Vezikel

znotrajcelična ali zunajcelična struktura, ki jo sestavlja citosol ali druga tekočina, omejena z membrano iz lipidnega dvosloja

Vezikel[1][2][3][4][5] ali mešiček[6][7] (ponekod tudi mehurček[8] in vezikula[6]) je izraz, ki se v celični biologiji uporablja za znotrajcelično ali zunajcelično strukturo, ki jo sestavlja citosol ali druga tekočina, omejena z membrano iz lipidnega dvosloja, čigar glavni gradniki so fosfolipidne molekule. Vezikli se tvorijo naravno (spontano) med potekom procesov eksocitoze (izločanja ali sekrecije snovi) in endocitoze (sprejemanja snovi), v laboratorijih pa jih je mogoče umetno pripraviti, pri čemer tovrstnim mešičkom pravimo liposomi. Kadar je vezikel obdan z membrano iz enojnega lipidnega dvosloja, se imenuje tudi unilamelarni vezikel, v nasprotnem primeru uporabljamo izraz multilamelarni vezikli. Ker tudi celično membrano gradi lipidni dvosloj, v katerega so vstavljene številne različne beljakovine, je med vezikli in membrano mogoče zlivanje, ki igra pomembno vlogo pri že omenjenih procesih, endocitozi in eksocitozi. Mešički se lahko zlijejo tudi z drugimi celičnimi organeli. Če se vezikel nahaja zunaj celice, mu pravimo zunajcelični vezikel.

Model vezikla, ki ga gradijo v lipidni dvosloj urejeni fosfolipidi.

Vezikli opravljajo mnoge različne naloge, za katere so še posebej primerni, ker omogočajo ločitev tekočine od citosola in oblikovanje lastnega mikrookolja, ki se lahko bistveno razlikuje od razmer, prisotnih v citoplazmi celice. Mešički so tesno povezani z biokemijskimi reakcijami celične presnove, transportom, nadzorom nad celičnim vzgonom[9] in shranjevanjem hranil ter encimov. Obenem lahko delujejo kot prostor za izvajanje kemijskih reakcij.

Leta 2013 so Nobelovo nagrado za fiziologijo ali medicino dobili ameriški biokemik James Rothman, ameriški celični biolog Randy Schekman in nemško-ameriški biokemik Thomas Südhof, ki so se v svojih raziskavah posvetili zgradbi in vlogi celičnih veziklov, pri čemer so se ukvarjali predvsem s procesi v celicah kvasovk ter ljudi. Nepravilnosti v delovanju mešičkov naj bi imele pomembno vlogo pri razvoju Alzheimerjeve bolezni, sladkorne bolezni, nekaterih različicah epilepsije, določenih tipih raka in motnjah v delovanju imunskega sistema.[10][11]

Različne vezikularne struktureUredi

 
Vakuola in celično jedro v celici rastline Aloe vera

VakuolaUredi

Glavni članek: Vakuola

Vakuole so z membrano omejeni celični organeli, ki jih v glavnem sestavljajo voda in različni topljenci (tako organske kot anorganske molekule, ioni, občasno pa tudi snovi v trdnem agregatnem stanju). V rastlinskih celicah lahko najdemo eno veliko centralno vakuolo, ki v odraslih celicah pogosto predstavlja večino celičnega volumna in služi nadziranju procesa osmoze (tako imenovani osmoregulaciji) ter shranjevanju različnih snovi.[12] Pri nekaterih protistih se pojavljajo tako imenovane kontraktilne vakuole (ali kontraktilni mehurčki), ki so še posebej značilne za pripadnike debla migetalkarjev (Ciliophora), skupini praživali (Protozoa). Namenjene so črpanju vode iz citoplazme v okolico, da celica zaradi prevelike količine tekočine ne poči.[13] Organele, ki so podobni vakuolam in služijo sorodnim funkcijam, najdemo tudi v celicah živali[14] in bakterij.[15] Nastajajo z zlivanjem manjših veziklov.[12]

LizosomUredi

Glavni članek: Lizosom

Lizosom je z biotsko membrano obdan organel, ki v svoji notranjosti vsebuje razne hidrolitske encime. Udeležen je v številnih celičnih procesih; sodeluje pri razgradnji odvečnih ali odsluženih delov celice (na primer organelov) uporablja se pri zaščiti pred patogenimi organizmi (denimo bakterijami in virusi), pospešuje razpad makromolekul v manjše molekule (sposoben je razgradi vse tipe bioloških polimerov; lipide, nukleinske kisline, beljakovine in ogljikove hidrate[16]), pomembno vlogo pa ima tudi pri apoptozi (enemu izmed več tipov tako imenovane programirane celične smrti). Za lizosome je značilen nizek pH, zaradi česar je zelo pomembno, da se njihova vsebina ne izliva v citosol celice, ker bi lahko prišlo do neželene razgradnje celičnih organelov ali ključnih encimskih molekul.[17]

