SIGNAL TRANSDUCTION AND ENDOCYTOSIS
ЭНДОЦИТОЗ: РОЛЬ В ПЕРЕДАЧЕ СИГНАЛОВ

SIGNAL TRANSDUCTION AND ENDOCYTOSIS: CLOSE ENCOUNTERS OF MANY KINDS
Alexander Sorkin & Mark von Zastrow
Nature Reviews Molecular Cell Biology 3, 600 -614 (2002)

Связывание гормонов, ростовых факторов и др. модуляторов с рецепторами клеточной поверхности запускает сложный набор событий передачи сигналов. Активация многих рецепторов ускоряет также их эндоцитоз. Endocytic транспорт является важным в регуляции передачи сигналов и в обеспечении формирования специализированных сигнальных комплексов. Напротив, события сигнальной трансдукции модулируют специфические компоненты эндоцитотической кухни (machinery).


(Рис.1.)  |  Endocytic transport itineraries of receptor tyrosine kinases.


(Рис.2.)  |  Endocytic transport itineraries of G-protein-coupled receptors.


(Рис.3.)  |  | Desensitization and resensitization of G-protein-coupled receptors during endocytosis.


(Рис.4.)  |  Role of endocytosis in Notch signalling in Drosophila.


(Рис.5.)  |  Termination of receptor-tyrosine-kinase signalling in multivesicular bodies.


(Рис.6.)  |  Hypothetical model of signalling complexes in endosomes.


(Рис.7.)  |  | Retrograde transport of endosomes containing TrkA signalling complexes in neurons.


(Рис.8.)  |  Endocytic protein complexes modified by signalling receptors.


(Рис.9.)  |  Protein complexes modified by signalling receptors in endosomes.

(Box 1) Pathways of receptor-mediated endocytosis

(Box 2) Visualization of signalling processes during endocytosis in living cells

Endosomal compartment An intracellular acidic membrane compartment to which receptors are delivered after endocytosis, and from which receptors are sorted to different intracellular destinations.
Receptor tyrosine kinase Transmembrane receptor that consists of extracellular ligand-binding domains, one helix membrane-spanning domain and a tyrosine kinase domain in the cytoplasmic part of the molecule.
G protein-coupled receptor A transmembrane receptor containing seven membrane- spanning helical domains, which functions as a ligand- dependent guanine nucleotide exchange factor to activate trimeric G proteins to interact with other signalling proteins.
Clathrin-coated pit The initial site of the recruitment of receptors destined for endocytosis and of the formation of a clathrin-coated vesicle.
Clathrin-dependent endocytosis endocytosis mediated by clathrin-coated pits and vesicles. Clathrin-independent endocytosis endocytosis that does not require clathrin.
Clathrin heavy chain The main structural protein of the clathrin coat (~170 kD) consisting of the hub, distal and proximal legs and the terminal domains.
E3 ubiquitin ligase The final enzyme complex in the ubiquitin-conjugation pathway that transfers ubiquitin from previous components of the pathway to the substrate protein to form a covalently linked ubiquitin– substrate conjugate.
RING domain A cysteine-rich tandem zinc-finger domain of 40–60 amino acids that is often found in e3 ubiquitin ligases.
HECT domain A domain that contains ~350 amino acids and is highly conserved among a family of e3 enzymes. The name HeCT for stands for homologous to e6-AP carboxyl terminus.
Multivesicular body An endosomal intermediate containing small membrane vesicles that are formed by inward invagination and budding from the limiting membrane.
HRs–sTAM A ubiquitin-binding protein complex that functions as an adaptor for cargo sorting to the multivesicular body and lysosome pathway.
Intraluminal vesicle A small vesicle located inside multivesicular bodies that are formed by esCrT (endosomal sorting complex required for transport)-mediated invagination of the limiting membrane of these endosomes.
Trimeric G protein A family of cytoplasmic signal mediators composed of an α-subunit containing a GTP-binding site and intrinsic GTPase activity, together with a hydrophobic and often acylated β- and γ-protein subcomplex. The β- and γ-protein subcomplex is activated by dissociation of α-GTP, which is initiated by GTP exchange on the α-subunit.
FYVE domain Phosphatidylinositol 3-phosphate binding domain of ~60–65 amino acids that is named after four cysteine- rich proteins — fab1, YOTB/ ZK632.12, Vac1, and early endosome antigen 1 — that it has been found in.
PX domain A lipid- and protein-interaction domain that consists of 100–130 amino acids and is defined by sequences that are found in two components of the phagocyte NADPH oxidase (PHOX) complex.
Lysophosphatidic acid A phospholipid derivative that acts as a potent signalling molecule owing to the fact that it activates several G protein-coupled receptors. It is often formed by phospholipase D, which removes the choline group from lysophosphatidylcholine.
soma Cell body portion of a neuron that contains the nucleus.
Retrograde signalling The process by which ligands released from a post-synaptic cell regulate events in a neuron synapsing onto that cell.
Pheochromocytoma A rare catecholamine-secreting tumour derived from chromaffin cells, which are neuroendocrine cells found in the medulla of the adrenal gland.
Macropinosome A large vesicle filled with extracellular fluid and formed through macropinocytosis.
PH domain A phosphoinositol-binding protein domain that is characteristic of the rNase PH family of bacterial phosphatedependent ribonucleases.
Leucine zipper A leucine-rich domain in a protein that binds to other proteins with a similar domain.
Metalloendopeptidase An enzyme which functions as an metalloproteinase endopeptidase.
Depolarization A change in a cell’s membrane potential, making it less negative, which in neurons and other excitatory cells may result in an action potential.


(Рис.1.)  |  endocytosis regulates signalling from the plasma membrane.


(Рис.2.)  |  Signalling processes that begin at the cell surface and continue in the requirement of endocytosis for GPCR signalling to endosomes


(Рис.3.)  |  Signalling complexes specifically assembled in endosomes.

(Box 1) Pathways of receptor endocytosis

(Box 2) The ubiquitylation pathway

(Box 3) Regulation of Notch signalling by endocytosis


(Табл.1.)  | Examples of proteins with a dual function in signalling and endocytosis



Linton M. Traub
Tickets to ride: selecting cargo for clathrin-regulated internalization
Nature Reviews Molecular Cell Biology 10, 583-596 (September 2009) | doi:10.1038/nrm2751


