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Endo- und Exocytose

Die Rezeptor-vermittelte Endocytose

Einleitung: Pinocytose und Rezeptor-vermittelte Endocytose

Im Gegensatz zur Phagocytose, die nur in speziellen Situationen und von speziellen Zellen betrieben wird, ist die Pinocytose ein weit verbreiteter Mechanismus bei eukaryotischen Zellen.

Definition
Die Rezeptor-vermittelte Endocytose ist eine Sonderform der Pinocytose, bei der gezielt nur ganz bestimmte Moleküle aufgenommen werden. Diese Moleküle binden zunächst an spezifische Rezeptoren in der Zellmembran. Die Ligand-Rezeptor-Komplexe konzentrieren sich in besonderen Regionen der Zellmembran, so genannten " pits " (Vertiefung, Grube). An der Innenseite der pits bildet sich ein Gitter aus Clathrin-Molekülen aus, weshalb diese Vertiefungen auch clathrin-coated pits genannt werden.

Die clathrin-coated pits

Die clathrin-coated pits können bis zu zwei Prozent der Membranoberfläche einnehmen. Die Endocytose solcher Membranabschnitte ist ein schneller und ständig ablaufender Prozess. In kultivierten Fibroblasten beobachtet man beispielsweise, dass pro Stunde die Hälfte der Oberflächenproteine und Lipide internalisiert werden. Die Membranoberfläche bleibt dennoch konstant, da im Gegenzug durch Exocytose entsprechend Lipide und Proteine recycelt bzw. neu in die Membran eingebaut werden.

Aus einem clathrin-coated pits bildet sich durch weitere Anlagerungen von Clathrin-Molekülen in einem komplexen Zusammenspiel mit anderen Proteinen schließlich ein clathrin-coated vesicle . Bei der Abschnürung von der Zellmembran ist Dynamin beteiligt, das sich wie eine Halskrause um das sich abschnürende Vesikel legt und unter GTP-Hydrolyse schließlich zur Ablösung führt. Die Clathrin-Hülle hat einerseits die Funktion, durch Deformierung der Membran die Vesikelbildung zu unterstützen. Sie trägt aber auch durch verschiedene Wechselwirkungen zur selektiven Frachtaufnahme bei.

Die Clathrin-Hülle der Vesikel wird nach kurzer Zeit abgestreift. Dieses Abstreifen besorgt ein Chaperon-Protein namens Hsc70, das unter ATP-Verbrauch die Depolymerisation von Clathrin katalysiert. Auch die Clathrin-Moleküle werden recycelt und stehen damit für die Neuformierung von clathrin-coated vesicles wieder zur Verfügung.

Das seiner Hülle beraubte Vesikel - auch frühes Endosom (early endosome) genannt - fusioniert mit bestimmten Vesikeln (sorting vesicle) zu einem späten Endosom (late endosome). Diese haben schlauchähnliche Ausstülpungen und einen erniedrigten pH-Wert im Innern (pH 5-6). Dadurch dissoziieren Liganden und Rezeptoren, die Liganden sammeln sich im Lumen der Vesikel, während sich die Rezeptoren in den Ausstülpungen konzentrieren. Dort schnüren sich kleine Vesikel mit Rezeptoren ab und können so wieder recycelt und in die Plasmamembran eingebaut werden. Das verbleibende Vesikel mit seiner Fracht, den Liganden, verschmilzt mit Lysosomen. Die Fracht wird durch lysosomale Enzyme abgebaut und kann von der Zelle weiter verwertet werden. So werden Proteine z.B. in die entsprechenden Aminosäuren zerlegt, und aus LDL-Partikeln lassen sich Fettsäuren und Cholesterol gewinnen.

Abb.1
Rezeptor-vermittelte Endocytose über clathrin-coated vesicles am Beispiel des LDL-Rezeptors
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