Transportni vezikliUredi

 
Brstenje in zlivanje veziklov

Vezikli so ključni pri prenašanju molekul iz enega dela celice v drugi del; na primer pri transportu beljakovin iz zrnatega endoplazemskega retikla, kjer so bile dokončno izdelane, do cis (o)mrežja Golgijevega aparata, kjer se zlijejo z membranami in sprostijo svojo vsebino v lumen Golgijevega aparata.[18] Iz trans (o)mrežja Golgijevega aparata se znova odcepljajo transportni vezikli, ki so na podlagi svoje vsebine in lastnosti ovojnice sortirani in odposlani na različne lokacije. Nekateri denimo vsebujejo protitelesa, ki se v sekrecijskih veziklih usmerijo proti celični membrani in nato z zlivanjem vezikla ter membrane izločijo iz celice.[19]

Sekrecijski vezikliUredi

Imenovani tudi sekretorni vezikli. So mešički, ki sodelujejo pri vezikularnem transportu vsebine (na primer hormonov in nevrotransmiterjev) od specifičnega organela do izbranega dela celične membrane, kjer v procesu eksocitoze (zlivanja veziklov z membrano) sprostijo molekule, ki jih prenašajo.[20]

Sekrecijski vezikli so ključni pri delovanju tkiv in ohranjanju normalnega stanja organov; tesno so povezani s potekom prebave, saj so odgovorni za izločanje encimov, ki povzročajo razgradnjo hrane v prebavnem traktu. Najdemo jih tudi v živčevju, kjer so posebni sinaptični vezikli prisotni na koncu živčnih celic ter služijo prenosu živčnih prenašalcev od ene do druge celice.[19] Pomembni so tudi pri prenašanju raznih endokrinih hormonov, ki jih izločijo v obtočila, od koder ti nato potujejo do ciljnega tkiva ali organa.[21] Veliko sekrecijski veziklov vsebuje molekulo adenozina trifosfata (ATP), ki jo tam pogosto najdemo v visokih koncentracijah in v kombinaciji z različnimi tipi nevrotransmiterjev.[22]

Zunajcelični vezikliUredi

Zunajcelični vezikli (tudi EV po angleškem izrazu extracellular vesicles) so mešički, ki jih obdaja lipidni dvosloj in se pojavljajo v vseh domenah življenja, od evkariontskih celic do gramnegativnih ter grampozitivnih bakterij, pa tudi mikroskopskih gliv.[23][24]

TipiUredi

Ločujemo dva glavna tipa:

 
Na sliki vidimo prikaz multivezikularnega telesa (MBV), v katerem se nahaja več eksosomov, ki so nato izločeni iz celice.
  • ektosom (mikrovezikel ali mikropartikel) je zunajcelični vezikel, ki meri od 100 do 1000 mikrometrov in nastane kot posledica brstenja od celične membrane ter sledeče odcepitve.[25]
  • eksosom je zunajcelični vezikel, ki meri od 30 do 120 mikrometrov in nastane v notranjosti celice, kot intraluminalni vezikel v multivezikularnem telesu, ki se nato zlije s celično membrano in naenkrat izloči večje število manjših eksosomov. Služi predvsem transportu beljakovin, DNK, RNK in lipidov.[26]

Zunajcelične vezikle lahko med seboj razlikujemo po gostoti[27] (na podlagi postopka diferencialnega centrifugiranja), velikosti in molekulah njihove površine.[28]

Pri ljudeh imajo znotrajcelični vezikli ključno vlogo pri koagulaciji (strjevanju krvi), medceličnem sporočanju in izločanju ekskretov.[27] Soudeleženi naj bi bili pri patofizioloških procesih več različnih bolezni, med katere spadajo tudi rakave bolezni.[29] Zunajcelični vezikli so bili prepoznani kot potencialni biološki označevalci (biomarkerji) zaradi svoje vloge pri medceličnem sporočanju, dostopu do mnogih telesnih tekočin in pomembnosti njihove vsebine za izločujoče celice.[30]

