Komórka buduje białkową klatkę, żeby wciągnąć wybrany fragment błony do środka
Podczas endocytozy zależnej od klatryny na cytoplazmatycznej stronie błony powstaje sieć białkowa przypominająca klatkę. Klatryna nie wybiera ładunku sama: białka adaptorowe łączą ją z lipidami błony i receptorami przeznaczonymi do internalizacji. Wraz z dodatkowymi białkami cały układ koncentruje ładunek, wygina błonę w pączek, a po odcięciu powstaje pęcherzyk. Klatryna jest następnie szybko usuwana i może zostać wykorzystana ponownie. Endocytoza nie jest więc przypadkowym „wypijaniem” otoczenia, ale w dużej mierze sortowanym procesem budowy tymczasowego rusztowania.
Klatryna nie przykleja się sama do błony
Pojedyncza jednostka klatryny ma charakterystyczny kształt triskelionu z trzema ramionami. Wiele takich jednostek może tworzyć zakrzywioną sieć. Sama klatryna nie jest jednak typowym białkiem wiążącym bezpośrednio lipidy błony i ładunek. Potrzebuje adaptorów, takich jak kompleks AP2, które rozpoznają określone lipidy oraz motywy w cytoplazmatycznych częściach receptorów. Dzięki temu tworzenie płaszcza zostaje sprzężone z selekcją tego, co ma trafić do pęcherzyka.
Błonę trzeba zakrzywić w trzech wymiarach
Z płaskiej powierzchni trzeba utworzyć dołek, następnie głęboki pączek i w końcu niemal zamkniętą kulę. Klatrynowa sieć działa jako rusztowanie, ale w zakrzywianiu uczestniczą także adaptory, białka z domenami BAR, wstawianie amfipatycznych helis i lokalne zagęszczenie białek. Współczesny obraz jest bardziej złożony niż „klatryna ściska błonę”: to współpraca wielu mechanizmów fizycznie wymuszających odpowiednią krzywiznę.
Ładunek można selekcjonować
Receptor na powierzchni może wiązać konkretną cząsteczkę z zewnątrz, a jego cytoplazmatyczny ogon zawierać sygnał rozpoznawany przez aparat endocytarny. W ten sposób komórka może koncentrować wybrane receptory w powstającym dołku. Klasyczny przykład stanowi internalizacja receptorów wraz ze związanymi ligandami. Nie każdy składnik błony jest więc zabierany z jednakowym prawdopodobieństwem; sortowanie zaczyna się jeszcze zanim pęcherzyk zostanie odcięty.
Odcięcie wymaga kolejnej maszyny
Kiedy pączek pozostaje połączony z błoną wąską szyjką, potrzebny jest etap odcięcia. W wielu przypadkach wykonuje go GTPaza dynamina, która tworzy struktury wokół szyjki i przy udziale hydrolizy GTP pomaga doprowadzić do scission. To dobry przykład modułowej konstrukcji procesu: jedne białka wybierają ładunek, inne budują rusztowanie i krzywiznę, kolejne odcinają pęcherzyk.
Klatka znika prawie natychmiast po powstaniu pęcherzyka
Płaszcz klatrynowy jest potrzebny do uformowania pęcherzyka, lecz później przeszkadzałby w kolejnych etapach transportu. Dlatego zostaje szybko rozebrany, a jego składniki wracają do puli cytoplazmatycznej. „Nieopłaszczony” pęcherzyk może następnie wejść w system sortowania endosomalnego. Ta recyrkulacja pokazuje, że komórka nie buduje kolejnych klatek od zera, lecz wielokrotnie wykorzystuje te same białka konstrukcyjne.
Endocytoza to logistyka, nie tylko pobieranie
Proces wpływa na ilość receptorów na powierzchni, siłę sygnałów, pobieranie składników odżywczych oraz recykling błony. Ten sam receptor po internalizacji może zostać skierowany do degradacji albo wrócić na powierzchnię. Dlatego klatrynowy pęcherzyk jest początkiem rozgałęzionej trasy logistycznej, a nie workiem, którego jedynym zadaniem jest dostarczyć zawartość do lizosomu.
Klatryna nadaje kształt, ale nie jest jedyną siłą odrywającą pęcherzyk
Najbardziej fotogenicznym elementem procesu jest wielościenna klatka zbudowana z triskelionów klatryny, jednak sama klatryna nie wyjaśnia całej mechaniki. Adaptery, szczególnie kompleks AP2, wiążą zarówno lipidy błony, jak i motywy w cytoplazmatycznych ogonach receptorów, dzięki czemu ładunek zostaje zagęszczony w powstającym dołku. Białka BAR stabilizują krzywiznę, a aktyna może dostarczać dodatkową siłę, szczególnie gdy błona jest napięta. Na końcu dynamina tworzy helikalną strukturę wokół szyjki i wykorzystuje GTP do jej przebudowy oraz odcięcia pęcherzyka. Po odszczepieniu auxilina i Hsc70 pomagają rozebrać klatkę, więc klatryna jest szybko odzyskiwana. Dzięki temu pęcherzyk może następnie połączyć się z endosomem, a jego powierzchnia nie jest stale pokryta sztywną siecią. Cały cykl trwa dziesiątki sekund i pokazuje modularność maszyn komórkowych: jeden zestaw rozpoznaje ładunek, inny tworzy krzywiznę, kolejny przecina błonę, a następny rozmontowuje konstrukcję. „Klatryna robi pęcherzyk” jest więc użytecznym skrótem, ale prawdziwa historia jest kooperacją wielu wyspecjalizowanych modułów.
Endocytoza klatrynowa jest też sprzężona z recyklingiem receptorów. Po dotarciu do wczesnego endosomu kwaśniejsze środowisko lub inne sygnały mogą oddzielić ligand od receptora. Część receptorów wraca na powierzchnię, część trafia do późnych endosomów i lizosomów. Ten etap decyduje, czy sygnał zostanie odnowiony, czy wygaszony przez degradację receptora. Jeden pęcherzyk jest więc początkiem dalszego sortowania, a nie końcem podróży.