虂喕＆虂喕鶐缀跞坑搔抡郫B片組成，有兩個(gè)疏水的凹陷，其中一個(gè)與酪氨酸殘基（Y）結(jié)合，另一個(gè)結(jié)合了內(nèi)化作用信號的一個(gè)大的疏水側(cè)鏈。L為亮氨酸。

這種類型的相互作用就像是電線末端的兩個(gè)分叉的插頭與插座之間的對應(yīng)關(guān)系。一旦內(nèi)化作用信號的殘基結(jié)合到結(jié)合素上，一種額外的吸引力被引起，通過在受體的中樞和μ亞基一段β片段之間結(jié)合氫的構(gòu)造。這些不同分子間的聯(lián)系的結(jié)果，結(jié)合素在有被小窩中被優(yōu)先的胞吞作用捕捉。我們再來回憶一下受體介導(dǎo)的LDL的胞吞作用的過程家族性血膽脂醇過多

（familialhypercholesterolemiaFH）

純合體的個(gè)體含有致病基因（FH等位基因）會導(dǎo)致嚴(yán)重增加血清膽固醇濃度。（正常人為200mg/dl，而FH為800mg/dl），這種病常常導(dǎo)致阻斷動脈（動脈粥樣硬化），并且通常在患者20歲之前就死于心臟病。在當(dāng)時(shí)，幾乎沒有人知道這種致病的生理原理。而且，目前尚無特效藥物可以治療。

LDL受體LDL受體是一種多機(jī)能蛋白，由839個(gè)氨基酸組成的36面體結(jié)構(gòu)蛋白，分子量約115kD。由五種不同的區(qū)域構(gòu)成，各區(qū)域有其獨(dú)特的功能。LDL受體廣泛分布于肝臟、動脈壁平滑肌細(xì)胞、腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞，各組織或細(xì)胞的LDL受體活性差別很大。LDL受體主要功能是通過攝取膽固醇進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，用于細(xì)胞增殖和固