Zunajcelični vezikli se pojavljajo tudi pri bakterijah, kjer sodelujejo v odnosu parazita in gostitelja; mešički mnogih bakterij pomagajo pri prenašanju virulentnih dejavnikov (faktorjev) v gostiteljeve celice in uravnavanju ter prilagajanju gostiteljevemu imunskemu sistemu.[31] V morju živeče cianobakterije so bile opažene, da v odprti ocean precej pogosto izločajo vezikle, ki vsebujejo nukleinske kisline. V vzorcih kopenskih in morskih voda so bili najdeni mnogi mešički, ki nosijo DNK raznih vrst bakterij.[32]

Vezikli s plaščemUredi

 
Prikaz nastajanja klatrinskih veziklov

Klatrinski vezikli (mešički)Uredi

Med bolj poznane vezikle, ki jih poleg fosfolipidnega dvosloja sestavlja tudi kompleksno zgrajen plašč, spadajo klatrinski vezikli. Plašč se nahaja na zunanji, citosolni strani mešička in sestoji iz mnogih različnih makromolekul ter molekul, pri čemer so pomembnejše beljakovina klatrin in adaptorske beljakovine, ki so pogosto imenovane tudi adaptini. Klatrin se v plašč veže v ukrivljeni obliki, ki jo sestavljajo mnoge nitaste (fibrilarne) podenote, pri čemer je vsaka iz treh težkih ter treh lahkih verig. Vezikli nastanejo tako, da se na plazmalemi oblikuje klatrinski jarek, na katerega se pritrdijo ukrivljeno oblikovane klatrinske enote in adaptini. Postopoma se z ugrezanjem oblikuje kroglasta tvorba, ki se celične membrane kmalu drži samo še v tankem votlem podaljšku, ki je v obliki vratu in je obdan z GTP-azo, imenovano dinamin. Vezikel se dokončno odcepi zaradi hidrolize GTP na molekulo GDP in fosfat, saj proces povzroči skrčitev dinaminskih enot. Po končanem nastajanju vezikla se navadno odcepijo tudi klatrinske molekule in adaptini, ki zatem sodelujejo pri tvorbi novih mešičkov. Klatrinski vezikli so udeleženi pri transportu med trans Golgijevim (o)mrežjem in lizosomi, pomembno vlogo pa igrajo tudi pri procesu endocitoze.[33]

Koatomerni vezikli (mešički)Uredi

Drug tip plaščnih veziklov so tako imenovani koatomerni vezikli (mešički), katerih plašč sestavljajo COP-proteini (izraz izvira iz angleškega poimenovanja coated proteins). Koatomerne vezikle delimo v dve kategoriji, COP I in COP II mešičke. Nastanek teh dveh tipov je tesno povezan z GTP vezavnimi beljakovinami, pri procesu pa je nujna tudi molekula ATP, ki zagotavlja energijo za izvedbo. COP I vezikli sodelujejo pri prenašanju snovi od Golgijevega aparata proti endoplazemskemu retiklu, medtem ko drug tip, COP II mešički skrbijo za transport od endoplazemskega retikla v smeri Golgijevega aparata.[33]

Proces zlivanja veziklovUredi

Pred samim zlitjem vezikla z akceptorsko (sprejemno) membrano je nujno prepoznavanje med receptorji; poteči mora tako imenovana faza identifikacije. Najprej se odvije razgradnja (depolimerizacija) mešičkovega plašča, v procesu katere se izpostavijo integralne membranske beljakovine v-SNARE (ang. Soluble – SNAP Attachment Protein Receptor). Zatem se vzpostavi kompleks med beljakovinami v-SNARE in ustreznimi beljakovinami t-SNARE, ki se nahajajo na membrani akceptorja (sprejemnika) in kemično ustrezajo beljakovinam v-SNARE, pri procesu pa sodelujejo še druge molekule, med katere sodijo denimo Rab GTP-aze. Naslednja faza je zlitje membran, ki jo spremlja več različnih dogodkov; v notranjosti celice se denimo zviša koncentracija kalcija, membrana na območju zlivanja se začasno preuredi v nestabilno stanje in se nekoliko preoblikuje. Kompleks SNARE, iz veziklovih beljakovin v-SNARE in akceptorjevih beljakovin t-SNARE, razpade zaradi delovanja beljakovin kompleksa NSF/SNAP (ang. N-ethylmaleimide sensitive fusion protein/Synaptosomal-associated protein).[33]