Клатрином обеспечиваемый эндоцитоз надзирает за постоянной упаковкой избранных мембранных грузов в транспортные пузырьки, которые сливаются с ранними эндосомами.Этот процесс отвечает за активацию сигнальных рецепторов ионных каналов, быстро очищая пост-трансляционно нагруженные формы груза из плазматической мембраны. Чтобы приспособиться к разнообразным наборам трансмембранных белков, которые по-разному собираются в формирующиеся пузырьки,соответствующие сортирующие аппараты кооперируются, чтобы гарантировать, что неконкурентное поглощение с клеточной поверхности будет происходит в течение минут. Недавние структурные и функциональные данные выявили удивительную пластичность в том, как несопоставимые сортинг-сигналы распознаются с помощью груз-избирательных клатриновых адапторов, таких как AP-2. Загрузка грузов также, по-видимому, управляет, будет ли в конечном итоге покрыт зачаток или будет абортивно демонтирован на клеточной поверхности.
Многие receptor tyrosine kinases (RTKs) и G-protein-coupled receptors (GPCRs) подвергаются быстрому эндоцитозу после активации их лигандами и затем перемещаются через ряд эндосомных компартментов. Рецепторы м. подвергаться рециклингу, возвращаясь в плазматическую мембрану после эндоцитоза или м. сохраняться в multivesicular bodies (MVBs), закрепляясь в нижних частях MVB и высвобождаясь в лизосомы.
Эндоцитоз играет существенную роль в контроле количества сигнальных рецепторов и их лигандов на клеточной поверхности и во внеклеточной среде, тем самым снижая или увеличивая интенсивность передачи сигналов рецепторами. Во время развития, эндоцитотическая machinery действует разными путями, чтобы регулировать передачу сигналов с помощью растворимых факторов и мембранных факторов за счет установления градиентов и регуляции доступности ростовых факторов.
Многие факторы роста остаются связанными с эндоцитозированными рецепторами и поддерживают активность рецепторов в эндосомах. Эта устойчивая активация рецепторов позволяет сигнальным белкам связывать рецепторы в эндосомах. Некоторые нижестоящие сигнальные белки, которые участвуют в MAPK путях также обнаруживаются с эндосомах, которые содержат интернализованные RTKs и GPCRs.
В нейрональных клетках, endocytosed TrkA рецепторы остаются активированными в эндосомах. TrkA рецепторы, которые активированы и интернализованы в окончаниях аксонов передают сигналы MAPKs не только локально в аксонах, но и в клеточных телах, куда они транспортируются в эндосомах.
Ингибирование эндоцитоза RTKs или GPCRs с помощью доминантно-негативных мутаций эндоцитотических белков ведет к нарушению активации MAPK путей в некоторых экспериментальных системах. Это говорит о том, что эндоцитоз является существенным для активации MAPK.
Активация сигнальных рецепторов ведет к фосфорилированию и убиквитилированию некоторых компонентов клатриновой оболочки. Эти модификации м. вносить свой вклад в специфические механизмы лиганд-индуцированного эндоцитоза RTKs и GPCRs.
Signal-индуцированное убиквитилирование эндосомных белков и активация эндосомных энзимов выполняет важную роль в сортировке RTKs и GPCRs на лизосомный путь деградации белка. В MVBs, ubiquitylated рецепторы взаимодействуют с белками, несущими ubiquitin-взаимодействующие мотивы, это ведет к помещению рецепторов во внутрь пузырьков MVBs.

Alexander Sorkin (emails: alexander.sorkin@ ucdenver.edu) and Mark von Zastrow
Endocytosis and signalling: intertwining molecular networks NATURE REVIEWS | Molecular cell Biology volume 10 |no 9, SEPTEMBER 2009 |P. 609-622

Cell signalling and endocytic membrane trafficking have traditionally been viewed as distinct processes. Although our present understanding is incomplete and there are still great controversies, it is now recognized that these processes are intimately and bidirectionally linked in animal cells. Indeed, many recent examples illustrate how endocytosis regulates receptor signalling (including signalling from receptor tyrosine kinases and G protein-coupled receptors) and, conversely, how signalling regulates the endocytic pathway. The mechanistic and functional principles that underlie the relationship between signalling and endocytosis in cell biology are becoming increasingly evident across many systems.


Клетки воспринимают окружающую среду и общаются др. с др. посредством лигандом индуцированной активации сигнальных рецепторов на клеточной поверхности. Сигнальные рецепторы, подобно др. интегральным белкам плазматической мембраны, вступают на эндоцитотический путь и рассортировываются по разным эндосомным компартментам. Эндоцитоз регулирует передачу клеточных сигналов более просто, контролируя количество рецепторов, доступных для активации на плазматической мембране, а активация рецепторов или подавление эффекторов часто стимулируют эндоцитоз рецепторов. Исследования receptor tyrosine kinases (RTKs) и G protein-coupled receptors (GPCRs) выявили множество примеров этих взаимоотношений, которые функционируют как гомеостатические регуляторные петли. чтобы предупреждать избыточную лигандом индуцируемую активацию нижестоящих эффекторов. Эта парадигма может быть также распространена и на др. рецепторы, включая таковые для transforming growth factor-β (TGFβ), cytokines, Wnt и Notch. Более того, функционально важные взаимоотношения между передачей сигналов и эндоцитозом чётко обнаруживаются у червей, мух, рыбок данио, лягушек и мышей.
Становится ясно. что эндоцитоз влиять на передачу сигналов и наоборот, передача сигналов рецепторами регулирует эндоцитотический аппарат. Это стирает традиционные линии, которые разделяют передачу сигналов и эндоцитоз как на механическом, так и функциональном уровнях. Идентифицированы некоторые клеточные белки, которые участвуют в передаче сигналов и эндоцитозе. Это ограничивает степень, с которой можно экспериментально независимо манипулировать с аппаратами передачи сигналов и эндоцитоза, это ставит задачу выяснения более специфических взаимоотношений между ними. Существует уже огромная коллекция опубликованных работ по этому вопросу и многочисленны недавние обзоры, затрагивающие эти аспекты.
D этом обзоре мы обсудим ограниченные субнабор исследований, которые иллюстрируют основные признаки связи передачи сигналов и эндоцитоз.

