Введение
В клеточной биологии микросомы — это гетерогенные, везикулоподобные артефакты (диаметр ~20–200 нм), формирующиеся из фрагментов эндоплазматической сети (ЭПС) при разрушении эукариотических клеток в лабораторных условиях; микросомы отсутствуют в здоровых, живых клетках. Грубые (содержащие рибосомы) и гладкие (не содержащие рибосомы) микросомы образуются из эндоплазматической сети в результате разрушения клеток. Внутреннее содержимое этих микросом идентично просвету эндоплазматической сети. Обе формы микросом могут быть очищены методом равновесной центрифуги в градиенте плотности. Грубые и гладкие микросомы различаются по своему белковому составу, и в грубых микросомах, за некоторыми исключениями для белков дрожжей, наблюдается одновременное протекание трансляции и транслокации.
In cell biology, microsomes are heterogeneous vesicle like artifacts (~20 200 nm diameter) re formed from pieces of the endoplasmic reticulum (ER) when eukaryotic cells are broken up in the laboratory; microsomes are not present in healthy, living cells. Rough (containing ribosomes) and smooth (without ribosomes) microsomes are made from the endoplasmic reticulum through cell disruption. These microsomes have an inside that is exactly the same as the endoplasmic reticulum lumen. Both forms of microsomes can be purified by a process known as equilibrium density centrifugation. Rough and smooth microsomes do differ in their proteins and rough microsomes have shown occurrence of translation and translocation at the same time besides certain exceptions from proteins in yeast.
Гипотеза о сигнале
Гипотеза сигнала была предложена Гюнтером Блобелем и Дэвидом Сабатини в 1971 году и утверждает, что уникальная пептидная последовательность кодируется мРНК, специфичной для белков, предназначенных для транслокации через мембрану ЭР. Этот пептидный сигнал направляет активную рибосому к поверхности мембраны и создает условия для переноса формирующегося полипептида через мембрану. Обобщение гипотезы сигнала, включившее сигналы для каждой органеллы и локализации внутри клетки, оказало влияние, выходящее далеко за рамки понимания механизмов таргетинга секреторных белков, поскольку впервые ввело понятие "топогенных" сигналов. До выдвижения гипотезы сигнала было практически невозможно представить, что информация, закодированная в полипептидной цепи, может определять локализацию белков в клетке.
Синтез белка без клеток
Это связано с синтезом белка в безклеточных системах. Синтез белка без микросом не позволяет включить белок в микросомы. Это означает, что при последующем добавлении микросомальных мембран удаление сигнальной последовательности не происходит. В присутствии микросом, синтез белка в безклеточных системах демонстрирует ко-трансляционную транспортировку белка в микросомы и, следовательно, удаление сигнальной последовательности. Этот процесс приводит к образованию зрелой белковой цепи. Исследования изучали процесс синтеза белка в безклеточных системах, когда микросомы лишаются связанных с ними рибосом. Это позволило прояснить некоторые детали, касающиеся сигнальных последовательностей эндоплазматического ретикулума. Обычно сигнальная последовательность секреторного белка удаляется только в том случае, если микросомы присутствуют во время синтеза белка, поскольку секреторный белок включается в микросомы. Транспорт белка не происходит при позднем добавлении микросом после завершения синтеза белка. Внедрение белка в микросому можно определить по нескольким факторам. Белок считается внедренным, если он устойчив к протеазам, становится чувствительным к протеазам в присутствии детергентов или гликозилирован ферментами, находящимися в микросомах. Кроме того, признаком внедрения белка является отщепление N-концевого сигнального пептида сигнальной пептидазой внутри микросомы, что может привести к уменьшению размера белка.