SkliciUredi

  1. "Farmacevtski terminološki slovar". Inštitut za slovenski jezik Frana Ramovša. Pridobljeno dne 2021-01-03.
  2. "Botanični terminološki slovar". Inštitut za slovenski jezik Frana Ramovša. Pridobljeno dne 2021-01-03.
  3. "Termania - Slovenski medicinski slovar - vezíkel". www.termania.net. Pridobljeno dne 2021-01-03.
  4. "Termania - Mali leksikon biokemije in molekularne biologije - vezikel". www.termania.net. Pridobljeno dne 2021-01-03.
  5. Erdani-Kreft, Mateja.; Erman, Andreja.; Hudoklin, Samo, univ. dipl. biol.; Resnik, Nataša. (2015). Celična biologija (1. izd izd.). Ljubljana: Medicinska fakulteta, Inštitut za biologijo celice. ISBN 978-961-267-100-6. OCLC 938570032.CS1 vzdrževanje: Večkratna imena: authors list (link)
  6. 6,0 6,1 "Termania - Slovenski medicinski slovar - mešíček". www.termania.net. Pridobljeno dne 2021-01-03.
  7. Anselme, Bruno.; Richard, Daniel.; Périlleux, Eric (1999). Biologija človeka : anatomija, fiziologija, zdravje (1. izd., 1. natis izd.). Ljubljana: DZS. ISBN 86-341-1808-8. OCLC 445133606.
  8. Pickering, W. R.; Tiskarna Ljubljana) (1996). Biologija. Shematski pregledi (1. natis izd.). Ljubljana: Tehniška založba Slovenije. ISBN 86-365-0190-3. OCLC 444484893.
  9. Walsby, A. E. (1994–03). "Gas vesicles". Microbiological Reviews. Vol. 58 no. 1. str. 94–144. ISSN 0146-0749. PMC 372955. PMID 8177173.CS1 vzdrževanje: Date format (link) CS1 vzdrževanje: PMC format (link)
  10. CNN, By David Simpson. "Nobel medical prize goes to 2 Americans, 1 German". CNN. Pridobljeno dne 2021-01-03.
  11. "The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2013". NobelPrize.org (angleščina). Pridobljeno dne 2021-01-03.
  12. 12,0 12,1 Brooker, Robert J.,; Graham, Linda E., 1946-; Stiling, Peter D.,. Biology. Boston. ISBN 978-0-07-295620-7. OCLC 71800774.CS1 vzdrževanje: dodatno ločilo (link) CS1 vzdrževanje: Večkratna imena: authors list (link)
  13. "41.3A: Contractile Vacuoles in Microorganisms". Biology LibreTexts (angleščina). 2018-07-17. Pridobljeno dne 2021-01-04.
  14. Venes, Donald; Thomas, Clayton L.; Taber, Clarence Wilbur (2005). Taber's cyclopedic medical dictionary. [electronic resource]. Philadelphia : F.A.Davis Co. ISBN 978-0-8036-0655-5.
  15. Shively, Jessup M. (2006). Inclusions in prokaryotes. Berlin: Springer. ISBN 978-3-540-33774-4. OCLC 262692456.
  16. Cooper, Geoffrey M. (2000). "Lysosomes". The Cell: A Molecular Approach. 2nd edition (angleščina).
  17. "Lysosome". Genome.gov (angleščina). Pridobljeno dne 2021-01-04.
  18. "Transport Vesicle - an overview | ScienceDirect Topics". www.sciencedirect.com. Pridobljeno dne 2021-01-04.
  19. 19,0 19,1 "Vesicles: What are they? Types, structure, and function". www.medicalnewstoday.com (angleščina). 2020-06-29. Pridobljeno dne 2021-01-04.
  20. "Cellular component - Secretory vesicle". uniprot.org. Pridobljeno dne 4. januar 2021.
  21. "Secretory Vesicles - Neurotransmission - Neuroscience Antibodies - Antibodies by Function - Primary Antibodies - Products | Abcore". www.abcore.com. Pridobljeno dne 2021-01-04.
  22. Estévez-Herrera, Judith; Domínguez, Natalia; Pardo, Marta R.; González-Santana, Ayoze; Westhead, Edward W.; Borges, Ricardo; Machado, José David (2016-07-12). "ATP: The crucial component of secretory vesicles". Proceedings of the National Academy of Sciences (angleščina). Vol. 113 no. 28. str. E4098–E4106. doi:10.1073/pnas.1600690113. ISSN 0027-8424. PMID 27342860.
