Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Тип клеточного транспорта Транцитоз (также известный как цитоэмпсис) - это тип трансклеточного транспорта, в котором различные макромолекулы транспортируются по внутренней части клетки. Макромолекулы захватываются в пузырьках с одной стороны клетки, перемещаются через клетку и выталкиваются с другой стороны. Примеры переносимых макромолекул включают IgA, трансферрин и инсулин. Хотя транцитоз чаще всего наблюдается в эпителиальных клетках, этот процесс присутствует и в других местах. Капилляры крови являются хорошо известным местом для транцитоза, хотя он встречается в других клетках, включая нейроны, остеокласты и М-клетки кишечника.
Type of cellular transport
Transcytosis (also known as cytopempsis) is a type of transcellular transport in which various macromolecules are transported across the interior of a cell. Macromolecules are captured in vesicles on one side of the cell, drawn across the cell, and ejected on the other side. Examples of macromolecules transported include IgA, transferrin, and insulin. While transcytosis is most commonly observed in epithelial cells, the process is also present elsewhere. Blood capillaries are a well known site for transcytosis, though it occurs in other cells, including neurons, osteoclasts and M cells of the intestine.
Регулирование
Регулирование транцитоза сильно варьируется из-за множества различных тканей, в которых наблюдается этот процесс. Выявлены различные тканевые специфические механизмы транцитоза. Было показано, что брефелдин А, обычно используемый ингибитор транспорта ER к аппарату Гольги, ингибирует транцитоз в клетках почки собаки, что дало первые подсказки относительно природы регуляции транцитоза. Также было показано, что транцитоз в клетках собачьей почки регулируется на апикальной мембране Rab17, а также Rab11a и Rab25. Дальнейшие исследования клеток собачьих почек показали, что сигнальный каскад, включающий фосфорилирование EGFR с помощью Yes, приводящий к активации Rab11FIP5 с помощью MAPK1, повышает регуляцию транцитоза. Было показано, что транцитоз ингибируется комбинацией прогестерона и эстрадиола, сопровождаемой активацией, опосредованной пролактином, в молочной железе кролика во время беременности. Было показано, что фосфорилирование кавеолина 1, индуцированное перекисью водорода, имеет решающее значение для активации транцитоза в легочной сосудистой ткани. Следовательно, можно сделать вывод, что регулирование транцитоза является сложным процессом, который варьируется в зависимости от тканей.
The regulation of transcytosis varies greatly due to the many different tissues in which this process is observed. Various tissue specific mechanisms of transcytosis have been identified. Brefeldin A, a commonly used inhibitor of ER to Golgi apparatus transport, has been shown to inhibit transcytosis in dog kidney cells, which provided the first clues as to the nature of transcytosis regulation. Transcytosis in dog kidney cells has also been shown be regulated at the apical membrane by Rab17, as well as Rab11a and Rab25. Further work on dog kidney cells has shown that a signaling cascade involving the phosphorylation of EGFR by Yes leading to the activation of Rab11FIP5 by MAPK1 upregulates transcytosis. Transcytosis has been shown to be inhibited by the combination of progesterone and estradiol followed by activation mediated by prolactin in the rabbit mammary gland during pregnancy. In the thyroid, follicular cell transcytosis is regulated positively by TSH The phosphorylation of caveolin 1 induced by hydrogen peroxide has been shown to be critical to the activation of transcytosis in pulmonary vascular tissue. It can therefore be concluded that the regulation of transcytosis is a complex process that varies between tissues.
Роль в патогенезе
Благодаря функции транцитоза как процесса, который транспортирует макромолекулы через клетки, это может быть удобным механизмом, с помощью которого патогены могут вторгнуться в ткань. Было показано, что транцитоз имеет решающее значение для проникновения Cronobacter sakazakii через кишечный эпителий, а также через гематоэнцефалический барьер. Было показано, что Listeria monocytogenes попадает в просвет кишечника через трансцитоз через клетки чаши. Было показано, что шига-токсин, выделяемый энтерогеморрагической кишечной палочкой, транцитозируется в просвет кишечника. Из этих примеров можно сказать, что транцитоз жизненно важен для процесса патогенеза для различных инфекционных агентов.
Due to the function of transcytosis as a process that transports macromolecules across cells, it can be a convenient mechanism by which pathogens can invade a tissue. Transcytosis has been shown to be critical to the entry of Cronobacter sakazakii across the intestinal epithelium as well as the blood–brain barrier. Listeria monocytogenes has been shown to enter the intestinal lumen via transcytosis across goblet cells. Shiga toxin secreted by enterohemorrhagic E. coli has been shown to be transcytosed into the intestinal lumen. From these examples, it can be said that transcytosis is vital to the process of pathogenesis for a variety of infectious agents.