Mechanisms of receptor endocytosis


Эндоцитоз основных сигнальных рецепторов стимулируется лигандом-индуцированной активацией. Активированные сигнальные рецепторы используют ту же самую эндоцитотическую кухню, что и др. эндоцитотические грузы (BOX 1). Как RTK epidermal growth factor receptor (EGFR) , так и различные GPCRs, такие как β2-adrenergic receptor (β2AR), подвергаются быстрому эндоцитозу посредством clathrin-покрытых ямок. В самом деле. имеются доказательства, что действительно каждое семейство сигнальных рецепторов подвергается clathrin-dependent endocytosis (CDE), и эти доказательства преимущественно получены при физиологических условиях. В то же самое время имеются также доказательства, показывающие, что некоторые рецепторы, включая GPCRs, RTKs, TGFβ, Wnt и Notch рецепторы, подвергаются clathrin-independent endocytosis (CIE). Однако точный механизм CIE и степень его вклада в эндоцитоз рецепторов in vivo остаются неясными.
Adaptor proteins in receptor endocytosis. Некоторые RTKs и GPCRs, interferon (IFN), TGFβ и др. сигнальные рецепторы, как полагают рекрутируются в покрытые клатрином ямки за счет непосредственного взаимодействия tyrosine- и di-leucine-based мотивов в их цитоплазматических доменах с clathrin адапторным протеиновым комплексов AP2 (refs 4,6,7). Некоторые др. адапторные белки, такие как Epsin, epidermal growth factor receptor substrate 15 (EPS15) и Dishevelled, как полагают, связывают сигнальные рецепторы с клатриновой оболочкой. Однако мол. механизмы, регулирующие CDE большинства сигнальных рецепторов полностью не установлены. CDE различных GPCRs с помощью β-arrestins (или non-visual arrestins) находится среди наиболее четко установленных примеров. β-arrestins соединяются как с активированными GPCRs, так и с компонентами тяжелой цепи клатрина клатриновой оболочки, так и с AP2, и, , следовательно, действуют как эндоцитотические адапторы. Эта адапторная функция обеспечивается с помощью лигандом индуцированной активации рецепторов и с помощью GPCR kinase-индуцированным фосфорилированием цитоплазматических остатков серина и треонина рецепторов. Активированные GPCRs, как полагают, индуцируют конформационные изменения в β-arrestins, которые в результате экспозируют свой оболочку связывающий спиральный домен и позволяют ему соединяться с рецепторами с высоким сродством. β-arrestins также соединяются с phosphatidyl inositol-4,5-bisphosphate (PtdIns(4,5)P), который способствует плазматической мембране рекрутировать β-arrestins и увеличивает их эндоцитотическую активность. β-arrestins регулируются с помощью фосфорилирования и дефосфорилирования и они могут подвергаться убиквитилированию, которое катализируется с помощью mDm2 (ref. 14), это также увеличивает из рекрутирование на мембрану за счет неизвестного механизма.
Ubiquitylation in receptor endocytosis. Многие сигнальные рецепторы сами по себе модифицируются с помощью убиквитилирования (BOX 2). Моно убиквитилирование GPCR Ste2, как известно, способствует эндоцитозу и вакуолярной доставке у почкующихся дрожжей. Последующие исследования различных GPCRs и RTKs в клетках животных показали. что убиквитилирование несущественно для их CDE. Однако ubiquitin может служить в качестве одного из направляющих сигналов клатрином-покрытых ямок для EGFR, высокого сродства nerve growth factor receptor (NTRK1; также известного TRKA) и Notch. Обычно e3 ubiquitin лигазы, содержащие RING domains или HECT domains рекрутируются, чтобы активировать рецепторы непосредственно или через посредство промежуточных адапторов. Напр., growth factor receptor-bound protein 2 (GRB2) действует как адаптор, чтобы рекрутировать E3 ubiquitin лигазу Casitas B lineage lymphoma (CBl) на EGFRs и mET рецепторы. Убиквитилированные рецепторы преимущественно рекрутируются на покрытые клатрином ямки за счет взаимодействия с ubiquitin-binding domains (UBDs). которые присутствуют в Epsin и EPS15. Убиквитилирование может также регулировать доступность мотивов интернализации рецепторов для AP2 (refs 7,22).
Post-endocytic receptor trafficking. После интернализации сигнальные рецепторы сортируются, чтобы подвергнуться рециклингу и эндосомной деградации тем же самым способом, что и др. эндоцитотические грузы (BOX 1). Хотя рециклинг рассматривается как привычный маршрут груза из эндосом, сегодня установлено, что мотивы специфических последовательностей и специфические взаимодействия контролируют рециклинг некоторых сигнальных рецепторов. Важным признаком эндосомной сортировки многих сигнальных рецепторов является эффективная доставка этих рецепторов в поздние эндосомы и лизосомы для деградации. Лигандом индуцированное убиквитилирование играет ключевую роль в доставке на лизосомы и подавлении многих сигнальных рецепторов. Ubiquitin-управляемая сортировка в multivesicular bodies (mvB) обеспечивается с помощью набора мультибелковых комплексов, которые ассоциируют с эндосомной мембраной и которые коллективно обозначаются как ESCRT 0 (endosomal sorting complex required for transport 0), ESCRT I, ESCRT II and ESCRT III (rev. 24,25). Одним из главных компонентов ESCRT 0 является Hrs-sTAM (hepatocyte growth factor-regulated tyrosine kinase substrate-signal transducing adapter molecule) комплекс. который, как полагают. взаимодействует непосредственно с убиквитилированными рецепторами посредством uBD из HRS и облегчает рекрутирование ESCRT I на MVB мембрану. Комплексы ESCRT I-ESCRTIII необходимы для образования intraluminal vesicles (ILVs) из MVBs (достигается за счет инволюции ограничивающей мембраны) и для рекрутирования энзимов, которые deubiquitylate рецепторы прежде, чем они будут упакованы в Ilvs. Убиквитилирование здесь выступает как основная посттрансляционная модификация, которая контролирует доставку разнообразных сигнальных рецепторов после эндоцитоза.

Endocytosis attenuates cell signalling


Лигандом индуцированный эндоцитоз сигнальных рецепторов, как полагают, является важным механизмом негативной регуляции на клеточной поверхности. Эндоцитоз рецепторов может ослаблять силу или продолжительность многих регулируемых плазматической мембраной сигнальных процессов за счет физического уменьшения концентрации рецепторов клеточной поверхности, доступных для лигандов (FIG. 1a). В некоторых случаях уменьшение количества поверхностных рецепторов не ослабляет максимальной сигнальной реакции, которая может быть вызвана лигандом, но вместо этого сдвигает взаимоотношения дозовой реакции, так что более высокие концентрации лиганда необходимы для запуска реакции той же самой величины. Это имеет физиологическое значение для установления ограниченной концентрации лиганда. Это также важно для трансляции, поскольку может вносить вклад в зависимые от времени изменения в необходимых дозах различных лекарств, которые используются в клинической практике.
Эндоцитоз сигнальных рецепторов происходит не униформно, так как при регуляции направленной инвазирующей миграции пограничных клеток во врем оогенеза у Drosophila melanogaster . Передача сигналов RTK осуществляется на ведущем крае клеток, чтобы передавать сигналы наведения. Передача сигналов с помощью RTKs расширяет свои границы в отсутствие CBL, который необходим для эндоцитоза RTK, и это ведет к тяжелым дефектам миграции клеток. Это указывает на то, что эндоцитоз RTK неэффективен в отсутствие CBl и поэтому передача сигналов не ослабляется на ведущем крае. Т.о., эндоцитоз гарантирует локальную реакцию на сигналы наведения путем пространственно ограниченной передачи сигналов.
Эндоцитоз рецепторов может также ослаблять клеточную передачу сигналов путем отделения рецепторов от плазматической мембраны, ограничивая субстраты или медиаторы (FIG. 1a). Передача сигналов GPCR через калиевые каналы плазматической мембраны, которая обеспечивается посредством связанных с мембраной β- и γ-субъединиц тримерных G белков, требует, чтобы рецепторы и G белки присутствовали в одной и той же мембране. Обеспечиваемая GPCR пердача сигналов посредством Cγ (PlCγ) нуждается в своём субстрате PtdIns(4,5)P2, который локализуется преимущественно в плазматической мембране. Сходным образом, передача сигналов PlCγ1 и phosphoinositide 3-kinase (PI3K) с помощью EGFR ингибируется за счет интернализации рецепторов благодаря отсутствию их липидного субстрата, PtdIns(4,5)P2, в эндосомах. В специализированном случае передачи сигналов Notch (see BOX 3), при которой лигандом является трансмембранный белок, доступность лигандом рецептора также регулируется и эндоцитозом лиганда.