  23. Yáñez-Mó, María; Siljander, Pia R.-M.; Andreu, Zoraida; Zavec, Apolonija Bedina; Borràs, Francesc E.; Buzas, Edit I.; Buzas, Krisztina; Casal, Enriqueta; Cappello, Francesco (2015). "Biological properties of extracellular vesicles and their physiological functions". Journal of Extracellular Vesicles. Vol. 4. str. 27066. doi:10.3402/jev.v4.27066. ISSN 2001-3078. PMC 4433489. PMID 25979354.
  24. Théry, Clotilde; Witwer, Kenneth W.; Aikawa, Elena; Alcaraz, Maria Jose; Anderson, Johnathon D.; Andriantsitohaina, Ramaroson; Antoniou, Anna; Arab, Tanina; Archer, Fabienne (2018). "Minimal information for studies of extracellular vesicles 2018 (MISEV2018): a position statement of the International Society for Extracellular Vesicles and update of the MISEV2014 guidelines". Journal of Extracellular Vesicles. Vol. 7 no. 1. str. 1535750. doi:10.1080/20013078.2018.1535750. ISSN 2001-3078. PMC 6322352. PMID 30637094.
  25. "Termania - Mali leksikon biokemije in molekularne biologije - mikrovezikel". www.termania.net. Pridobljeno dne 2021-01-04.
  26. "Termania - Mali leksikon biokemije in molekularne biologije - eksosom". www.termania.net. Pridobljeno dne 2021-01-04.
  27. 27,0 27,1 van der Pol, Edwin; Böing, Anita N.; Harrison, Paul; Sturk, Augueste; Nieuwland, Rienk (2012–07). "Classification, functions, and clinical relevance of extracellular vesicles". Pharmacological Reviews. Vol. 64 no. 3. str. 676–705. doi:10.1124/pr.112.005983. ISSN 1521-0081. PMID 22722893.CS1 vzdrževanje: Date format (link)
  28. Mateescu, Bogdan; Kowal, Emma J. K.; van Balkom, Bas W. M.; Bartel, Sabine; Bhattacharyya, Suvendra N.; Buzás, Edit I.; Buck, Amy H.; de Candia, Paola; Chow, Franklin W. N. (2017). "Obstacles and opportunities in the functional analysis of extracellular vesicle RNA - an ISEV position paper". Journal of Extracellular Vesicles. Vol. 6 no. 1. str. 1286095. doi:10.1080/20013078.2017.1286095. ISSN 2001-3078. PMC 5345583. PMID 28326170.
  29. Dhondt, Bert; Rousseau, Quentin; De Wever, Olivier; Hendrix, An (junij 2016). "Function of extracellular vesicle-associated miRNAs in metastasis". Cell and Tissue Research. Vol. 365 no. 3. str. 621–641. doi:10.1007/s00441-016-2430-x. ISSN 1432-0878. PMID 27289232.
  30. Dhondt, Bert; Van Deun, Jan; Vermaerke, Silke; de Marco, Ario; Lumen, Nicolaas; De Wever, Olivier; Hendrix, An (junij 2018). "Urinary extracellular vesicle biomarkers in urological cancers: From discovery towards clinical implementation". The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. Vol. 99. str. 236–256. doi:10.1016/j.biocel.2018.04.009. ISSN 1878-5875. PMID 29654900.
  31. Kuehn, Meta J.; Kesty, Nicole C. (2005-11-15). "Bacterial outer membrane vesicles and the host–pathogen interaction". Genes & Development (angleščina). Vol. 19 no. 22. str. 2645–2655. doi:10.1101/gad.1299905. ISSN 0890-9369. PMID 16291643.
  32. Biller, Steven J.; Schubotz, Florence; Roggensack, Sara E.; Thompson, Anne W.; Summons, Roger E.; Chisholm, Sallie W. (2014-01-10). "Bacterial vesicles in marine ecosystems". Science (New York, N.Y.). Vol. 343 no. 6167. str. 183–186. doi:10.1126/science.1243457. ISSN 1095-9203. PMID 24408433.
  33. 33,0 33,1 33,2 Jezernik, Kristijan.; Sterle, Maksimiljan.; Omerzel Vujić, Erika.; Lampe Kajtna, Mojca. (2012). Celična biologija : učbenik za študente Medicinske fakultete (1. izd., 1. natis izd.). Ljubljana: DZS. ISBN 978-961-02-0286-8. OCLC 821110606.