Что содержится в везикулах
Везикула
Вези́кула — в цитологии — это относительно маленькие внутриклеточные органоиды, мембрано-защищенные сумки, в которых запасаются или транспортируются питательные вещества. Везикула отделена от цитозоля минимальным липидным слоем. Мембрана везикулы отгораживает ее от цитоплазмы схожим образом, как цитоплазматическая мембрана отгораживает клетку от внешней среды (порой агрессивной, с другим давлением, и пр.). Когда они отделены от цитоплазмы всего одним липидным слоем, везикулы называются однопластинчатыми. Так как везикула отгорожена от цитоплазмы, внутривезикулярные вещества могут быть совершенно иными, чем цитоплазматические. Везикула может присоединиться к внешней мембране, сплавиться с ней и выпустить свое содержимое в пространство вне клетки. Так может происходить процесс выделения. Везикула — это базисный инструмент клетки, обеспечивающий метаболизм и транспорт вещества, хранение ферментов также как настоящий химически инертный отсек. Также везикулы играют роль в поддержании плавучести клетки. [1] Некоторые везикулы способны образовываться из частей плазматической мембраны.
Виды везикул
См. также
Примечания
Полезное
Смотреть что такое «Везикула» в других словарях:
везикула — сыпь, пузырек Словарь русских синонимов. везикула сущ., кол во синонимов: 2 • пузырек (13) • сыпь … Словарь синонимов
ВЕЗИКУЛА — (лат. vesicula пузырек) элемент кожной сыпи полушаровидный пузырек с прозрачным или мутноватым содержимым … Большой Энциклопедический словарь
ВЕЗИКУЛА — ВЕЗИКУЛА, небольшой пузырек в ПРОТОПЛАЗМЕ КЛЕТКИ, обычно содержащий серозную жидкость. см. также АППАРАТ ГОЛЬДЖИ … Научно-технический энциклопедический словарь
везикула — ы, ж. (лат. vēsīcula пузырек). мед. Элемент кожной сыпи полушаровидный пузырек с прозрачным и мутноватым содержанием. || Ср. папула, розеола. Толковый словарь иностранных слов Л. П. Крысина. М: Русский язык, 1998 … Словарь иностранных слов русского языка
везикула — Маленький мембранный органоид эукариотической клетки [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN vesicle … Справочник технического переводчика
везикула — Небольшая округлая или овальная полость в минерале или горной породе, особенно в вулканическом стекле, образованная при замыкании пузырьков пара или газа в расплавленной массе по мере ее застывания … Словарь по географии
везикула — ы; ж. [лат. vesicula пузырёк] Мед. 1. Элемент кожной сыпи в виде пузырька. 2. Образование в виде пузырька в организме человека и животных. * * * везикула (лат. vesicula пузырёк), элемент кожной сыпи полушаровидный пузырёк с прозрачным или… … Энциклопедический словарь
везикула — (лат. vesicula уменьшит. от vesica пузырь; син. пузырек) первичный морфологический элемент сыпи в виде пузырька (до 5 мм в диаметре), наполненного серозным экссудатом … Большой медицинский словарь
везикула — первичный морфологический элемент сыпи в виде пузырька с серозным, экссудатом. Источник: Медицинская Популярная Энциклопедия … Медицинские термины
везикула — везикула, везикулы, везикулы, везикул, везикуле, везикулам, везикулу, везикулы, везикулой, везикулою, везикулами, везикуле, везикулах (Источник: «Полная акцентуированная парадигма по А. А. Зализняку») … Формы слов
Что такое везикулит? Причины возникновения, диагностику и методы лечения разберем в статье доктора Игнашова Ю. А., уролога со стажем в 9 лет.
Определение болезни. Причины заболевания
Везикулит (vesiculitis) — это острое или хроническое воспаление семенных пузырьков, которое сопровождается болью внизу живота и в области промежности.
Органы мошонки, семенные пузырьки (везикулы) и предстательная железа (простата) соединены между собой, поэтому везикулит редко бывает изолированным. Обычно он сопровождается воспалением в предстательной железе (простатитом) и в придатке яичка (эпидидимитом). Чаще всего везикулит встречается у мужчин репродуктивного возраста (25–35 лет), которые страдают инфекционными воспалительными заболеваниями уретры и простаты.
Причина заболевания — попадание в семенные пузырьки инфекции через мочеиспускательный канал. Как правило, преобладает кокковая флора (стрептококк, стафилококк), кишечная флора (кишечная палочка, клебсиеллы) и инфекции, передающиеся половым путём (хламидии, трихомонады, уреаплазмы и др.).
Факторы риска:
Симптомы везикулита
Симптомы острого везикулита
Особенность везикулита в том, что у него нет специфичной симптоматики. Болезнь может протекать под масками уретрита, простатита, эпидидимита или проктита ( воспаления слизистой оболочки прямой и сигмовидной кишки). В связи с этим есть сложности в диагностике.
При мочеиспускании и дефекации боль может нарастать. Особенно это касается пациентов с запорами, так как твёрдые каловые массы механически надавливают на предстательную железу и семенные пузырьки сзади через прямую кишку.
При активном воспалении характерным признаком может быть повышенная половая возбудимость, эрекция и неконтролируемое семяизвержение (поллюции). Это связано с особенностями иннервации органов мужской половой системы. Но семяизвержение при этом сопровождается сильной болью, особенно в области промежности, заднего прохода и внизу живота. Сперма может иметь зловонный запах из-за содержания гноя (пиоспермия), иногда она окрашивается в красный цвет из-за крови (гемоспермия) и напоминает «смородиновое желе».
Симптомы хронического везикулита
Хронический везикулит развивается после перенесённого острого воспаления или может быть осложнением хронического утетрита, простатита и других воспалительных болезней мочеполовой системы.
При хроническом везикулите возникают тупые боли в пояснице, которые не зависят от перемены положения тела. Как правило, появляется усталость, боль в паховой и надлобковой области, ощущение полноты в прямой кишке и промежности. Боль распространяется на половые органы и низ живота.
Патогенез везикулита
Чаще всего инфекция попадает в семенные пузырьки из заднего отдела уретры через семявыбрасывающие протоки. Воспаление также может распространиться из предстательной железы, реже — из стенки прямой кишки. Инфицирование семенного пузырька происходит через лимфатические или кровеносные сосуды.