Sustained signalling in endosomes


Эндосомы обладают многочисленными уникальными свойствами, которые совместно позволяют эндосомным мембранам служить в качестве важных сигнальных платформ по время передачи сигнаолов от различных рецепторов. Сюда входят: малый объём, который способствует ассоциации лиганд-рецептор и поддержанию активности рецепторов; длительное время пребывания активных рецепторов при медленной сортировке эндосом; способность использовать микротубулярный транспорт, чтобы перемещаться на длинные расстояния и в направлении ядра; обилие phosphatidylinositol 3-phosphate (PtdIns3P), который делеает возможной сборку комплексов, использующих FYVE домен и PX домен-содержащие белки; присутствие специфических резидентных белков, которые могут быть использованы для сборки специфических каркасных комплексов; и кислая pH, особенно в поздних эндосомах, которая благоприятствует активности протеолитических энзимов, которые участвуют в передаче сигналов. Многочисленные исследования подтвердили гипотезу, что эндосомная передача сигналов происходит и что типы эндосомной передачи сигналов могут быть подразделены на две группы: передача сигналов. которая происходит в эндосомах, но может также происходить и на плазматической мембране (discussed in this section) и передача сигналов, которая нуждается эндоцитозе рецепторов и/или происходит исключительно на эндосомных мембранах (discussed in the next section). Необходимо подчеркнуть, однако, что это деление эндосомной передачи сигналов не всегда столь однозначно. Эндосомная передача сигналов с результатом, который качественно сходен с таковым передачи сигналов плазматической мембраной, может обеспечиваться с помощью специфичных для эндосом сигнальных комплексов. Напротив, некоторые примеры специфичной для эндосом передачи сигналов ставятся под сомнение благодаря доказательствам, показавшим, что сходные события происходят также и на плазматической мембране.
Continuous RTK signalling in endosomes. В системах, в которых активные рецепторы быстро интернализуются, способность рецепторов передавать сигналы после эндоцитоза важна для гарантии достаточной продолжительности и интенсивности передачи сигналов - особенно in vivo, где лиганды часто ограничены. Однако эта способность нуждается в том, чтобы рецепторы оставались активными в эндосомах. Некоторые RTKs, напр., EGFR, остаются связанными с лигандами, фосфорилированными и активными в эндосомах вплоть до поздних стадий доставки эндосом. Выявление всех компонентов extracellular signal-regulated kinase (ERK)-mitogen-activated protein kinase (mAPK) каскада активации, включая GRB2, SH2 domain-containing transforming protein (SHC), son of sevenless (SOS), Ras белки, RAF, mAPK/ERK kinase 1 (mEK1) и mEK2, в эндосомах предоставляет неотразимые доказательства, что EGFR может продолжать передавать сигналы после эндоцитоза (FIG. 2a). Однако затруднительно однозначно доказать, что эндоцитоз EGFR и др. RTKs необходим для полной активации ERK. Некоторые эксперименты с использованием доминантно-негативных мутаций и малых интерферирующих РНК (siRNAs), чтобы находить белки, участвующие в эндоцитозе, подтвердили, что этот процесс необходим для активации ERK некоторыми RTKs, но многие сходные эксперименты привели к противоположному заключению. Хотя трудно примирить эти данные, может предположить, что вклад передачи сигналов от RTKs на mAPKs в эндосомах может зависеть от того, как быстро интернализуемые RTKs сортируются в компартменты деградации в определенных типах клеток и от специфических экспериментальных условий. Потребность эндоцитоза для полной активации ERK1 и ERK2 может быть объяснена существованием MAPK каркасного комплекса в поздних эндосомах (FIG. 2a). Этот комплекс состоит из MEK1 partner 1 (mP1) и p14 белка. Комплекс mP1-p14 закреплен на эндосомной мембране с помощью адаптора p18 и связывает MEK1, ERK1 и ERK2, облегчая тем самым фосфорилирование ERK1 и ERK2 (преимущественно ERK1) с помощью MEK1 (ref. 39). Нокдаун p14 в культивируемых клетках или генетический нокаут по p14 или p18 у мышей снижает базовую активность mEK1, mEK2, ERK1 и ERK2. Фенотип мышей, у которых p14 или p18 посланы в нокаут, несколько отличен от того, что p14, по-видимому, необходим для пролонгированной активности ERK, тогда как p18 не обязателен для EGF-обусловленной активации ERK1 и ERK2, но вместо этого он необходим для максимального фосфорилирования mEK1 и mEK2 в ранние временные точки после стимуляции EGF. Кроме того, было показано, что mP1-p14 регулирует p21-activated kinase 1 (PAK1)-зависимую активацию ERK во время адгезии и разрастания клеток, но что этот комплекс не нужен для активации ERK с помощью происходящего из тромбоцитов фактора роста. Т. о., mP1-p14 комплекс в регуляции ERK варьирует в зависимости от типа сигнальной системы.
Continuous GPCR signalling in endosomes. Было предположено, что активация каскада MAPK с помощью GPCRs исходит из эндосом. Первые доказательства были получены в экспериментах с использованием мутантного dynamin, чтобы ингибировать CDE, которые показали, что эндоцитоз GPCR β2AR необходим для полной активации ERK1 и ERK2 с помощью β2AR агониста isoproterenol. Впоследствии было установлено, что определенные GPCRs остаются ассоциированными с β-arrestins в эндосомах и что β-arrestins могут соединяться с различными киназами в MAPK сигнальных каскадах. Это ведет к развитию гипотезы 'signalling endosome' для GPCR-обусловленной активации ERK1, ERK2 и Jun N-terminal kinase. Эта концепция сходна с таковой для передачи сигналов RTK, описанной выше, т.к. β-arrestins действуют как ассоциированные с мембраной каркасы из MAPK модулей и др. зависимых от протеин киназ сигнальных процессов на эндосомах (FIG. 2a). Было предположено, что с помощью стабильного закрепления ERK на эндосомах, β-arrestins могут склоняться к передаче сигналов преимущественно в направлении цитоплазматических, чем ядерных ERK субстратов. Во многих случаях остается неясно, когда β-arrestin действует как каркас, происходящий из эндосомной мембраны или плазматической мембраны. Доказательства, что рекрутирование β-arrestin на плазматическую мембрану также может активировать ERK1 и ERK2 (ref. 46), указывает на то, что возникают, по-видимому, обе ситуации. Необходимо отметить, что как и при RTKs, разные эксперименты дают конфликтующие результаты в зависимости от потребности в эндоцитозе для передачи сигналов GPCR на MAPKs. Очевидно, что GPCRs могут активировать ERK как с плазматической мембраны, так и с эндосом и что вклад эндосомной передачи сигналов пропорционален времени пребывания комплекса GPCR-β-arrestin в эндосомах.
Активация передачи сигналов оси PI3K-Akt обычно рассматривается, как происходящая на клеточной поверхности, где стимуляция GPCR с помощью lysophosphatidic кислоты приводит к активации PI3K и Akt; т.е. обеспечивается с помощью G protein Gβ1γ2 (ref. 47) (FIG. 2a). Было предположено, что Gβ1γ2 также может транслоцироваться в эндосомы, где он соединяется с малой GTPase RAB11A и активирует эндосомный пул PI3K & изоформы и тем самым увеличивает пролиферативные и анти-апоптические эффекты стимуляции GPCR с помощью lysophosphatidic кислоты.
Retrograde endosome signalling in neurons. Расстояние между местом активации рецепторов и функционирования эффекторов может быть довольно большим в клетках нейронов. Нейротрофины, такие как nerve growth factor (NGF) и brain-derived nerve factor, продуцируются постсинаптическими клетками. Они активируют пре-синаптические NTRKs в дистальных окончаниях аксонов, чтобы поддержать передачу сигналов жизнеспособности в разных типах нейронов. Сигнал д. быть транспортирован из дистальных частей аксонов в тело, чтобы способствовать транскрипции антиапоптических генов. Пассивная диффузия сигнальных эффекторов слишком медленна, чтобы объяснить такую ретроградную передачу сигналов. Предпочтительной моделью ретроградной передачи сигналов является обусловленный dynein микротубулярный транспорт сигнальных эндосом, содержащих активированные NRTK сигнальные комплексы в тело нейрона (FIG. 2b). Эта модель базируется на нескольких линиях экспериментальных доказательств. Во-первых, ретроградный транспорт NGF-содержащих эндосом наблюдается непосредственно в живых нейронах. Во-вторых, эндоцитические пузырьки и эндосомы. изолированные из крысиных pheochromocytoma PC12 клеток и седалищных нейронов содержат фосфорилированные NTRK1, PlCγ1, PI3K и белки, которые участвуют в активации сигнальных каскадов Ras-ERK или RAP1- ERK. В-третьих, передача ретроградных сигналов жизнеспособности, которая индуцируется с помощью NGF и происходит в дистальных частях аксонов в компартментализованных культурах нейронов, может быть блокирована с помощью экспрессии мутантного dynamin или dynamitin, которые ингибируют CDE и dynein-зависимый транспорт, соотв. Интересно, что эндоцитоз и ретроградный транспорт NGF необходимы для NGF индуцированной активации ERK5 и фосфорилирования cAMP responsive element-binding protein (CREB) в теле нейрона. Напротив, активация NTRK1 с помощью связывания NGF в теле ведет к активации ERK1 и ERK2, этого недостаточно для фосфорилирования CREB и индукции передачи сигналов жизнеспособности. В клетках PC12 и нейронах седалищного и симпатических нервов NTRK1 и NTRK2 интернализуются с помощью CDE, а сигнальные эндосомы, содержащие интернализованные NTRK, обладают ранними эндосомными маркерами RAB5 и early endosome antigen 1 (EEA.1). Это указывает на то, что ретроградными эндоцитическими переносчиками являются ранние эндосомы. Была предложена и альтернативная модель на базе обнаружения маркера поздних эндосом RAB7 в ретроградных переносчиках, выделенных из двигательных нейронов мыши. Это исследование указывает на то, что ретроградный транспорт нуждается в замещении RAB5 на RAB7 на эндосомной мембране и что ретроградные носители являются пулом поздних эндосом.
Др. возможный сценарий ретроградного эндосомного транспорта базируется на интернализации активированных NTRK1 с помощью clathrin-независимого механизма, который нуждается в колебаниях плазматической мембраны и в экспрессии EH-domain containing 4 (EHD4; также известного как pincher у крыс). EHD4 обеспечивает образование крупных macropinosomes гетерогенной формы, которые содержат ILVs, которыми характеризуются MVBs, и транспортируются в тело клетки. Хотя существование ретроградных эндосом, несущих рецепторы, широко принято, считается, что ретроградная передача сигналов, по крайней мере в некоторых случаях, может обеспечиваться с помощью транспорта нижестоящих сигнальных эффекторов без транспортирования NGF и NTRK1. Использует ли такой транспорт эндосомы, неизвестно. Недавно сообщалось, что CREB может быть транслирован в дистальных частях аксонов и транспортирован в тело на сигнальных эндосомах.

