Überblick

Die rezeptorvermittelte Endozytose ist ein Prozess, bei dem große Mengen spezifischer Moleküle nach der Bindung an Rezeptoren auf der Zelloberfläche, in eine Zelle eingeschleust werden können. Die an diese Rezeptoren gebundenen Moleküle werden durch eine nach innen gerichtete Faltung der Zelloberflächenmembran umschlossen und schließlich als ein Vesikel in die Zelle abgegeben. Strukturproteine, wie z.B. Clathrin, beschichten das Vesikel und geben ihm seine runde Form.

Clathrin-vermittelte Endozytose von LDL

Ein gut charakterisiertes Beispiel für rezeptorvermittelte Endozytose ist der Transport von Lipoproteinen geringer Dichte (LDL-Cholesterin) in die Zelle. LDL bindet hierbei an Transmembranrezeptoren an der Zellmembran. Adapterproteine ermöglichen dann die Anlagerung von Clathrin an die zellinnere Membranoberfläche. Diese Proteinkomplexe biegen die Membran nach innen, so dass ein Clathrin-beschichtetes Vesikel im Inneren der Zelle entsteht. Der Hals des endozytotische Vesikels wird durch einen Komplex aus dem Protein Dynamin und anderen akzessorischen Proteinen von der Membran abgeklemmt.

Das endozytotische Vesikel verschmilzt mit einem frühen Endosom und das LDL dissoziiert von den Rezeptorproteinen aufgrund eines niedrigeren pH-Milieus. Die leeren Rezeptorproteine werden in Transportvesikel aufgetrennt, die wieder in der äußeren Zellmembran genutzt werden können. Das LDL verbleibt im Endosom, das an ein Lysosom bindet. Das Lysosom liefert Verdauungsenzyme, die LDL in freies Cholesterin aufspalten, das von der Zelle verwertet werden kann.

Die Funktionen der rezeptorvermittelten Endozytose

Die Endozytose erfüllt gleich mehrere Funktionen. Im obigen Beispiel wird die Endozytose genutzt, um Ressourcen (LDL) in eine Zelle zu bringen. In ähnlicher Weise wird Eisen über die Endozytose von Transferrin, einem eisenbindenden Protein an der Zelloberfläche, in die Zelle gebracht. Dort bindet es an einen Transferrin-Rezeptor (TfR). Ähnlich wie bei der LDL-Endozytose wird ein clathrin-beschichtetes Vesikel gebildet, um das Transferrin in die Zelle zu transportieren. Im frühen Endosom ermöglicht eine pH-Absenkung die Dissoziation von Eisen von dem Transferrin. Das Transferrin bleibt jedoch an das TfR gebunden. Wenn der Rezeptor zur Wiederverwendung an die Zelloberfläche zurückgeschickt wird, wird das Transferrin-Protein (ohne Eisen) wieder in die extrazelluläre Umgebung abgegeben.

Ebenfalls wird die rezeptorvermittelte Endozytose zur Regulierung von Zellsignalen eingesetzt. Eine der wichtigsten Methoden zur Regulierung von Signalrezeptoren ist die Sequestrierung. Bei dieser werden Rezeptoren mit Hilfe der Endozytose in eine Zelle transportiert. Einige Rezeptoren werden in den Vesikeln gespeichert, bis sie wieder gebraucht werden, und einige werden durch proteolytische Enzyme abgebaut. Andere Signalwege erfordern eine rezeptorvermittelte Endozytose, damit die Signaltransduktion (d.h. die Weiterleitung des Signals in die Zelle) stattfinden kann.

Typen der rezeptorvermittelten Endozytose

Die Endozytose von LDL ist ein Beispiel für eine clathrin-vermittelte Endozytose. Es gibt auch alternative Möglichkeiten der Endozytose, von denen Caveolin die am meisten untersuchte ist. Im Gegensatz zum sich an die Oberfläche bindenden Clathrin fügt sich Caveolin in die Lipiddoppelschicht ein. Das Ergebnis ist jedoch ähnlich. Caveolin bewirkt eine Krümmung in der Membran, welche die Bildung eines endozytotischen Vesikels ermöglicht, das sich von der Membran ablöst.

Verwendung rezeptorabhängiger endocytotischer Wege durch Pathogene

Einige Bakterien und Viren können in die Wirtszellen eindringen, indem sie die Rezeptoren des Wirts für sich nutzen. Das Influenza-Virus kann in die Wirtszellen eindringen, indem es Clathrin-vermittelte und andere endocytotische Wege nutzt. Das Virus bindet an Rezeptoren auf der Zelloberfläche und gelangt so in die Wirtszelle, wo es später aus dem Endosom entweicht.

Einige Erreger setzen Toxine frei, die sich an die Rezeptoren des Wirts binden, um die Zelle dazu zu bringen, sie in sich aufzunehmen. Das Bakterium Bacillus anthracis produziert das als Anthrax bekannte Toxin. Dieses Toxin ist in der Lage, an Rezeptoren zu binden und durch Endozytose aufgenommen zu werden, um dann dem späten Endosom zu entkommen um eine Nekrose zusammen mit weiteren klinischen Symptomen auszulösen.