При развитии инфекционного везикулита патогены (бактерии, вирусы или грибы) повреждают ткань семенных пузырьков. Возникает отёк и инфильтрация тканей, стенки семенных пузырьков утолщаются, что затрудняет отток мочи. Постоянная задержка мочи усугубляет инфекционный процесс.
Воспаление в семенном пузырьке может быть вызвано застоем секрета в простате. Подобное случается при застойном простатите. Застойный секрет давит на стенку семенного пузырька и нарушает его кровообращение. Это состояние приводит к асептическому (стерильному) воспалению семенного пузырька. Он становится восприимчивым к гноеродной инфекции.
Классификация и стадии развития везикулита
По клиническому течению:
По распространённости воспалительного процесса:
По типу процесса:
По морфологическим (клеточным) изменениям:
Осложнения везикулита
Осложнения острого везикулита
Осложнения хронического везикулита
Хронический везикулит часто осложняется депрессивными состояниями. Это связано с постоянным дискомфортом и болью внизу живота и в промежности. Иногда нарушается нормальная половая жизнь: у большинства пациентов эрекция ухудшается и становится болезненной, снижается количество спермы, изменяются ощущения, может появиться аноргазмия (отсутствие оргазма).
У других пациентов, наоборот, возникают частые спонтанные эрекции с семяизвержением, которое не приносит удовлетворения. Часто это происходит ночью, что снижает качество сна и иногда вызывает бессонницу.
Диагностика везикулита
Диагностика острого везикулита
Диагностика острого везикулита строится на характерных жалобах пациента, результатах пальпаторного исследования области семенных пузырьков, а также данных лабораторных и инструментальных исследований.
Нормальные семенные пузырьки не прощупываются при пальцевом ректальном исследовании. При остром катаральном везикулите в области семенных пузырьков возможна отёчность, уплотнение ткани и болезненность. Особенно чётко это проявляется при одностороннем катаральном воспалении семенного пузырька. Если поражение глубокое, везикулы определяются в виде плотного, резко болезненного тяжа или продолговатого образования, которое прощупывается на уровне верхнего края предстательной железы.
При эмпиеме семенного пузырька у верхнего края простаты пальпируется резко болезненная колбообразная опухоль, которая изменяет форму при слабом надавливании. Если воспалительный процесс распространяется на окружающие ткани, то на месте семенного пузырька будет прощупываться резко болезненное уплотнение без чётких контуров и границ. Как правило, это уплотнение выходит за пределы предстательной железы.
Лабораторное обследование — второй этап диагностики. Он включает в себя стандартный минимум:
Инструментальное обследование — третий этап диагностики. В ыполняется ультразвуковое исследование (УЗИ) семенных пузырьков и предстательной железы. Это исследование можно сделать трансректальным или абдоминальным датчиком, максимальная визуализация будет при трансректальном доступе (через прямую кишку). При этом оценивается размер, структура семенных пузырьков и наличие в них гнойных очагов.
Диагностика хронического везикулита
Диагностика хронического везикулита основана на оценке симптомов, данных ультразвукового исследования, а также микроскопического исследования секрета семенных пузырьков.
Получать секрет следует раздельно из каждого семенного пузырька. Для этого предварительно проводят массаж предстательной железы, после чего просят пациента помочиться. Затем катетеризируют мочеиспускательный канал и промывают его раствором Фурацилина таким образом, чтобы в мочевом пузыре осталось его небольшое количество. После этого массируют один семенной пузырёк и забирают из уретры его секрет. Пациента просят помочиться оставшимся в мочевом пузыре стерильным раствором, затем массируют другой семенной пузырёк с забором его секрета.
При хроническом везикулите в секрете содержатся лейкоциты, эритроциты и неподвижные сперматозоиды. Микробиологическое исследование секрета позволяет выявить возбудителя инфекции и выбрать антибактериальный препарат для адекватного лечения. При УЗИ семенные пузырьки будут увеличены в размерах, растянуты и неравномерны.
Лечение везикулита
Лечение острого везикулита
Консервативное лечение. Острый везикулит целесообразно лечить в стационаре или амбулаторно под строгим контролем лечащего врача.
В период лечения пациент должен соблюдать постельный режим и не допускать, чтобы каловые массы скапливались в прямой кишке. Для этого рекомендуется придерживаться особой диеты, пить больше жидкости и при необходимости использовать микроклизмы.
Необходимо назначить антибиотик широкого спектра действия (фторхинолоны, цефалоспорины, макролиды) в достаточной дозировке, длительность приёма должна составлять не менее 10 дней.
Для облегчения болевого синдрома применяются нестероидные противовоспалительные препараты (НПВП).
Хирургическое лечение. При гнойном поражении семенного пузырька (эмпиемы) необходимо хирургическое лечение. Малоинвазивным методом является дренирование (прокалывание) семенного пузырька под контролем УЗИ через прямую кишку и эвакуация гноя.
Лечение хронического везикулита
Лечение хронического везикулита должно быть длительным и систематическим. Успех лечения зависит от регулярного опорожнения семенных пузырьков, что достигается массажем и половой активностью.
Прогноз. Профилактика
Прогноз острого везикулита в основном благоприятный. После начала лечения симптомы острого везикулита уменьшаются через 3–5 дней. Воспаление в стенке семенного пузырька постепенно прекращается, содержимое везикулов поступает в уретру через семявыносящий бугорок.
Катаральная форма везикулита заканчивается полным выздоровлением. При глубоком процессе болезнь становится хронической. При тромбофлебите вен парапростатического сплетения и гнойных поражениях прогноз сомнительный: генерализация воспаления или прорыв гнойника в живот без лечения приводят к перитониту и сепсису, что может закончиться гибелью пациента.
Считается, что течение воспалительного процесса в семенных пузырьках зависит от его анатомического строения. Наиболее благоприятно протекает заболевание у пациентов с «мешковидной формой» семенных пузырьков. Если у семенных пузырьков много ответвлений стенки, воспалительный процесс протекает тяжелее, так как его сложнее адекватно опорожнять. В ответвлённых участках может скапливаться гнойное содержимое.