Endosome-specific signalling


Путем предоставления платформ для сборки специфических сигнальных комплексов, эндосомные мембраны поддерживают сигнальные процессы, которые не могут происходить или происходят с низкой эффективностью на плазматической мембране. Несколько примеров специфичной для эндосом передачи сигналов.
TGFβ signalling in endosomes. Способность эндосом рекрутировать белки, содержащие PtdIns3P-связывающие домены, используется во время передачи сигналов рецепторов TGFβ. Интернализация TGFβ рецепторов - гетеротетрамеров, состоящих из type I рецепторного димера и type II рецепторного димера - позволяет типа I рецепторам взаимодействовать с FYVE домен-содержащим адаптором SARA (SMAD anchor for receptor activation) в ранних эндосомах (FIG. 3a). SARA ассоциирует также с мишенью рецептора SMAD2, и это делает возможным эффективное фосфорилирование SMAD2 с помощью TGFβ рецептора в эндосомах. SMAD2 затем диссоциирует от комплекса и взаимодействует с SMAD4, это ведет к транслокации этого SMAD2-SMAD4 комплекса в ядро, где он регулирует транскрипцию генов. Др. FYVE-домен содержащий белок, endofin, взаимодействует с TGFβ type I рецепторами и SMAD4, и, следовательно, потенциирует передачу сигналов TGFβ, облегчая образование комплекса SMAD2-SMAD4 в эндосомах. Однако сообщалось, что передача сигналов SMAD может быть инициирована с плазматической мембраны и в некоторых случаях не нуждается в эндоцитозе.
GPCR signalling in endosomes. Специфическое обнаружение FYVE домена ранними эндосомами используется также дрожжевым GPCR Ste2, чтобы генерировать специфичную для эндосом передачу сигналов. Активация Ste2 ведет к активации тримерного G белкового комплекса на плазматической мембране путем высвобождения Gβ-Gγ субкомплекса из GTP-связывающей α1 ce,]tlbybws (Gpa1); это обеспечивает передачу сигналов MAPK с плазматической мембраны. В то же самое время Gpa1 транслоцируется в эндосомы и после GTP гидролиза может соединяться с ассоциированным с эндосомами белком Vps15, который структурно гомологичен G белковой β-субъединице и ассоциирует с PI3K Vps34 (FIG. 3b). Gpa1 может затем быть активированным на эндосомах с помощью цитоплазматического guanine nucleotide exchange factor Arr4 и GTP-связанный Gpa1, как полагают, активирует Vps34 киназную активность, которая превращает PtdIns в PtdIns3P. Это увеличивает концентрацию PtdIns3P в эндосомах, способствуя тем самым рекрутированию FYVE домен-содержащего адапторного bud emergence protein 1 (Bem1) и др. PtdIns3P-связанных белков, которые последовательно усиливают активацию MAPKs и Cdc42 сигнальные каскады. Два недавних исследования подтвердили, что GPCRs млекопитающих также могут передавать сигналы посредством тримерных G белков, одинаково с тем, как происходит передача сигналов GPCR с плазматической мембраны. Иммуносупрессивное лекарство продуцирует персистирующий эндоцитоз и G-обусловленную передачу сигналов sphingosine 1-phosphate GPCR. G-обеспечиваемая передача сигналов thyroid-stimulating hormone GPCR усиливается с помощью эндоцитоза рецепторов и предполагаемые рецептор-содержащие эндосомы могут высвобождаться за счет субклеточного фракционирования передачи сигналов RTK в эндосомах. Специфические сигнальные комплексы могут быть собраны благодаря из рекрутированию на, располагающийся в ранних эндосомах белок RAB5. Было предположено, что эндосомы, содержащие EGFR, RAB5 и два гомолога RAB5 эффекторов APPL1 (adaptor protein, phosphotyrosine interaction, PH domain and leucine zipper-containing 1) и APPl2 могут служить в качестве специализированных сигнальных эндосом. APPLs закреплены на эндосомной мембране за счет взаимодействия с GTP-связанным RAB5, а также посредством своих PH и BAR (Bin1/amphiphysin/Rvs167) доменов, и они могут непосредственно или косвенно взаимодействовать с RTKs и др. рецепторами (FIG. 3c). APPL-содержащие эндосомы являются популяцией ранних эндосом, которые содержат RAB5но лишены EEA.1; поэтому было предположено, что APPLs и EEA.1 конкурируют за связывание GTP-связанного RAB5 (ref. 73). Приобретение PtdIns3P благодаря рекрутированию и активности VPS34 (также известного как PIK3C3) человека, гомолога Vps34 киназы дрожжей, которая превращает PtdIns в PtdIns3P, ведет к накоплению EEA.1 и к сопутствующей диссоциации APPLs в созревающих ранних эндосомах. Поразительно, но подавление APPL1 с помощью morpholinos у рыбок данио ведет к распространенному апоптозу во время развития. Этот эффект обеспечивается за счет инактивации сигнальной оси Akt-GSK3β (glycogen synthase kinase 3β) и может быть восстановлен за счет экспрессии функционального APPL1. Небольшой пул Akt и GSK3β обнаруживается временно ассоциированным с эндосомами. Напротив, сигнальная ось Akt-mTOR (mammalian target or rapamycin), по-видимому, не затрагивается нокдауном APPL1 и не участвует в эндосомной передаче сигналов. В культивируемых клетках HeLa млекопитающих, однако APPL-содержащие эндосомы, по-видимому, необходимы для активации ERK1 и ERK2 и для передачи сигналов Akt к GSK3β и mToR. В симпатических нейронах и PC12 клетках рекрутирование APPL белков, которые взаимодействуют с NTRK1 прямо или косвенно посредством адапторного белка GIPC (GAIP-interacting protein, C-terminus) с эндосомным NTRK1, также необходимо для активации как ERK, так и Akt и для NGF-индуцированного роста нейритов. Исследования на рыбках данио представляют собой строгий пример специфической роли APPL в анти-апоптической передаче сигналов Akt, но механизмы, с помощью которых APPLs контролируют активацию ERK1 и ERK2 неясны. Возможно, что увеличение концентрации APPL в эндосомах может задерживать RTK трафик и поэтому ведет к увеличению активности ERK.