Клинические применения
Фармацевтические компании, такие как Lundbeck, в настоящее время изучают использование транцитоза в качестве механизма транспортировки терапевтических препаратов через человеческий гематоэнцефалический барьер (ГГБ). Использование собственного транспортного механизма организма может помочь преодолеть высокую селективность BBB, которая обычно блокирует поглощение большинства терапевтических антител в мозг и центральную нервную систему (ЦНС). Фармацевтическая компания Genentech, синтезировав терапевтическое антитело, которое эффективно ингибировало ферментативную функцию BACE1, столкнулась с проблемами передачи адекватных, эффективных уровней антитела в мозг. BACE1 - это фермент, который обрабатывает белки-прекурсоры амилоида в амилоидные β-пептиды, включая виды, которые агрегируются, чтобы сформировать амилоидные бляшки, связанные с болезнью Альцгеймера. Молекулы переносятся через эпителиальный или эндотелиальный барьер одним из двух путей: 1) транцеллюлярным путем через внутриклеточный отсек клетки или 2) парацеллюлярным путем через внеклеточное пространство между смежными клетками. Трансклеточный путь также называется транцитозом. Транцитоз может быть опосредован рецептором и состоит из трех этапов: 1) эндоцитоз молекулы, опосредованный рецептором, на одной стороне клетки, например, на луминальной стороне; 2) перемещение молекулы через внутриклеточный отсек, как правило, в эндосомной системе; и 3) экзоцитоз молекулы в внеклеточное пространство на другой стороне клетки, например, на аблюминальной стороне. Трансцитоз может быть однонаправленным или двунаправленным. Однонаправленный транситоз может происходить избирательно в направлении от луминальной к аблюминальной или в обратном направлении, в направлении от луминальной к аблюминальной. Транцитоз играет важную роль в микрососудистых пептидах и транспортировке белков в мозге, потому что микрососудистый эндотел мозга, который образует гематоэнцефалический барьер (ГББ) in vivo, вырабатывает уникальные, эпителиальные, высокорезистентные узкие соединения. Эндотелиальные узкие соединения мозга практически исключают параклеточный путь транспортировки растворенных веществ через микрососудистую стенку эндотелия в мозге. В отличие от этого, эндотелиальный барьер в периферических органах не выражает тесные соединения, и движение растворенного вещества через парацеллюлярный путь является заметным в эндотелиальном барьере в органах, отличных от мозга или спинного мозга. Рецепторно-посреднический транситоз, или RMT, через BBB является потенциальным путем доставки лекарств в мозг, особенно для биологических препаратов, таких как рекомбинантные белки. Нетранспортируемый препарат, или терапевтический белок, генетически сливается с транспортирующим белком. Транспортерный белок может быть эндогенным пептидом или пептидомиметическим моноклональным антителом, которое проходит МРТ через БББ через транспортировку на эндотелиальных рецепторах мозга, таких как инсулиновый рецептор или трансферринный рецептор. Транспортерный белок действует как молекулярный троянский конь, чтобы перенести в мозг терапевтический белок, который генетически сливается с рецепторным специфическим троянским белком. Моноклональные антитела-троянские лошади, которые нацелены на BBB-инсулин или трансферрин-рецептор, разрабатываются в течение более 10 лет в ArmaGen, Inc., биотехнологической компании в Лос-Анджелесе. ArmaGen разработал генетически модифицированные антитела против инсулина и трансферриновых рецепторов и слиял с этими антителами различные терапевтические белки, включая лизосомные ферменты, терапевтические антитела, рецепторы-приманки и нейротрофины. Эти терапевтические белки сами по себе не пересекают BBB, но после генетического слияния с антителом троянского коня терапевтический белок проникает в BBB со скоростью, сопоставимой с малыми молекулами. В 2015 году ArmaGen будет первым, кто вступит в клинические испытания на людях с помощью белков слияния троянской лошади BBB, которые доставляют белковые препараты в мозг через путь транситоза. Первоначально болезни человека, на которые нацелен ArmaGen, являются лизосомными заболеваниями, которые негативно влияют на мозг. Наследственные заболевания создают состояние, при котором не вырабатывается специфический лизосомный фермент, что приводит к серьезным заболеваниям мозга, включая умственную отсталость, поведенче...