Профилактика:
Что содержится в везикулах
• COPII везикулы представляют собой единственный тип транспортных везикул, которые происходят из эндоплазматического ретикулума
• Для сборки COPII окаймляющих белков на экспортных сайтах в эндоплазматическом ретикулуме необходима ГТФаза и структурные белки
• Сигналы для экспорта мембранных белков эндоплазматического ретикулума обычно находятся в их цитоплазматическом участке
• После отшнуровывания COPII везикулы образуют кластеры, сливаются и мигрируют по микротрубочкам в цис-участок аппарата Гольджи
В ЭПР происходит синтез и структурирование секреторных и других белков, предназначенных для различных компартментов экзо- и эндоцитоза. Белок выходит из ЭПР после того, как сформировалась его нативная структура, а в случае белковых комплексов, состоящих из субъединиц, только после их окончательной сборки. Белки, предназначенные на экспорт, собираются на сайтах ЭПР, в которых образуются везикулы, транспортирующие вновь синтезированные белки в аппарат Гольджи.
(В секреторных клетках экспортные сайты ЭПР определяются как сайты, в которых происходит интенсивный процесс отшнуровывания везикул, которые называются «переходные элементы».)
Транспортные везикулы называются везикулы COPII (англ, coat protein — белок окаймления, СОР). Они представляют собой единственный путь везикулярного экспорта материалов из ЭПР. Компоненты COPII способствуют выпячиванию мембраны, необходимому для образования везикулы, и могут взаимодействовать специфически с некоторыми трансмембранными карго-белками для их отбора на экспорт. Основные закономерности образования везикул COPII такие же, как и для других окаймленных везикул.
Процесс образования везикулы COPII представлен на рисунке ниже. Образование везикулы начинается с последовательного отбора растворимых цитозольных компонентов COPII, Sar1p, Sec23/Sec24 и See13/31. Sar1p представляет собой небольшую ГТФазу, которая находится в цитозоле в неактивной, связанной с ГДФ форме. Она связывается с мембранами ЭПР, взаимодействуя с фактором обмена гуаниловых нуклеотидов, Sec12p (иначе называемый Sar-GEF), который представляет собой интегральный мембранный белок.
See12р активирует Sar1p, обменивая ГДФ на ГТФ.
Связывание Sar1p-ГТФ с мембраной активирует два структурных компонента белкового окаймления, гетеродимеры Sec23/Sec24 и Sec13/Sec31. По форме кристаллическая структура комплекса Sarlp-ГТФ-Sec23/24 напоминает галстук-бабочку и хорошо подходит к искривленной поверхности везикулы COPII. Поэтому полимеризацией этих комплексов с Sec13/31 можно объяснить деформацию и отпочковывание везикулы. Sec24 связывается с белком карго, заключенным в везикулу COPI. Наличие большого количества молекул карго, способных включиться в везикулу, можно объяснить присутствием множественных перекрывающихся сайтов связывания.
Три основных типа покрытий, характерных для процесса везикулярного транспорта,
представляют собой COPI, COPII и клатриновое окаймление.
Sec23 связывается непосредственно с Sar1p и стимулирует гидролиз связанного ГТФ при образовании везикулы или сразу после этого. Поэтому Sec23 действует как белок, активирующий ГТФазу (GAP), раздевающий везикулу и высвобождающий субъединицы окаймляющих белков для следующих циклов образования новой везикулы.
Большинство белков карго включаются в везикулы COPII либо за счет неизбирательного потока, либо используя сигналы сортировки. По механизму неизбирательного потока включается большинство растворимых секреторных белков, которые синтезируются в секреторных клетках в больших количествах.
Сигналы на экспорт белков из ЭПР обычно представляют собой короткие последовательности аминокислот, расположенные в цитоплазматическом участке молекулы мембранных белков. Из всех сигналов сортировки белков сигналы экспорта из ЭПР охарактеризованы наименее полно. Одним из примеров является последовательность, состоящая преимущественно из дикарбоновых аминокислот, присутствующая, например, в VSV G белке — гликопротеине оболочки вируса везикулярного стоматита, который широко использовался в исследованиях по биогенезу плазматической мембраны.
Наличие экспортного дикарбонового сигнала увеличивает эффективность экспорта белков из ЭПР, поскольку он связывается с компонентом Sec24 окаймляющего комплекса COPII.
Экспорт мутантного VSV G белка, в котором этот сигнал отсутствует, происходит в 2-3 раза медленнее, чем экспорт белка дикого типа.
Другим примером сигнала экспорта из ЭПР служит трансмембранный белок ERGIC-53 (ER, Golgi, белок промежуточного компартмента, с мол. массой 53 кДа). Предполагается, что этот белок переносит растворимые гликопротеины из ЭПР в аппарат Гольджи. Цитоплазматический участок молекулы белка содержит сигнал, представленный двумя остатками фенилаланина, который взаимодействует с компонентом Sec23/24 комплекса COPII. Существование этого сигнала необходимо для того, чтобы ERGIC-53 мог выйти из ЭПР.
Растворимые белки карго также могут использовать сигналы экспорта, однако непосредственно с ними не связываются. Вместо этого они связываются с рецепторами, которые находятся на COPII везикулах. Такой сигнал содержат растворимые белки, которые переносятся ERGIC-53 от ЭПР в аппарат Гольджи. Домен ERGIC-53, расположенный со стороны люмена, связывается с этими белками через богатые маннозой олигосахариды, которые находятся в большинстве гликопротеинов, выходящих из ЭПР. Однако, поскольку ERGIC-53 не связывает все гликопротеиды с повышенным содержанием маннозы, сигнал содержит и другие компоненты.
У больных с дефицитом белка ERGIC-53 развивается повышенная кровоточивость, связанная с пониженным содержанием факторов свертывания крови V и VIII. Или ERGIC-53 способен лишь к ограниченному транспорту других белков, или иные белки каким-то образом компенсируют его отсутствие.
Модель, описывающая последовательность этапов сборки COPII везикул,
с участием белков окаймления и молекул карго (v-SNARE и рецептор карго).
Еще один пример растворимого белка, который экспортируется из ЭПР под действием сигнала, представляет собой а-фактор — гликопротеин, секретируемый дрожжами S. cerevisiae и обеспечивающий их конъюгацию. Недавно идентифицирован белковый рецептор, пронизывающий мембрану, который концентрирует а-фактор в везикулах COPII.