Эксперименты с пульсом-погоня
Микросомы также играют роль в экспериментах "Пульс-Чейз". Эксперименты "Пульс-Чейз" показали, что секретируемые белки перемещаются через мембрану эндоплазматического ретикулума при очистке мембран. Важно было отделить эндоплазматический ретикулум от остальной части клетки для изучения транслокации, но это невозможно из-за его хрупкости и взаимосвязанности. Это позволило микросомам войти в игру, поскольку они обладают большинством биохимических свойств эндоплазматического ретикулума. Микросомы образуются при гомогенизации клеток и формировании небольших замкнутых везикул с рибосомами снаружи, возникающих при распаде гранулярного эндоплазматического ретикулума. При обработке микросом протеазой было обнаружено, что полипептид, синтезируемый рибосомами, завершается в просвете микросом. Это происходит, даже если белки синтезируются на цитозольной стороне мембраны эндоплазматического ретикулума. Другие эксперименты показали, что микросомы должны быть введены до трансляции первых 70 аминокислот секреторного белка для его попадания в просвет микросом. В этот момент 40 аминокислот выступают из рибосомы, а следующие 30 аминокислот находятся в рибосомальном канале. Ко-трансляционная транслокация объясняет, что транспорт секреторных белков в просвет эндоплазматического ретикулума начинается с белка, все еще связанного с рибосомами и не полностью синтезированного. Микросомы можно концентрировать и отделять от других клеточных остатков с помощью дифференциального центрифугирования. Неповрежденные клетки, ядра и митохондрии осаждаются при 10 000 g (где g – ускорение свободного падения), в то время как растворимые ферменты и фрагментированный ЭР, содержащий цитохром P450 (CYP), остаются в растворе. При 100 000 g, достигаемом при более быстром вращении центрифуги, ЭР осаждается из раствора в виде осадка, а растворимые ферменты остаются в надосадочной жидкости. Таким образом, цитохром P450 в микросомах концентрируется и изолируется. Микросомы имеют красновато-коричневый цвет из-за присутствия гема. В связи с необходимостью многокомпонентной белковой системы микросомы необходимы для анализа метаболической активности CYP. Эти CYP в высокой степени представлены в печени крыс, мышей и людей, но присутствуют и во всех других органах и организмах. Для получения микросом, содержащих специфический CYP, или для получения большого количества активного фермента микросомы готовят из клеток Sf9 насекомых или дрожжей путем гетерологичной экспрессии. Альтернативно, экспрессия целых или усеченных белков в Escherichia coli также может быть выполнена. Следовательно, микросомы являются ценным инструментом для изучения метаболизма соединений (ингибирование ферментов, клиренс и идентификация метаболитов) и для изучения лекарственных взаимодействий в исследованиях in vitro. Исследователи часто выбирают партии микросом на основе уровня активности ферментов конкретных CYP. Некоторые партии доступны для изучения конкретных популяций (например, микросомы легких курильщиков или некурящих) или разделены на классификации для достижения целевых уровней активности CYP в исследованиях ингибирования и метаболизма. Микросомы используются для имитации активности эндоплазматического ретикулума в пробирке и проведения экспериментов, требующих синтеза белка на мембране. Они позволяют ученым выяснить, как белки синтезируются в ЭР в клетке, путем воспроизведения этого процесса в пробирке. Keefer и др. исследовали, как микросомы печени человека и гепатоциты человека используются для изучения метаболической стабильности и ингибирования в системах in vitro. Изучение их сходства и различий может пролить свет на механизмы метаболизма, пассивной проницаемости и транспортеров. Было показано, что пассивная проницаемость важна для метаболизма и ингибирования ферментов в гепатоцитах человека. Кроме того, эффлюкс P-гликопротеина играет меньшую роль в этой же области. Также микросомы печени более точно предсказывают клиренс in vivo, чем гепатоциты, когда они демонстрируют более высокий внутренний клиренс, чем гепатоциты.
МТП
Икбал, Джахангир и Аль Карни изучали микросомальный протеин переноса триглицеридов (МТП). МТП – это белок, резидентный в эндоплазматической сети, который способствует переносу нейтральных липидов к новообразующемуся аполипопротеину B. МТП имеет важное значение для пациентов с абеталипопротеинемией, вызванной мутациями МТП, поскольку влияет на сборку и секрецию липопротеинов, содержащих апоB. Эти мутации МТП связаны с отсутствием циркуляции липопротеинов, содержащих апоB. МТП также участвует в биосинтезе холестериновых эфиров и кластера дифференцировки 1d. Перенос сфинголипидов к липопротеинам, содержащим апоB, также входит в сферу действия МТП. МТП играет роль в гомеостазе липидов и липопротеинов и связан с определенными патофизиологическими состояниями и метаболическими заболеваниями. Ван и др. исследовали метаболизм лекарственных средств in vitro, используя микросомы печени человека и фракции S9 печени человека. Исследование выявило значительные различия между микросомами печени человека и фракциями S9 печени человека в концентрациях ферментов, метаболизирующих лекарственные средства, и транспортных белков. Были определены корреляции между этими ферментами и транспортными белками, метаболизирующими лекарственные средства, в отношении обеих печеночных препаратов.