EXOCYTOSE: PROCES, TYPEN, FUNCTIES EN VOORBEELDEN - BIOLOGIE - 2026

De exocytose is een proces waarbij materiaal door het celmembraan uit het celcytoplasma wordt uitgeworpen. Het komt voor via blaasjes die in de cel worden aangetroffen, exosomen genaamd, die samensmelten met het plasmamembraan en hun inhoud afgeven aan de externe omgeving. Het omgekeerde proces wordt endocytose genoemd.

Net als endocytose is het een proces dat uniek is voor eukaryote cellen. De functies van endocytose en exocytose moeten in een dynamische en nauwkeurige balans zijn om het celmembraan de grootte en samenstelling te behouden die het kenmerkt.

LadyofHats lettertype

Exocytose treedt in eerste instantie op in de cel om stoffen te elimineren die niet verteerbaar zijn door de spijsverteringsmachine en die tijdens het endocytische proces zijn binnengekomen. Bovendien is het een mechanisme dat wordt gebruikt voor de afgifte van hormonen op verschillende cellulaire niveaus.

Exocytose kan ook stoffen door een celbarrière transporteren, wat de koppeling van processen van binnenkomst en uitgang in de cel inhoudt.

Een stof kan van de ene kant van een bloedvatwand worden opgevangen door het proces van pinocytose, door de cel worden gemobiliseerd en aan de andere kant worden vrijgegeven door exocytose.

Wat zijn exosomen?

Exosomen zijn kleine membraanblaasjes van verschillende oorsprong die door de meeste celtypen worden uitgescheiden en waarvan wordt aangenomen dat ze een belangrijke rol spelen bij intercellulaire communicatie. Hoewel exosomen pas onlangs werden beschreven, is de belangstelling voor deze blaasjes de laatste jaren dramatisch toegenomen.

Deze ontdekking wekte hernieuwde belangstelling op voor het algemene veld van uitgescheiden membraanblaasjes, die betrokken zijn bij de modulatie van intercellulaire communicatie.

Exosomen werden aanvankelijk gezien als zeer specifieke cellulaire organellen met materiaal dat door de cel werd weggegooid omdat ze ongewenste moleculaire componenten of "metabole rotzooi" hadden. Ze werden ook gezien als een symbool van celdood omdat ze afvalstoffen bij zich hadden.

Echter, na de bevinding dat ze eiwitten, lipiden en genetisch materiaal bevatten (zoals moleculen die betrokken zijn bij regulatie, waaronder mRNA en microRNA), werd geconcludeerd dat ze cellen op een meer complexe manier kunnen beïnvloeden.

Werkwijze

Op dezelfde manier als endocytose, vereist het cellulaire secretieproces energie in de vorm van ATP, omdat het een actief proces is. Het Golgi-apparaat speelt een fundamentele rol bij exocytose, aangezien het membraan dat de materialen verpakt die bestemd zijn voor cellulaire secretie, daaruit wordt afgebroken.

De intracellulaire transportblaasjes zijn afkomstig van het Golgi-apparaat en bewegen met hun inhoud door het cytoplasma, langs de cytoplasmatische microtubuli, naar het celmembraan, versmelten ermee en geven hun inhoud af aan de extracellulaire vloeistof.

Endocytose en exocytose handhaven een evenwicht in de cel waardoor de afmetingen en eigenschappen van het plasmamembraan behouden blijven. Anders zou het membraan van een cel zijn afmetingen veranderen wanneer het wordt verlengd door de toevoeging van het membraan van de excretieblaasjes die eraan worden toegevoegd.

Op deze manier wordt het overtollige membraan dat bij exocytose wordt toegevoegd, opnieuw geïntegreerd door endocytose, waarbij dit membraan door de endocytische blaasjes naar het Golgi-apparaat wordt teruggevoerd, waar het wordt gerecycled.

Exosomen die niet afkomstig zijn van het Golgi-apparaat

Niet al het materiaal dat bestemd is voor exocytose, komt van het trans-netwerk van het Golgi-apparaat. Een deel hiervan is afkomstig van vroege endosomen. Dit zijn cellulaire organellen die gespecialiseerd zijn in het opnemen van de blaasjes die tijdens het endocytoseproces worden gevormd.