Pharmaceutical companies, such as Lundbeck, are currently exploring the use of transcytosis as a mechanism for transporting therapeutic drugs across the human blood–brain barrier (BBB). Exploiting the body's own transport mechanism can help to overcome the high selectivity of the BBB, which typically blocks the uptake of most therapeutic antibodies into the brain and central nervous system (CNS). The pharmaceutical company Genentech, after having synthesized a therapeutic antibody that effectively inhibited BACE1 enzymatic function, experienced problems transferring adequate, efficient levels of the antibody within the brain. BACE1 is the enzyme which processes amyloid precursor proteins into amyloid β peptides, including the species that aggregate to form amyloid plaques associated with Alzheimer's disease. Molecules are transported across an epithelial or endothelial barrier by one of two routes: 1) a transcellular route through the intracellular compartment of the cell, or 2) a paracellular route through the extracellular space between adjacent cells. The transcellular route is also called transcytosis. Transcytosis can be receptor mediated and consists of three steps: 1) receptor mediated endocytosis of the molecule on one side of the cell, e. g. the luminal side; 2) movement of the molecule through the intracellular compartment typically within the endosomal system; and 3) exocytosis of the molecule to the extracellular space on the other side of the cell, e. g. the abluminal side. Transcytosis may be either unidirectional or bidirectional. Unidirectional transcytosis may occur selectively in the luminal to abluminal direction, or in the reverse direction, in the abluminal to luminal direction. Transcytosis is prominent in brain microvascular peptide and protein transport, because the brain microvascular endothelium, which forms the blood brain barrier (BBB) in vivo, expresses unique, epithelial like, high resistance tight junctions. The brain endothelial tight junctions virtually eliminate the paracellular pathway of solute transport across the microvascular endothelial wall in brain. In contrast, the endothelial barrier in peripheral organs does not express tight junctions, and solute movement through the paracellular pathway is prominent at the endothelial barrier in organs other than the brain or spinal cord. Receptor mediated transcytosis, or RMT, across the BBB is a potential pathway for drug delivery to the brain, particularly for biologic drugs such as recombinant proteins. The non transportable drug, or therapeutic protein, is genetically fused to a transporter protein. The transporter protein may be an endogenous peptide, or peptidomimetic monoclonal antibody, which undergoes RMT across the BBB via transport on brain endothelial receptors such as the insulin receptor or transferrin receptor. The transporter protein acts as a molecular Trojan horse to ferry into brain the therapeutic protein that is genetically fused to the receptor specific Trojan horse protein. Monoclonal antibody Trojan horses that target the BBB insulin or transferrin receptor have been in drug development for over 10 years at ArmaGen, Inc., a biotechnology company in Los Angeles. ArmaGen has developed genetically engineered antibodies against both the insulin and transferrin receptors, and has fused to these antibodies different therapeutic proteins, including lysosomal enzymes, therapeutic antibodies, decoy receptors, and neurotrophins. These therapeutic proteins alone do not cross the BBB, but following genetic fusion to the Trojan horse antibody, the therapeutic protein penetrates the BBB at a rate comparable to small molecules. In 2015, ArmaGen will be the first to enter human clinical trials with the BBB Trojan horse fusion proteins that delivery protein drugs to the brain via the transcytosis pathway. The human diseases initially targeted by ArmaGen are lysosomal storage diseases that adversely affect the brain. Inherited diseases create a condition where a specific lysosomal enzyme is not produced, leading to serious brain conditions including mental retardation, behavioral problems, and then dementia. Although the missing enzyme can be manufactured by drug companies, the enzyme drug alone does not treat the brain, because the enzyme alone does not cross the BBB. ArmaGen has re engineered the missing lysosomal enzyme as a Trojan horse enzyme fusion protein that crosses the BBB. The first clinical trials of the new Trojan horse fusion protein technology will treat the brain in lysosomal storage disorders, including one of the mucopolysaccharidosis type I diseases, (MPSIH), also called Hurler syndrome, and MPS Type II, also called Hunter syndrome. Researchers at Genentech proposed the creation of a bispecific antibody that could bind the BBB membrane, induce receptor mediated transcytosis, and release itself on the other side into the brain and CNS. They utilized a mouse bispecific antibody with two active sites performing different functions. One arm had a low affinity anti transferrin receptor binding site that induces transcytosis. A high affinity binding site would result in the antibody not being able to release from the BBB membrane after transcytosis. This way, the amount of transported antibody is based on the concentration of antibody on either side of the barrier. The other arm had the previously developed high affinity anti BACE1 binding site that would inhibit BACE1 function and prevent amyloid plaque formation. Genentech was able to demonstrate in mouse models that the new bispecific antibody was able to reach therapeutic levels in the brain. Genentech's method of disguising and transporting the therapeutic antibody by attaching it to a receptor mediated transcytosis activator has been referred to as the "Trojan Horse" method.