Другой путь включения белков карго в COPII везикулы состоит в использовании белка упаковки, который сам в везикулу не поступает. Например, в плазматической мембране дрожжей содержится пермеаза аминокислот. Новосинтезированные пермеазы транспортируются по экзоцитозному пути к клеточной поверхности. Включение этих пермеаз в COPII везикулы ЭПР требует присутствия упаковочного белка (Shr3p), хотя механизм его действия неизвестен. Так же как и экспортные сигналы, упаковочные белки, по-видимо-му, лишь увеличивают эффективность процессов экспорта из ЭПР, хотя сами по себе не являются для них абсолютно необходимыми.
Компоненты транспортного механизма, такие как белки SNARE, которые обеспечивают причаливание и слияние везикул с мембранами, должны также включаться в везикулы. Каким образом SNARE, которые являются интегральными мембранными белками, включаются в везикулы COPII? Два белка из группы SNARE, участвующие в транспортных процессах из ЭПР в аппарат Гольджи (Betlp и Bos1p), связываются с мембранными формами Sar1p и Sec23/24. Это приводит к активации белка Sec 13/31, что свидетельствует о том, что белки SNARE включаются в механизм на стадии образования везикулы.
Одно из предположений заключается в том, что при образовании везикулы SNARE играют роль затравки и таким образом гарантируют наличие сигналов адресования во всех образующихся везикулах СОРИ. Однако данные, подтверждающие это заманчивое предположение, отсутствуют.
После отшнуровывания от ЭПР везикула COPII мигрирует в аппарат Гольджи, где происходит слияние. Везикулы COPII формируют кластеры и, возможно, сливаются друг с другом в экспортных сайтах ЭПР (образование «везикулярно-тубулярных кластеров» (VTC). Когда везикулы COPII образуются на экспортных сайтах, удаленных от аппарата Гольджи, VTC могут перемещаться до места назначения вдоль микротрубочек. Таким образом, пространственное расположение (близость ЭПР к аппарату Гольджи) и транспорт вдоль микротрубочек сказываются на эффективности, с которой везикулы COPII находят свое окончательное местоположение.
У почкующихся дрожжей ЭПР не обладает отдельными экспортными сайтами, и везикулы COPII могут образовываться в любом месте ЭПР. В отличие от клеток млекопитающих цистерны аппарата Гольджи находятся в цитоплазме, в основном в виде отдельных дисков. Таким образом, в почкующихся дрожжах везикулы COPII могут просто выбирать кратчайшее расстояние между сайтом своего образования в ЭПР и первой ближайшей цистерной.
Белки карго включаются в образующиеся COPII-везикулы по разным механизмам. 
Сигнал экспорта из ЭПР включает последовательности,
содержащие остатки дикарбоновых аминокислот или два остатка фенилаланина.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Что содержится в везикулах
Мембранные пузырьки, высвобождаемые эволюционно консервативным способом большинством живых клеток организмов (от бактерий до млекопитающих).
То есть в процессе эволюции везикулы и процесс их высвобождения сохранился у всех живых организмов.
Физиологические функции ВВ заключаются в поддержании внутриклеточного гомеостаза (удалении клеточного «мусора») и передачи информации (в т.ч. генетической) другим клеткам.
У бактерий и эукариотических микроорганизмов ВВ играют важную роль во взаимодействии хозяин-патоген и опосредуют высвобождение в окружающую среду таких соединений, как факторы вирулентности и токсины.
ВВ-опосредованные сигналы могут передаваться различными видами биомолекул: белками, липидами, нуклеиновыми кислотами и сахарами. Окруженные мембранами, ВВ обеспечивают надежную защиту и доставку своего «груза» как в рядом расположенные, так и в удаленные от них клетки.
Наличие ВВ у всех видов живых организмов (архей, прокариот и эукариот) позволило ученым предположить, что секреция ВВ происходила на самых ранних этапах зарождения жизни у общего клеточного предка LUCA.
Первые свидетельства нахождения ВВ внутри организма были получены в 1946 году R. West и соавт., которые обнаружили в плазме крови неизвестные микроскопические частицы с прокоагулянтными (повышающими свёртываемость крови) свойствами. В 1967 году учёные снова столкнулись с этим феноменом, высвобождением из тромбоцитов неизвестных частиц, повышающих свертываемость крови, которые назвали «тромбоцитарной пылью».
Вплоть до начала XXI века ВВ считались малозначимой «экзотикой», пока учёные не взялись за них всерьёз, обнаружив массу важных и интересных функций ВВ.
Интерес к ним значительно усилился после 2006 года, когда было обнаружено, что ВВ могут переносить между клетками различные РНК, включая матричную и микроРНК. Позже было установлен перенос ВВ митохондриальной, одноцепочечной и двухцепочечной ядерной ДНК.
Сегодня ВВ выделены из большинства типов клеток и жидкостей организма (в том числе желчь, грудное молоко, слюна, моча, сперма, кровь, спинномозговая, амниотическая и синовиальная жидкость).
Экзосомы
Представляют наименьший подтип ВВ (размером 30–150 нм), который сегодня наиболее хорошо изучен. Впервые процесс высвобождения экзосом из клеток во внеклеточное пространство был описан в ретикулоцитах крысы в 1983 году, а затем — в ретикулоцитах овец в 1985 г. Пионер в изучении экзосом, R.M. Johnstone, в 1987 году предложила термин «экзосома».
Процесс высвобождения экзосом происходит в несколько этапов:
Этапы описанного выше биогенеза экзосом происходят при активном участии различных регуляторных белков: белковых комплексов ESCRT, белков Alix, ARRDC1, тетраспанинов и др.
Судьба экзосомы зависит от липидного состава мембранных белков эндосомы: если мембрана эндосомы содержит лизобисфосфатидиловую кислоту (фосфатидилинозитол3-фосфат) и убиквитинированные белки, то далее будет слияние с лизосомой и утилизация содержимого. Если же мембрана эндосомы содержит церамиды, эндосома сливается с поверхностной мембраной донорской клетки, и уже в виде множества экзосом секретируется во внеклеточную среду.