Notch signalling in endosomes. Некоторые сигнальные системы обнаруживают преимущества присутствия и увеличения активности трансмембранных протеолитических энзимов в эндосомах для выполнения их функций. Напр., предполагается, что ко-компартментализация Notch и γ-secretase в эндосомах необходима для эффективного S3 отщепления Notch внутриклеточного домена и для физиологических уровней передачи сигналов Notch (BOX 3). Notch может быть также активирован лиганд-независимым способом за счет избыточной экспрессии E3 ubiquitin лигазы Deltex. Deltex способствует убиквитилированию и эндоцитозу Notch, приводя к накоплению Notch полной длины в MVBs, которые содержат маркеры поздних энодосом, которые необходимы для передачи сигналов Notch во время эмбрионального развития D. melanogaster (FIG. 3d). Было предположено, что потеря эктодомена Notch осуществляется в поздних эндосомах с помощью протеолитических энзимов в просвете этих компартментов. Это сопровождается высвобождением фрагмента внутриклеточного домена Notch с помощью γ-secretase, который затем накапливается на ограничивающей мембране поздних эндосом и лизосом. Интересно, что Deltex предупреждает инкорпорацию Notch в ILVs из MVBs за счет неизвестного механизма, делая тем самым Notch доступным для γ-secretase и позволяя фрагменту внутриклеточного домена Notch высвобождаться в цитоплазму.
Tumour necrosis factor signalling in endosomes. Комбинация ко-компартментализации с протеолитическими энзимами в эндосомах и эндосомных FYVE- PtdIns3P взаимодействий используется tumour necrosis factor receptor (TNFR) , чтобы способствовать передаче апоптических сигналов (FIG. 3e). Компоненты death-inducing signalling complex (DISC), FAS-associated death domain (FADD), TNFR-associated death-domain (TRADD) и receptor interacting protein 1 (RIP1) рекрутируются на лиганд-связанный TNFR на плазматической мембране. Однако cysteine protease caspase 8 рекрутируется на DISC и активируется за счет его аутопротеолитического расщепления в эндосомах, приводя к апоптозу. Механизмы, которые предупрждают активацию caspase 8 на плазматической мембране неизвестны. Содединение caspase 8 с DISC в эндосомах, по-видимому, сопровождается удалением RIP1 из комплекса. RIP1 является polyubiquitylated с помощью FYVE домен-содержащей E3 лигазы CARP2 (caspases 8 and 10-associated RING finger protein; также известной как RFll) в эндосомах и деградирует с помощью протеосом. Далее было предположено, что включение комплекса receptor- DISC-caspase 8 в ILVs из MVBs ведет к расщеплению pro-cathepsin D и активации нейтральной sphingomyelinase, которая способствует дополнительной передаче апоптических сигналов с использованием caspase 9 (ref. 79). Однако неясно, как DISC-caspase 8 комплекс, который будет локализован внутри ILVs как результат инволюции MVB, может получать доступ к pro-cathepsin D, который локализован в просвете MVBs.
Toll-like receptor signalling in endosomes. Некоторые сигнальные системы используют взаимодействия, которые базируются на обогащении эндосом PtdIns3P для их функции, тогда как Toll-like receptor 4 (TLR4) получает преимущества от того факта, что др. фосфолипид, PtdIns(4,5)P , истощается в эндосомах, чтобы переключиться с поверхностной на эндосом-специфическую передачу сигналов. Сборка связанных с лигандом комплексов TLR4 индуцируется присутствием липосахарида на клеточной поверхности. Затем активированный TLR4 взаимодействует с адапторным комплексом, используя TiR-domain-containing adaptor protein (TIRAP) и myeloid differentiation primary response protein 88 (MYD88), приводя к быстрой индукции активности MAPK p38 и ингибирующей NF-κB kinase-β. Взаимодействие TIRAP с PtdIns(4,5)P облегчает формирование TIRAP-MYD88 комплекса на плазматической мембране. После интернализации TIRAP-MYD88 комплекс диссоциирует от TLR4, возможно благодаря низкой концентрации PtdIns(4,5)P2 в эндосомах. Это позволяет адапторному комплексу использовать TRIF-related adaptor molecule (TRAM) и TIR-domain-containing adaptor protein inducing IFNβ (TRIF) , чтобы соединиться с тем же самым мотивом в интернализованном TLR4, приводя к эндосом-специфической активации IFN-regulatory factors (IRFs) и к индукции IFNb (FIG. 3f). Myristoylation TRAM облегчает взаимодействие TRAM-TRIF адапторного комплекса с эндосомными мембранами. Интересно, что некоторые др. члены TLR семейства, TLR3, TLR7 и TLR9, обнаруживаются в основном в эндосомном компартменте, где они обнаруживают вирусные нуклеиновые кислоты, которые высвобождаются после деградации вирусов. В самом деле в plasmacytoid дендритных клетках лигандом активированный TLR9 непосредственно взаимодействует с MYD88 и транскрипционным фактором IRF7, и эти комплексы сохраняются длительное время в эндосомах и избегают лизосомной деградации. Такая длительная локализация TLR9 в эндосомах, как показано, необходима для мощного ответа type I IFN.

