Рециркулировать нельзя расщепить: белок ARF-1 направляет сортировку грузов в эндосомах

Для взаимодействия с окружающей средой клеткам необходимо поглощать различные соединения путем эндоцитоза, в ходе которого поглощенные молекулы попадают в эндосомы (разновидность везикул). Эти молекулы, в том числе белки, могут направляться на повторное использование, возвращаясь путем рециркуляции на поверхность клетки, либо на расщепление. Сам процесс эндоцитоза изучен хорошо, в отличие от механизмов сортировки. Ученые из Швейцарии и Германии показали, что «переключателем» загрузки везикул, доставляющих груз к поверхности клетки, служит небольшой белок ARF-1. 

Эндосомы, в которых мембранные белки сортируются для направления на рециркуляцию или расщепление, взаимодействуют с транспортными везикулами по механизму «kiss-and-run». В координации этого процесса участвует белковый комплекс FERARI, причем механизм консервативен от C. elegans до млекопитающих — авторы это подтвердили. Уже было показано, что в сайтах взаимодействия присутствует малая ГТФаза ARF-1, которая способная переключать адаптерный белок везикул AP-1 между «открытой» и «закрытой» конформациями. 

Ученые проанализировали сайты взаимодействий kiss-and-run в различных клетках и подтвердили наличие ARF-1 в рециркулирующих везикулах. Покадровая видеосъемка рециркулирующих везикул показала, что ARF1 кратковременно локализуется в области контакта. После разрыва контакта и разъединения везикул сигнал ARF1 быстро исчезал. 

Затем авторы показали, что нокдаун ARF1 приводил к дефектам в формировании тубулярной эндосомальной сети (TEN), которая отвечает за сортировку. Когда ученые вместо самого ARF-1 снизили в клетке экспрессию активаторов этой ГТФазы (GBF1 и AGEF1), это также нарушило сортировку и эффективную рециркуляцию везикул. Наблюдаемые изменения в морфологии компартментов клетки зависели от того, какого именно белка недоставало, однако они оба были необходимы для возврата белков на плазматическую мембрану клеток. Что интересно, избыток активности ARF-1 тоже нарушал нормальную сортировку грузов в эндосомах. 

Подробный анализ временной динамики показал, что для загрузки рециркулирующих везикул требуется циклическое переключение ARF-1 между активной (ГТФ-связанной) и неактивной (ГДФ-связанной) формами. Кроме того, сам ARF-1 колокализуется и взаимодействует с адаптерными белками везикул (уже упомянутым AP-1 и SNX-17) при загрузке в них целевого белка. 

Ученые предлагают модель, согласно которой переходы между формами ARF-1 переключают адаптерные белки между «закрытой» (высвобождающей груз) и «открытой» (связывающей груз) конформациями. Наличие такой циклической активности обеспечивает избирательную загрузку везикул, направляющихся к мембране. Оно также объясняет, почему как недостаток, так и избыток активности ARF1 снижал эффективность сортировки. 

Для образования внеклеточных везикул архее необходима малая ГТФаза