Микровезикулы
Или эктосомы — ВВ размером 100–1000 нм, которые отпочковываются от плазматической мембраны.
В отличие от экзосом, на сегодня они изучены гораздо меньше. Хотя и для них характерно участие в важных биохимических процессах, связанных с коагуляцией, иммунитетом, онкогенезом, коммуникацией матери и плода, сердечно-сосудистыми патологиями и др.
Ключевой элемент в биогенезе микровезикул — это фосфолипид плазматической мембраны фосфатидилсерин (PS). Перемещение PS под воздействием ряда факторов на внешнюю сторону мембраны клетки вызывает её выпячивание и отпочкование микровезикул. Вместе с этим, остаётся неясным один момент: почему в процессе отпочкования микровезикул не происходит «подчищение» фагоцитозом клетки, помеченной PS?
Кальций и холестерин также играют немаловажную роль в биогенезе микровезикул.
Характерный для микровезикул молекулярный состав включает в себя матриксные металлопротеиназы (ММР), гликопротеины и интегрины. Недавние исследования показали, что MMP2 может быть использована в качестве маркера микровезикул.
Вместе с этим, белковый состав микровезикул в значительной степени зависит от типа клетки. К примеру, маркер эпителиальных клеток CK18 в большом количестве содержался в эктосомах, секретируемых именно этими клетками.
Апоптоз — это запрограммированная гибель клеток и последующее фагоцитарное удаление частей погибших клеток необходимо во время эмбрионального развития, роста, и нормальной физиологии многоклеточных организмов.
Апоптоз обеспечивает удаление старых, поврежденных, инфицированных или аберрантных клеток из здоровых тканей. Он представляет собой скоординированный демонтаж клетки, после которого фрагменты погибшей клетки упаковывается в апоптозные тельца с последующей утилизацией (рис.1)
Механизм того, как ВВ вступают в коммуникацию с целевыми клетками, ещё продолжает изучаться и не до конца ясен. Предполагается, что они взаимодействуют с клетками-реципиентами, локальными или удаленными от исходной клетки, посредством процесса, включающего сигнализацию лиганда/рецептора на поверхности клетки-мишени и/или слияние везикул и клеточных плазматических мембран. В большинстве случаев это приводит к поглощению ВВ посредством эндоцитоза.
В ходе этого процесса компоненты мембраны ВВ могут сливаться с мембраной клетки-мишени. А грузы ВВ входят в цитоплазму или ядро клетки-реципиента, тем самым внося дополнительные сигнальные молекулы и потенциально приводя к разнообразным функциональным последствиям в целевой клетке.
ВВ принимают активное участие в ряде физиологических процессов: иммунные реакции, клеточные миграции регенерации тканей, созревание эритроцитов, оплодотворение и эмбриональное развитие, функционирование нервной системы, очистка внутриклеточного «мусора» и др.
ВВ несут разные сигналы к клеткам-адресатам. Так, экзосомы выступают переносчиками нейромедиаторов при передаче нервного импульса. Кроме этого, они активно участвуют в презентации антигена — одного из ключевых процессов врождённого иммунитета. Также недавно было описано активное участие ВВ в процессах, связанных со старением. В связи с этим, в 2017 году было проведено исследование, показавшее потенциал в борьбе со старением трансплантации ВВ, полученных от молодых доноров (2017), о чём подробнее расскажем далее (примечание: во второй части этого текста). Также, ВВ — неотъемлемый компонент внеклеточного матрикса, обеспечивающий коммуникацию между его составляющими.
Вместе с переносом информации ВВ могут доставлять уже готовые белки для целевой клетки. К примеру, они переправляют от нейронов к мышечным клеткам мембранный белок синаптотагмин-4, который нужен для формирования нервно-мышечного соединения, передающего электрические сигналы от нейронов к мышечным клеткам. Во время беременности синцитиотрофобласт секретирует экзосомы с иммуносупрессивной активностью, которые ингибируют функцию материнской иммунной системы и способствуют выживанию плода.
Также известно, что экзосомы цитотрофобласта содержат биологически активные белки, которые могут взаимодействовать с материнским эндотелием и регулируют его функции.
Вместе с переносом информации ВВ могут доставлять уже готовые белки для целевой клетки. К примеру, они переправляют от нейронов к мышечным клеткам мембранный белок синаптотагмин-4, который нужен для формирования нервно-мышечного соединения, передающего электрические сигналы от нейронов к мышечным клеткам. Во время беременности синцитиотрофобласт секретирует экзосомы с иммуносупрессивной активностью, которые ингибируют функцию материнской иммунной системы и способствуют выживанию плода. Также известно, что экзосомы цитотрофобласта содержат биологически активные белки, которые могут взаимодействовать с материнским эндотелием и регулируют его функции.
Также ВВ вовлечены в патогенез многих заболеваний, в том числе тех, которые сегодня трудно поддаются лечению и выступают наиболее частой причиной смерти (сердечно-сосудистых, нейродегенеративных и др.).
Межклеточная коммуникация посредством секреции внеклеточных везикул представляет древний путь общения между клетками, который присущ всем формам жизни: бактериям, археям, эукариотам (рис. 2).
ВВ позволяют «заказным пакетам» со специфической молекулярной информацией обращаться к определенным клеткам-мишеням и далее быть доставленными точно и своевременно в конкретное место тела. Содержимое ВВ может включать: липиды, белки, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) и даже митохондрии (Zaborowski M.P., 2015; Torralba D.., 2018). Каким образом клетки отбирают необходимую для послания молекулярную информацию до конца, еще непонятно. Белковый состав ВВ не полностью соответствует таковому родительской клетки (Doyle L.M., 2019).
Помимо этого, ВВ различного размера, биогенеза и типа груза могут быть выделены одной и той же клеткой (Maas, 2017). «Молекулярная посылка» маркирована специальной почтовой маркой и отправляется точно согласно указанному адресу — она взаимодействует только с клетками определенного типа. Предполагается, что она находит своего адресата по поверхностным рецепторам/лигандам (рис. 3 и 4).
В последнее время ВВ отводят большую роль в процессах межорганной коммуникации с целью поддержания метаболического гомеостаза. Для регуляции метаболизма на уровне организма необходимо взаимодействие мозга, поджелудочной железы, печени, мышц и жировой ткани (рис.5).