Hierbinnen wordt, na te zijn versmolten met een endosoom, een deel van de inhoud hergebruikt en naar het celmembraan getransporteerd door middel van blaasjes die zich in het endosoom zelf vormen.

Aan de andere kant worden in de presynaptische terminals neurotransmitters afgegeven in onafhankelijke blaasjes om de zenuwcommunicatie te versnellen. De laatste zijn vaak constitutieve exocytoseblaasjes die hieronder worden beschreven.

Soorten

Het exocytoseproces kan constitutief of intermitterend zijn, de laatste staat ook bekend als gereguleerde exocytose. Blaasjes kunnen afkomstig zijn van cellulaire compartimenten zoals primaire endosomen (die ook endocytische blaasjes ontvangen) of kunnen direct in het transdomein van het Golgi-apparaat worden geproduceerd.

De herkenning van eiwitten naar de ene of andere route van exocytose zal worden gegeven door de detectie van gedeelde signaalgebieden tussen de eiwitten.

Constitutieve exocytose-route

Dit type exocytose komt in alle cellen en onophoudelijk voor. Hier worden veel oplosbare eiwitten continu naar de buitenkant van de cel verdreven en vele andere worden gerecycled, waarbij ze zichzelf opnemen in het plasmamembraan om hun regeneratie te versnellen en mogelijk te maken, aangezien het membraan tijdens endocytose snel wordt geïnternaliseerd.

Dit pad van exocytose is niet gereguleerd, dus het is altijd aan de gang. In slijmbekercellen van de darm en fibroblasten van bindweefsel is exocytose bijvoorbeeld constitutief en komt het constant voor. Slijmbekercellen geven constant slijm af, terwijl fibroblasten collageen afgeven.

In veel cellen die in weefsels gepolariseerd zijn, is het membraan verdeeld in twee verschillende domeinen (apicaal en basolateraal domein), die een reeks eiwitten bevatten die verband houden met hun functionele differentiatie.

In deze gevallen worden eiwitten selectief naar de verschillende domeinen getransporteerd via de constitutieve route van het Golgi-trans-netwerk.

Dit wordt bereikt door ten minste twee soorten constitutieve secretoire vesikels die rechtstreeks gericht zijn op het apicale of basolaterale domein van deze gepolariseerde cellen.

Gereguleerde exocytose-route

Dit proces is exclusief voor gespecialiseerde cellen voor secretie, waarin een reeks eiwitten of klierproducten wordt geselecteerd door het transdomein van het Golgi-apparaat en naar speciale secretoire blaasjes wordt gestuurd, waar ze worden geconcentreerd en vervolgens worden afgegeven aan de extracellulaire matrix wanneer ze worden krijgt wat extracellulaire stimulus.

Veel endocriene cellen die hormonen opslaan in secretoire blaasjes, initiëren exocytose pas nadat ze een signaal van buiten de cel hebben herkend, wat een intermitterend proces is.

De versmelting van de blaasjes aan het celmembraan is een veelvoorkomend proces in verschillende celtypen (van neuronen tot endocriene cellen).

Eiwitten die betrokken zijn bij het proces van gereguleerde exocytose

Bij het exocytoseproces zijn twee families van eiwitten betrokken:

• De Rab, die verantwoordelijk zijn voor de verankering van het blaasje aan het membraan en specificiteit geven aan het vesiculaire transport. Ze worden over het algemeen geassocieerd met GTP in zijn actieve vorm.
• Aan de andere kant maken de SNARE-effector-eiwitten fusie tussen de membranen mogelijk. Een verhoging van de calciumconcentratie (Ca2 +) in de cel fungeert daarbij als signaal.

Het Rab-eiwit herkent de toename van intracellulair Ca2 + en start de verankering van het blaasje aan het membraan. Het gebied van het blaasje dat gefuseerd was, opent en geeft zijn inhoud vrij aan de extracellulaire ruimte, terwijl het blaasje versmelt met het celmembraan.

Exocytose "kus en rennen"?

In dit geval doet het blaasje dat op het punt staat te versmelten met het membraan dat niet volledig, maar tijdelijk en vormt het een kleine opening in het membraan. Dit is wanneer de binnenkant van de galblaas in contact komt met de buitenkant van de cel, waardoor de inhoud vrijkomt.