Endosomal sorting regulates signalling


Рецепторами обеспечиваемая передача сигналов может заканчиваться с помощью сортировки интернализованных лигандом активированных рецепторов в ILVs из MVBs, эффективно изолирующей рецепторы от цитоплазматических эффекторов (BOX 1; FIG. 1a) и способствующей протеолизу рецепторов. Деградация рецепторов может также происходить в отсутствие лиганда. Мутанты D. melanogaster , у которых усилен независимый от лигнада эндоцитоз и доставка в лизосомы Notch (BOX 3), напр., обнаруживают фенотип потери функции в своих крыльях. Отсортировка рецепторов в ILVs, и последующая доставка в лизосомы обычно коррелирует с уровнем убиквитилирования рецепторов в эндосомах. Ингибирование убиквитилирования EGFR за счет мутаций сайтов конъюгации ubiquitin усиливает передачу сигналов EGFR. Напротив, увеличение убиквитилирования рецепторов за счет ингибирования деубиквитилирования ускоряет деградацию RTKs и подавляет передачу сигналов. Мыши, у которых энзим деубиквитилирования UBPY (также известный как USP8) нокаутирован условно, обнаруживают пониженные уровни экспрессии некоторых RTKs, это ведет к снижению скорости клеточной пролиферации и вызывает печеночную недостаточность у взрослых мышей. Однако RNAi-обусловленный нокдаун UBPY вызывает противоположный эффект (снижает деградацию EGFR) в культивируемых клетках млекопитающих, а нокдаун др. ассоциированного с эндосомами деубиквитилирующего энзима AMSH (also known as STAMBP) усиливает деградацию. Было предположено, что индивидуальные деубиквитилирующие энзимы оказывают разные эффекты на доставку в лизосомы в зависимости от их специфичности в отношении гидролиза сцеплений лизина 63 и лизина 48 и их роли в регуляции убиквитилирования ESCRT. RNAi нокдаун ESCRT 0 ubiquitin адаптора HRS в культивируемых клетках млекопитающих или мутации потери функции HRS у D. melanogaster, также усиливают передачу сигналов с помощью RTKs. Ингибирование трансляции HRS с помощью microRNAs (особенно miR296) усиливает активность рецептора vascular endothelial growth фактора и усиливает ангиогенез89-91 Ингибирование функции ESCRT I с помощью генного нокаута или с помощью истощения siRNA из его компонента tumor suppressor protein 101 усиливает рециклинг EGFR и поддерживает передачу его сигалов на ERK1 и ERK2, подобно ингибированию ESCRT 0 путем истощения HRS. Напротив, siRNA нокдаун VPS22 ( компонент ESCRT II ) или VPS24 (компонент ESCRT III) не влияет на активацию ERK. Это указывает на то, что сигнал завершения EGFR приходит после эндоцитоза, но находится выше ESCRT II89,93.
Доставка интернализованных рецепторов обратно на плазматическую мембрану скорее, чем в лизосомы может поддерживать передачу сигналов. Это наблюдается для различных GPCRs, таких как β2AR, передача сигналов которых посредством тримерных G белков ингибируется за счет фосфорилирования рецептора на плазматической мембране до эндоцитоза (FIG. 1b). Последующий эндоцитоз и RAB4-зависимый рециклинг этих GPCRs 'повторно сенсибилизирует' рецепторы, по-видимому, способствуя их дефосфорилированию с помощью ассоциированной с эндосомами phosphatase 2A. Хотя большинство таких исследований проделано на моделях культивируемых клеток, было показано, что RAB4-зависимый рециклинг необходим для поддержки нормальной физиологической чувствительности к β1ARs и β2ARs94,95 в интактной кардиальной мышце. Этот принцип был описан для двух др. GPCRs, calcitonin receptor-like receptor (CLR; also known as CALCRL) и neurokinin 1 receptor (NK1R; также известный как TACR1), активирующие лиганды которых деградируются с помощью metalloendopeptidase endothelin- converting enzyme (ECE1), который присутствует в ранних эндосомах. RNAi-обусловленная деплеция клеточного ECE1 ингибирует протеолиз лигандов и редуцирует рециклинг рецепторов. Это ведет к продолжительному снижению последующей чувствительности к рецептору, это указывает на то, что протеолиз лиганда способствует эффективному рециклингу рецептора и функциональной повторной сенсибилизации. Более того, мнение, что доставка интернализованных рецепторов обратно на плазматическую мембрану скорее, чем на лизосомы, может вместо этого поддерживать передачу сигналов было подкреплено в исследованиях передачи сигналов β2AR в изолированных кардиальных миоцитах. В этом случае лигандом индуцированная активация вызывает временное увеличение скорости клеточных сокращений, что обеспечивается за счет связи рецептора с Gs-типом тримерных G белков, сопровождаемым снижением обусловленного с помощью соединения рецептора с др. Gi-типа тримерными G белками. Это переключение специфичности связи G белок-рецептор нуждается в эндоцитозе и рециклинге β2AR, это указывает на то, что путь рециклинга вставляет рецепторы в специфические обогащенные Gi поверхностные домены.
Процесс сходный с повторной сенсибилизацией GPCR наблюдался и для RTKs, когда они активируются лигандами, которые диссоциируют от них в эндосомах. EGFR агонист TGFα, напр., отделяется от рецептора в кислых условиях эндосом. В этом случае EGFR не подавляется существенно и каждый преобразованный рецептор может быть активирован с помощью TGFα много раз. Судьба интернализованных сигнальных рецепторов может быть также определена по способу их интернализации. EGFRs, интернализованные посредством CDE рециклируют обратно на плазматическую мембрану более эффективно, а деградируют менее эффективно, чем рецепторы. интернализованные с помощью CIE. Эти различия в сортировке после эндоцитоза объясняют важную роль CDE для EGFR в передаче сигналов ERK и Akt. Сходные находки критической роли CDE для TGFβ рецепторов в передаче сигналов SMAD также были описаны. А именно, было предположено, что CDE усиливает интенсивность передачи сигналов, поскольку он перенаправляет TGFβ рецепторы с постоянного зависящего от липидных платформ эндоцитоза, который обычно направляет рецепторы на убиквитилирование и деградацию.