Адипоциты «замечены» в процессе выделения экзосомоподобных ВВ, которые могут взаимодействовать с фибробластами, преадипоцитами, эндотелиальными и иммунными клетками, координируя ответ ткани на различную доступность топлива. Эти сигналы играют существенную роль в становлении инсулинорезистентности (ИР) и ожирения.
ВВ из адипоцитов мышей с ожирением запускают активацию макрофагов и ИР. В то же время, экзосомы, полученные из стволовых клеток жировой ткани, улучшают чувствительность к инсулину и приводят к снижению веса у мышей с ожирением. А ВВ из крупных, наполненных жиром, адипоцитов могут стимулировать синтез липидов у мелких адипоцитов в культуре клеток (Samuelson I., 2018).
«Молекулярные посылки», отправляемые старыми (сенесцентными) клетками, оказывают существенное влияние на организм (рис.6). Сенесцентные клетки выделяют больше ВВ, чем молодые, что приводит к провоспалительному сигналу. В то же время, с возрастом в плазме крови наблюдается снижение концентрации ВВ (в период с 30 до 70 лет), что может быть вызвано истощением пула стволовых клеток. Получается, что сигналы «старых» клеток растут, а «молодых» — падают.
При этом, при старении клеток происходит изменение состава ВВ, как РНК, так и белкового. У пожилых снижается количество галектина-3, который участвует в созревании остеобластов, что является одной из причин снижения образования костей с возрастом. Крупные EV, изолированные из плазмы пожилых или сенесцентных эндотелиальных клеток, приводили к кальцификации клеток гладких мышц аорты (Takasugi M., 2018).
«Лидерами» в производстве экзосом считаются стволовые клетки.
Начиная с 2010 года пристальное внимание исследователей привлекают экзосомы мезенхимальных стволовых клеток (MSCs). Дело это не такое простое, так как изучение культивируемого MSCs белкового состава показывает большое разнообразие и количество белков: в среднем, около 400. При этом, около 150 из них — общие для разных партий культивируемых MSCs.
Видимо, они оказывают комплексное воздействие на организм, эффект от которого сравним с использованием самих стволовых клеток.
Но при этом у экзосом более высокий профиль безопасности. На моделях грызунов изучали возможность использования экзосом при повреждении почек, печени, сердечной недостаточности и для регенерации скелетных мышц. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки и образованные из них MSC (iMSCs), судя по всему, превосходят мезенхимальные по количеству производимых экзосом и также активно изучаются с целью терапевтического воздействия (Yanning Liu, 2017).
Одним из примеров сложной в высшей степени сигнализации с участием ВВ является нервная система (НС). Она требует особенно высокого уровня интерактивного обмена между сенсорными и моторными нейронами, интернейронами и глией.
Показано, что при деполяризации кортикальные нейроны высвобождают ВВ, содержащие различные белки (молекула клеточной адгезии L1 (L1CAM), Glycosylphosphatidylinositol-anchored proteins (GPI-APs) и glutamate receptor subunit GluR2/3), регулируя таким образом синоптическую активность.
Недавно было обнаружена роль ВВ в нервном развитии через миРНК-несущие ВВ в эмбриональной спинномозговой жидкости (eCSF) как грызунов, так и людей. Добавление eCSF-производных ВВ к нервным стволовым клеткам активировало путь mTORC1, увеличивая скорость пролиферации этих стволовых клеток.
Также известно, что нейроны утилизируют рецепторы нейромедиаторов и миРНК посредством ВВ для регулирования их возбудимости. ВВ выпускаются практически из всех типов клеток в мозге, включая нейральные стволовые/прогениторные клетки, нейроны, астроциты, олигодендроциты и микроглии, а также шванновские клетки и нейроны периферической НС (Breakefield X.O., 2016).
ВВ-сигнализация имеет особое значение в регуляции физиологической функции ЦНС, и астроциты, микроглия, олигодендроциты и нейроны общаются друг с другом через секрецию ВВ. И эта коммуникация на основе ВВ может простираться за пределы ЦНС.
Результаты последних исследований показывают, что при воспалении ВВ, полученные из нервных стволовых клеток, индуцируют активацию провоспалительных цитокинов, сигнальных молекул в иммунных клетках (Indiveri C., 2019). Что показывает потенциальную роль для ВВ-опосредованных перекрестных связей между ЦНС и иммунной системой за пределами гематоэнцефалического барьера.
Кстати, ВВ — первый способ, которым можно ответить «нет» поклонникам. Именно так и поступает яйцеклетка после оплодотворения, выделяя в своих ВВ рецепторы к сперматозоидам и предотвращая таким образом полиспермию.
ВВ в семенной жидкости играют важную роль в оплодотворении, защищая сперматозоиды в женских половых путях и регулируя их подвижность и созревание.
Многочисленные функции ВВ в физиологии спермы основаны на способности переносить молекулы либо в сперматозоиды, либо в иммунные клетки женского репродуктивного тракта. Сперматозоиды вступают в контакт с несколькими типами ВВ, которые могут затем способствовать оплодотворяющей способности, изменяя молекулярный состав и поведение. Сперматозоиды вступают в контакт с простасомами.
Было высказано предположение, что простасомы играют роль в регуляции конденсирования и экзоцитоза акросом. Это сложная серия биохимических и биофизических изменений, которые сперматозоиды претерпевают в треке женских половых органов, чтобы приобрести свойства для оплодотворения и достичь ооцита (Yáñez-Mó M., 2015).
Клетка постоянно балансирует на грани принятия решений. Не ломается только тот, кто не работает. А это явно не про наши клетки.
Внешний стресс (термический, физический, химический) и внутренний стресс (оксидативный) — это реалии жизни каждой клетки, приводящие к всевозможным повреждениям. Клетка оснащена широким арсеналом контроля качества для их распознавания.
Если повреждение незначительное, то ферменты пытаются его починить (например, аккуратно свернуть нарушенный белок). Если слишком сильные, клетка (или ее часть) погибнет в ходе аутофагии. Но между этими двумя решениями есть еще спектр решений, способных «спасти» гомеостаз в клетке. Среди них — высвобождение «поломанных» вредоносных компонентов при помощи ВВ (рис.7).