De porie sluit zich onmiddellijk daarna en de galblaas blijft aan de cytoplasmatische zijde. Dit proces is nauw verbonden met de hippocampale synaps.

Kenmerken

Cellen voeren het proces van exocytose uit om grote, lipofobe moleculen te transporteren en vrij te geven als eiwitten die in cellen worden gesynthetiseerd. Het is ook een mechanisme waardoor afval dat in de lysosomen achterblijft na intracellulaire spijsvertering wordt afgestoten.

Exocytose is een belangrijke tussenpersoon bij de activering van eiwitten die opgeslagen en inactief blijven (zymogenen). Spijsverteringsenzymen worden bijvoorbeeld geproduceerd en opgeslagen, en worden geactiveerd nadat ze via dit proces uit cellen in het darmlumen zijn vrijgegeven.

Exocytose kan ook fungeren als een transcytoseproces. Dit laatste bestaat uit een mechanisme dat het mogelijk maakt dat sommige stoffen en moleculen door het cytoplasma van een cel gaan en van een extracellulair gebied naar een ander extracellulair gebied gaan.

De beweging van de transcytoseblaasjes is afhankelijk van het celcytoskelet. Actine-microvezels hebben een motorische rol, terwijl microtubuli de richting aangeven die door het blaasje moet worden gevolgd.

Transcytose zorgt ervoor dat grote moleculen door een epitheel kunnen gaan en ongedeerd blijven. In dit proces nemen baby's maternale antilichamen op via melk. Deze worden geabsorbeerd op het apicale oppervlak van het darmepitheel en komen vrij in de extracellulaire vloeistof.

Exosomes als intercellulaire boodschappers

In het immuunsysteem spelen excretieblaasjes of exosomen een belangrijke rol bij intercellulaire communicatie. Van sommige cellen, zoals B-lymfocyten, is aangetoond dat ze exosomen afscheiden met moleculen die essentieel zijn voor de adaptieve immuunrespons.

Genoemde exosomen presenteren ook MHC-peptidecomplexen aan specifieke T-cellen van het immuunsysteem.

Dendritische cellen scheiden op dezelfde manier exosomen uit met MHC-peptidecomplexen, die antitumor-immuunresponsen induceren. Verschillende onderzoeken hebben aangetoond dat deze exosomen door sommige cellen worden uitgescheiden en door andere worden opgevangen.

Op deze manier worden belangrijke moleculaire elementen zoals antigenen of peptidecomplexen toegevoegd of verkregen die het bereik van antigeenpresenterende cellen vergroten.

Evenzo verhoogt dit informatie-uitwisselingsproces de efficiëntie van de inductie van immuunresponsen of zelfs negatieve signalen die leiden tot de dood van de doelcel.

Er zijn enkele pogingen gedaan om exosomen te gebruiken als een soort kankertherapie bij mensen, met als doel informatie over te dragen die tumorcellen moduleert, waardoor ze apoptose krijgen.

Voorbeelden

In organismen zoals protozoa en sponzen die intracellulaire vertering hebben, worden voedingsstoffen opgenomen door fagocytose en worden niet-verteerbare resten door exocytose uit de cel verwijderd. Bij andere organismen wordt het proces echter complexer.

Exocytose bij gewervelde dieren

Bij zoogdieren, tijdens de vorming van erytrocyten, trekt de kern, samen met andere organellen, samen en wordt rudimentair. Dit wordt vervolgens in een blaasje gewikkeld en door het exocytoseproces uit de cel verdreven.

Daarentegen starten veel endocriene cellen die hormonen opslaan in uitscheidingsblaasjes, exocytose pas nadat ze een signaal van buiten de cel hebben herkend, wat een intermitterend of gereguleerd exocytoseproces is.

Exocytose speelt een belangrijke rol bij sommige reactiemechanismen in het lichaam, zoals ontstekingen. Dit reactiemechanisme wordt voornamelijk gemedieerd door histamine, aanwezig in mestcellen.

Wanneer histamine door exocytose aan de buitenkant van de cel wordt afgegeven, kunnen de bloedvaten worden verwijd, waardoor ze beter doorlaatbaar worden. Bovendien verhoogt het de gevoeligheid van de sensorzenuwen, waardoor de symptomen van ontsteking ontstaan.