Signalling influences endocytosis


Существует огромная литература, описывающая, что эндоцитоз влияет на рецепторами обеспечиваемую передачу сигналов, меньше известно о том, как передача сигналов затрагивает эндоцитоз. Несмотря на это, ясно, что такая регуляция существует и некоторые примеры индуцируемых сигналами альтераций процесса эндоцитоза приведены ниже.
Regulation of CDE by signalling. ранние доказательства регуляции CDE с помощью передачи сигналов получены в морфологических исследованиях эндоцитоза EGFR в симпатических нейронах. Лигандом-индуцированная активация EGFR в этих клетках вызывает быстрое увеличение общего количества и плотность на поверхности клатрином покрытых ямок. Последующие исследования показали, что активация EGFR или NTRK1 увеличивает пул клеточного клатрина, который ассоциирует с плазматической мембраной HeLa или PC12 клеток, соотв., и это зависит от активности Src киназы. Было предположено, что Src киназы функционируют как нижестоящие медиаторы RTKs. чтобы увеличивать скорость образования de novo clathrin-покрытых ямок за счет фосфорилирования тяжелой цепи клатрина в области его hub домена, который контролирует сборку triskelion (BOX 1). Истощение AP2 редуцирует количество покрытых клатрином ямок в клетках HeLa, а активация EGFR в этих клетках ведет к образованию de novo клатрином-покрытых ямок, которые содержат EGFR и адаптор GRB2 (ref. 106). Эти покрытые клатрином ямки не содержат transferrin рецепторов, рецепторов поглощения питательных веществ, которые подвергаются постоянному эндоцитозу посредством покрытых ямок, это указывает на то, что активация EGFR вызывает образование специфичных для груза покрытых ямок в этих условиях. Однако EGF, как было показано, колокализуется с др. лигандами в клатрином покрытых ямках, включая transferrin, а различные clathrin адапторы, как было показано, униформно распределяются в клатрином покрытых ямках. Более того, наблюдение за эндоцитозом EGFR в живых клетках показало, что в клетках HeLa, экспрессирующих AP2 на физиологических уровнях, активированные EGFRs рекрутируются в уже существующие покрытые клатрином ямки. Степень, с которой EGFRs могут обеспечивать образование de novo покрытых ямок или могут ассоциировать с субнабором клатрином покрытых ямок, которые обладают специализированной композицией, остается неизвестной.
GPCRs такие как β2ARs также подвергаются регулируемому эндоцитозу, который обеспечивается с помощью концентрации агониста в пред-существующих покрытых клатрином ямках. β2ARs концентрируются униформно в клатрином покрытых ямках в HEK293 клетках, которые избыточно экспрессируют специфический адаптор β-arrestin, но в клетках, экспрессирующих β-arrestin на физиологических уровнях, лигандом активированные β2ARs избирательно концентрируются в части клатрином покрытых ямок. Присутствие β2ARs регулирует период, для которого индивидуальные покрытые ямки остаются на клеточной поверхности, как показывают измерения интервалов между закладкой клатрином покрытых ямок и разрезы мембран, с помощью механизма, участвующего в построении каркаса для рецепторов с кортикальным актином. Имеются также доказательства, что передача сигналов может менять аппарат клатрина более глобально. ранние доказательства этого были получены в исследованиях CDE в пресинаптических нервных окончаниях. Деполяризация пресинаптических окончаний вызывает быстрое дефосфорилирование многочисленных эндоцитических белков, включая dynamin и amphiphysin, это обеспечивается активацией calcineurin и усилением CDE компонентов пресинаптических везикулярных мембран. Активация Ephrin B рецептора с помощью Ephrin B ведет к фосфорилированию tyrosine в synaptojanin 1, phosphoinositol 5-phosphatase, которая участвует в удалении покрытия с клатрином покрытых пузырьков после интернализации. Фосфорилирование тирозина снижает активность synaptojanin 1 и тем самым влияет на клатрином-обеспечиваемый эндоцитоз transferrin и α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4 isoxazolepropionic acid рецепторов.
Regulation of endosomal sorting by signalling. передача сигналов может также регулироваться на более поздних стадиях эндоцитотического пути. В самом деле, активация EGFR замедляет процесс созревания эндсом и увеличивает количество ILVs в MVBs. Биохимия phosphoinositides, как полагают, играет роль в созревании эндосом на многих стадиях, включая инициальное образование ранних эндосом посредством рекрутирования EEA1 и высвобождения APPL на базе их разных специфичностей взаимодействия с липидами.
Передача сигналов с помощью нижестоящих киназ влияет на эндоцитоз и доставку эндосом по многим пунктам. Индуцированный стрессом p38 стимулирует образование RAB5 и GDI (GDP dissociation inhibitor) комплексов, которые ведут к ускорению эндоцитоза, преимущественно за счет высвобождения RAB5 в эндоцитические сайты на плазматической мембране или в места сборки микродоменов RAB5 в ранних эндосомах. Активация p38 также способствует интернализации EGFR, которые не связаны с лигандом. передача сигналов ERK1 и ERK2, по-видимому, регулирует созревание эндосом и деградацию груза, т.к. нокаут MEK1 в фибробластах устраняет перемещения эндосом в околоядерную область клеток и задерживает деградацию рецепторов. Недавно было установлено, что A-RAF изоформа семейства Raf kinase располагается в recycling эндосомах и необходима для активности малой GTPase ADP ribosylation factor 6 (ARF6). Нокдаун A-RAF или избыточная экспрессия доминантно-негативных A-RAF мутантов, снижает рециклинг transferrin рецепторов, хотя этот эффект не был оценен количественно. Поскольку MEK ингибиторы также влияют на рециклинг transferrin и активность ARF6, то A-RAF, по-видимому, осуществляет свои эффекты посредством активации ERK1 и ERK2. Активация protein kinase A (PKA)с помощью β2AR регулирует быстрый путь RAB4-зависимого рециклинга, не затрагивая более медленный путь рециклинга и такая регуляция обеспечивается за счет фосфорилирования самого рецептора. Неожиданно PKA-зависимая передача сигналов также регулирует рециклинг transferrin рецепторов, которые упакованы в те же самые пузырьки, это указывает на то, что общий мембранный ток затрагивается посредством пути специфического рециклинга.

Conclusions and future directions


Thousands of proteins are involved in intracellular signalling processes, and several hundreds comprise the machinery that controls endocytosis. Some of the key players in these two groups are discussed in this Review, and some examples of proteins with a role in both signalling and endocytosis are presented in TABLe 1. An adaptor protein can have dual functions by interacting with two alternative effectors. For instance, ?-arrestins mediate GPCR endocytosis by binding to clathrin and AP2 while participating in signal transduction by scaffolding the components of the mAPK pathway. Similarly, GRB2 functions in endocytosis by interacting with the E3 ubiquitin ligase CBl, whereas its function in signalling to Ras proteins is mediated by its interaction with SoS. Enzymes carry out two seemingly independent functions by modifying two alternative substrates. Kinases with a large range of substrates, such as protein kinase C and Src kinases, are involved in various signalling cascades but they can also modulate the endocytosis of receptors. Although the precise mechanisms of function of many such proteins remain to be elucidated, it is becoming increasingly clear that these proteins represent nodes at which endocytic and signalling networks substantially overlap. Such integration of molecules and processes suggests that signalling and endocytosis may behave as, and should be analysed as, a single molecular network.
Studies during the past decade have revealed that the functional interactions of cell signalling processes and endocytosis are important at all stages of morphogenesis during animal development, as well as in the regulation of cell proliferation, metabolism, motility, survival, differentiation and the immune response in adult organisms. In the central nervous system, for example, regulation of signalling by endocytosis has been implicated in neurodegenerative diseases, drug abuse, nerve regeneration and neuronal plasticity (for example, long-term depression and potentiation). The endocytic machinery is often affected in cancer cells, and these aberrations may underlie the specific properties of tumours and the sensitivity of these tumours to therapeutics targeting signalling receptors. Many relationships between signalling and endocytosis have begun to be elucidated at the cellular level, but we have a limited understanding of the mechanisms of endocytosis and signalling crosstalk under in vivo conditions. In vivo analysis of the role of this crosstalk in human pathologies will certainly benefit from expanding the repertoire of mouse models with genetically altered endocytosis and signalling pathways. of particular importance are tissuespecific and inducible models that may help to avoid the embryonic lethality that is often associated with altering the components of the basic endocytic and signalling machineries. Needless to say, further elucidation of the specific mechanisms linking signalling and endocytosis is crucial for developing such strategies of in vivo analysis and manipulation. Alexander Sorkin’s homepage: http://pharmacologyucdenver.edu/faculty/sorkin/sorkin.shtm
Сайт создан в системе uCoz