Долгое время после открытия ВВ считались всего лишь пакетами с мусором (избыточный и поломанный белок и др.). Ну, просто у клеток нет централизованного мусоропровода, как в многоэтажке, поэтому свои «кульки с мусором» они выбрасывают, как «нехорошие» люди во двор — в межклеточное пространство. Уже потом обнаружили, что это не отходы клетки, а важные факторы сигналинга и репрограммирования, которые «подбрасываются» не под дверь соседу, а ищут конкретный клеточный адресат.
Тем не менее, роль «очистки» в поддержании гомеостаза экзосомы все же выполняют. И кто бы мог подумать, что клеточным мусором может быть такая ценная молекула, как ДНК.
История открытия началась в сенесцентных клетках, у которых существенно возрастает секреция везикул. Ученые решили заблокировать избыточную секрецию — вдруг клетки теряют много полезных веществ и поэтому становятся сенесцентыми?
Но они не то что не стали моложе, это спровоцировало рост АФК и ответ на повреждение ДНК, DDR (DNA Damage Response). Ядерные фрагменты накапливались и распознавались сенсором цитоплазматической ДНК — STING.
STING — важный игрок врожденного иммунитета: он распознает вторжение вирусов и бактерий в клетку, стимулируя выработку интерферона 1, и реагирует на свою ДНК, если та не на положенном месте, не в ядре (Akiko Takahashi, 2017).
Цитоплазматическая ДНК детектируется сенсором ДНК как опасный сигнал, что приводит к активации врожденного иммунитета.
Даже в несенесцентных клетках ингибирование секреции ВВ увеличивает количество внутрицитоплазматической ДНК и индуцирует апоптоз и/или арест роста (Masaki Takasugi, 2018).
Таким образом, экзосомы помогают удалять «вредную» цитоплазматическую ДНК из клеток, поддерживая клеточный гомеостаз. Этот же механизм может использоваться не только для удаления своей «нежелательной» ДНК, но и для удаления наследственного материала вирусов из клетки.
Изучение состава экзосом показало, что селективное высвобождение вредоносных, отслуживших компонентов клетки не ограничивается ДНК. Сюда также относится выделение неправильно свернутых и агрегированных белков (Gabriela Desdín-Micó, 2017).
Выделение липидов также может происходить, хотя этот процесс менее изучен. Использование куркумина на клетках с поврежденным антипсихотиками гомеостазом приводило к высвобождению ЛПНП в виде везикул, улучшая показатели липидного гомеостаза.
Но навести гомеостатический порядок — это не только выбросить мусор, но и необходимость задействовать более тонкие механизмы. Если вам кто-то не дает что-то делать дома, просто отправьте его погулять. Примерно так и поступают клетки с репрессорами дифференцировки, например.
Выделение РНК и микро-РНК регулирует экспрессию генов при активации или трансформации клеток. Например, при индукции мышечной атрофии клетки выделяют фактор miR-23, который подавлял FoxO, стимулирующий развитие атрофии. При активации лимфоциты «отправляют в свободное плавание» miR-150, репрессора их дифференцировки.
Также клетки может «избавляться» от активной каспазы 3, ритуального кинжала, которым она планировала совершить харакири, но по тем или иным причинам передумала.
«Выбрасываться» из клетки при помощи ВВ может и более «крупный» мусор. Например, митохондрии.
Митохондрии — очень важные органеллы клетки, которые известны благодаря способности обеспечивать клетку энергией АТФ в процессе кислородного дыхания.
Клетка должна следить за качеством своих митохондрий: если в них что-то нарушается, они начинают производить большое количество активных форм кислорода, что приводит к оксидативному стрессу и к гибели клетки. Поврежденные митохондрии клетка удаляет в процессе митофагии: испорченная митохондрия отмечается специальной меткой, образуется аутофагосома и митохондрия «переваривается».
Особенно за качеством митохондрий должны следить стволовые клетки. Стволовые клетки получают энергию в основном за счет гликолиза, а не за счет кислородного дыхания, так как чувствительны к оксидативным повреждениям, и митохондрии у них должны поддерживаться в незрелом, очень юном состоянии.
Но процесс «удаления» поврежденных митохондрий довольно сложный и энергозатратный. Более того, стволовым клеткам могут «вредить» даже вполне хорошие, но уже достаточно зрелые, митохондрии. Поэтому мезенхимальные стволовые клетки научились передавать задачи утилизации митохондрий на аутсорс. Они упаковывают митохондрию в ВВ и отправляют к макрофагам, которые ее ловят и даже могут использовать для увеличения своей биоэнергетики ( Donald G.Phinney, 2015).
Такой тип митофагии — «митофагия на аутсорс», или трансмитофагия, может быть использована также в других клетка.
Так, митохондрии ретинальных ганглиозных клеток подвергаются лизосомальной деградации в астроцитах головки зрительного нерва. Исследуют возможность такого типа митофагии в длинных отростках нервных клетках, так как деградация митохондрии может происходить только в теле нейрона (там присутствуют лизосомы), а до него митохондрии необходимо пройти длительный путь отростка нейрона. Гораздо удобнее было бы «упаковать» ее в пакет с мусором и отправить на утилизацию, например, в астроцит (Chung-ha O.Davis, 2014).
Могут митохондрии передаваться при помощи ВВ не только в качестве мусора, но и в качестве «спасительной посылки первой помощи».
Так, астроциты могут отправлять митохондрии, упакованные с АТФ и липидами, к нейронам при ишемических состояниях и острой необходимости в поддержании энергетики клетки. В противном случае есть риск гибели нейронов. Такая вот своеобразная «первая помощь» для восстановления гомеостаза (Falchi A.M., 2013; Caicedo A., 2017).
При этом, митохондрии сами по себе тоже могут использовать ВВ как средство для упаковки образованного мусора, и это важный этап контроля их качества (Ayumu Sugiura, 2014).
Матричная, или информационная, или белок—кодирующая, РНК (мРНК, mRNA) является матрицей для синтеза аминокислотной белковой последовательности, из которой потом образуется тот или иной белок. На нее «переписывается» информация с ДНК в ядре клетки, а потом мРНК отправляется в цитоплазму к рибосомам, где и происходит сборка будущего белка.