Exocytose bij afgifte van neurotransmitters

Neurotransmitters bewegen snel door de synaptische overgang en binden zich aan receptoren op het postsynaptische gedeelte. De opslag en afgifte van neurotransmitters wordt uitgevoerd door middel van een meerstappenproces.

Een van de meest relevante stappen is de vereniging van de synaptische blaasjes met het presynaptische membraan en de afgifte van hun inhoud door exocytose naar de synaptische spleet. Op deze manier vindt de afgifte van serotonine door neuronale cellen plaats.

In dit geval wordt het mechanisme geactiveerd door cellulaire depolarisatie, die de opening van calciumkanalen induceert, en zodra het de cel binnenkomt, bevordert het het mechanisme van uitdrijving van deze neurotransmitter via de uitscheidingsblaasjes.

Exocytose in andere eukaryoten

Exocytose is het middel waarmee membraaneiwitten zichzelf in het celmembraan implanteren.

In plantencellen wordt exocytose gebruikt bij de opbouw van celwanden. Door dit proces worden sommige eiwitten en bepaalde koolhydraten die in het Golgi-apparaat zijn gesynthetiseerd, naar de buitenkant van het membraan gemobiliseerd om te worden gebruikt bij de constructie van genoemde structuur.

Bij veel protisten met een afwezige celwand zijn er contractiele vacuolen die werken als celpompen, ze herkennen overtollig water in de cel en verdrijven het daarbuiten, waardoor een osmotisch regulatiemechanisme ontstaat. De functie van de contractiele vacuole wordt uitgevoerd als een proces van exocytose.

Sommige virussen gebruiken exocytose

Omhulde DNA-virussen gebruiken exocytose als een vrijgavemechanisme. Na de vermenigvuldiging en assemblage van het virion in de gastheercel en zodra het een envelopmembraan van het nucleoproteïne heeft verworven, verlaat het de celkern, migreert naar het endoplasmatisch reticulum en van daaruit naar de uitdrijvingsblaasjes.

Door dit afgiftemechanisme blijft de gastheercel onbeschadigd, in tegenstelling tot veel andere planten- en dierenvirussen die cellulaire autolyse veroorzaken om deze cellen te verlaten.

Referenties

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2004). Essentiële celbiologie. New York: Garland Science. 2e editie
2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Moleculaire biologie van de cel. Garland Science, Taylor en Francis Group.
3. Cooper, GM, Hausman, RE & Wright, N. (2010). De cel. (blz. 397-402). Marban.
4. Devlin, TM (1992). Textbook of biochemistry: with clinical correlations. John Wiley & Sons, Inc.
5. Dikeakos, JD en Reudelhuber, TL (2007). Eiwitten sturen naar secretoire korrels met een hoge kern: er moet nog veel worden uitgezocht. The Journal of cell biology, 177 (2), 191-196.
6. Hickman, C. P, Roberts, LS, Keen, SL, Larson, A., I´Anson, H. & Eisenhour, DJ (2008). Geïntegreerde principes van zoölogie. New York: McGraw-Hill. 14 ^ste editie.
7. Madigan, MT, Martinko, JM & Parker, J. (2004). Brock: Biology of Micro-organismen. Pearson Education.
8. Maravillas-Montero, JL en Martínez-Cortés, I. (2017). De exosomen van antigeenpresenterende cellen en hun rol bij de regulatie van immuunresponsen. Revista alergia México, 64 (4), 463-476.
9. Pacheco, MM, Diego, MAP en García, PM (2017). Atlas of Plant and Animal Histology. Alembic: Didactics of Experimental Sciences, (90), 76-77.
10. Silverthorn, DU (2008). Menselijke fysiologie / menselijke fysiologie: een geïntegreerde benadering. Panamerican Medical Ed.
11. Stanier, RY (1996). Microbiologie. Ik draaide me om.
12. Stevens, CF en Williams, JH (2000). "Kiss and run" exocytose bij hippocampale synapsen. Proceedings of the National Academy of Sciences, 97 (23), 12828-12833.
13. Théry, C. (2011). Exosomes: uitgescheiden blaasjes en intercellulaire communicatie. F1000 biologierapporten, 3.