Если такую матрицу «упаковать» в экзосому и отправить клетке-адресату, то в ней может синтезироваться белок даже не характерный для данного типа клеток.
Интересно, что изучение ряда клеток опухолей показало, что определенная доля мРНК идет только «на экспорт», т.е. обнаруживается только в ВВ, выделяемых данной клеткой, но не обнаруживается в самой клетке.
Таким образом, экзосомальная мРНК является функциональной и может переходить в процесс трансляции к таргетной клетке, непосредственным образом влияя на производство белка в клетке-мишени.
В исследовании Ratajczak, опубликованном в 2006 году, автор выделил везикулы из культивированных стволовых клеток и обнаружил, что эти везикулы содержат РНК (Ratajczak, 2006), которая может быть доставлена к другим типам клеток (например, гемопоэтические клетки-предшественники).
Этот перенос молекулярной информации побуждал клетки-реципиенты вырабатывать маркерные белки, характерные для плюрипотентных, эволюционно гибких стволовых клеток, из которых возникли везикулы.
Это открытие имело важное значение для регенеративной медицины. Внеклеточные везикулы из стволовых клеток, в том числе и индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, могут быть использованы для прямого восстановления поврежденной ткани. Более того, такой подход позволил бы избежать необходимости введения пациентам потенциально иммуногенных клеток.
По мнению ученых, используя везикулы, полученные из стволовых клеток, возможно было бы проводить терапию стволовыми клетками без этих клеток. Как показали исследования, внеклеточные везикулы несут РНК с регенеративным потенциалом. Везикулы, полученные из эндотелиальных клеток-предшественников, вызывали прорастание новых капиллярообразных кровеносных сосудов (Karen Hopkin, 2016).
МикроРНК(miRNA) — это маленькие некодирующие однонитевые РНК (по ним нельзя собрать белок). Они не кодируют белки сами, но широко известна их способность влиять на экспрессию генов: микроРНК могут влиять на синтез белка, ингибируя трансляцию мРНК. То есть прибыв в клетку-мишень, посылка с микроРНК может коренным образом изменить ее работу.
«Упаковка» микроРНК в везикулы защищает ее от нуклеаз на пути до таргетной клетки. Интересно, что микроРНК может упаковываться в везикулы сразу с белками, необходимыми для ее процессинга или работы (Samuelson I., 2018).
Большую роль играет транспорт микроРНК с экзосомами в становлении и метастазировании опухолевых процессов.
Последние годы активно изучается роль экзосомальной микроРНК в нейродегенеративных заболеваниях (мозг содержит 70% известных микроРНК), мышечной саркопении и дегенерации сетчатки (Kim K.M., 2017).
Длинная некодирующая РНК (днкРНК, lncRNA). Этот класс РНК был открыт около 30 лет назад, но только последние годы начала проясняться их роль в жизни клетки. Они участвуют в контроле организации хроматина, транскрипции генов, трансляции белков, сборке макромолекулярных суперкомплексов.
Данный тип РНК изучали в ВВ клеток опухоли. Вероятно, она работает «в связке» с микроРНК. Служат ли везикулы с днкРНК своеобразной «губкой», которая потом «ловит» везикулы с микроРНК, либо же они способствуют загрузке микроРНК в экзосомы, до конца не ясно.
Кольцевые РНК (circRNA) относятся к некодирующим РНК, обнаруживаются в эукариотических клетках, образуются при помощи альтернативного сплайсинга и являются достаточно долгоживущими (у них нет концов, которые могли бы расщепиться эндонуклеазами).
Перенос ДНК при помощи ВВ изучен гораздо в меньшей степени, чем различных видов РНК. Тем не менее, ВВ могут переносить ДНК как в виде небольших ее фрагментов (около 100 п.о.), так и внушительных размеров цепи (несколько миллионов п.о.). При чем большая часть ДНК, переносимая ВВ, связана с их внешней мембраной, а не упакована внутрь пузырька, как это происходит с другими молекулами.
Внеклеточные функции РНК данного типа еще не до конца изучены, вероятно, они выполняют регуляторную роль.
Недавно было показано наличие и стабильность кольцевых РНК в везикулах, выделяемых раковыми клетками, что позволяет их использовать в качестве потенциального чувствительного и специфичного биомаркера для ранней диагностики (Daniele Fanale, 2018).
Роль переноса ДНК от клетки к клетке еще не до конца изучена. Недавнее исследование показало, что поверхностно-связанная ВВ-ДНК играет важную роль в связывании ВВ с фибронектином, (Nemeth A., 2017) гликопротеином внеклеточного матрикса, который имеет жизненно важное значение в процессах, связанных с прогрессированием опухоли (Wang J.P., 2017).
Единого мнения касательно того, может ли ДНК, доставленная с ВВ, функционировать в клетке-реципиенте, еще нет. Показано, что некоторые фрагменты ДНК, связанные с ВВ, содержат целые гены с промоторной и терминаторной областями (Gezsi A., 2019; Sukhvinder G., 2019). Эксперименты на модельном растении Arabidopsis thaliana показали, что ДНК, транспортируемая при помощи ВВ, может интегрироваться в геном клетки-реципиента, что подтверждает идею о горизонтальном трансфере ДНК при помощи ВВ (Stefanie Fischer, 2016).
Помимо двуцепопчечной ДНК в ВВ могут переноситься и другие ее типы, например, митохондриальная ДНК (мтДНК). В частности, исследуется роль переноса в онкологии молочной железы и других типах рака (Sansone P., 2017). МтДНК в микроокружении опухоли могут приводить к активации нейтрофилов и неблагоприятным прогнозам овариального рака (Singel K.L., 2018).
Помимо этого, концентрация внеклеточной мтДНК является важным маркером хронического воспаления, сопровождающего старение и нейродегенеративные заболевания.
Одним из путей выделения мтДНК в межклеточное пространство является ее упаковка в экзосомы (Anna Picca, 2018). При этом увеличение количества внеклеточной мтДНК сопровождает не только связанное с возрастом хроническое воспаление в мозге, но и, вероятно, вносит вклад в патогенез аутизма. Так, было показано, что в сыворотке крови детей с аутизмом было большое количество ВВ с мтДНК, провоцирующей воспалительные процессы через активацию микроглии (Irene Tsilioni, 2018).