Везикула — мембранный пузырёк в клетке¶

Везикула — это ограниченная липидным бислоем мембранная структура в форме пузырька, выполняющая в клетке роль транспортной единицы, хранилища или реакционного сосуда. Везикулы образуются путём отшнуровывания или впячивания мембраны и существуют в цитоплазме практически всех эукариотических клеток. Размеры везикул варьируются от нескольких десятков нанометров до нескольких микрометров. Термин также применяется в микробиологии для обозначения мембранных пузырьков бактерий и в медицине — для описания патологических полостей в тканях.

¶Строение и химический состав

Везикула представляет собой замкнутый мембранный мешок, заполненный водным содержимым. Мембрана построена по типичной для биологических мембран модели жидкостно-мозаичной структуры: липидный бислой с встроенными белками. Состав липидов и белков мембраны везикулы зависит от её происхождения — при отшнуровывании от транспортных органелл (аппарат Гольджи, эндоплазматическая сеть) везикула наследует молекулярный состав родительской мембраны.

Ключевую роль в функционировании везикул играют специализированные белки:

• SNARE-белки (синтаксин, VAMP, синаптотагмин) — обеспечивают специфическое слияние везикулы с целевой мембраной;
• клатрины и динамины — участвуют в формировании везикул при эндоцитозе и транспорте между органеллами;
• раб-белки (GTP-азы семейства Rab) — регулируют направленность везикулярного транспорта.

Внутри везикулы могут накапливаться ионы, метаболиты, гормоны, нейромедиаторы, ферменты или продукты деградации.

¶Классификация

По происхождению и функции везикулы подразделяют на несколько основных групп:

¶Механизмы образования и транспорта

¶Эндоцитоз

При эндоцитозе плазматическая мембрана впячивается, формируя везикулу, которая отшнуровывается в цитоплазму. Различают фагоцитоз (поглощение крупных частиц), пиноцитоз (захват внеклеточной жидкости) и рецептор-опосредованный эндоцитоз, при котором специфические рецепторы концентрируются в области впячивания.

¶Экзоцитоз

При экзоцитозе секреторная везикула сливается с плазматической мембраной, высвобождая содержимое во внеклеточное пространство. Процесс регулируется концентрацией ионов кальция и каскадом SNARE-белков. Экзоцитоз лежит в основе секреции гормонов, ферментов, нейромедиаторов (ацетилхолина, дофамина, серотонина) и компонентов внеклеточного матрикса.

¶Межорганеллярный транспорт

Между эндоплазматической сетью, аппаратом Гольджи и плазматической мембраной непрерывно движутся транспортные везикулы. Этот процесс обеспечивает непрерывный обновление мембранных белков и липидов, а также перенос синтезированных белков по секреторному пути.

¶Роль в межклеточной коммуникации

В последние десятилетия особое внимание привлекли экзосомы — внеклеточные везикулы диаметром 30–150 нм, секретируемые клетками после слияния мультивезикулярных тел с плазматической мембраной. Экзосомы содержат белки, липиды и нуклеиновые кислоты (мРНК, микроРНК) и участвуют в межклеточной сигнализации. В онкологии исследуется роль экзосомов в метастазировании опухолей, в иммунологии — в антигенной презентации, в регенеративной медицине — в тканевом восстановлении.

¶Везикулы в микробиологии

У бактерий термин «везикула» обозначает мембранные пузырьки, формирующиеся на наружной мембране грамотрицательных бактерий. Различают:

• outer membrane vesicles (OMV) — пузырьки наружной мембраны, содержащие липопротеины и токсины;
• иннервезикулы — пузырьки, возникающие при скручивании внутренней мембраны;
• периплазматические везикулы — образующиеся в периплазматическом пространстве.

Бактериальные везикулы участвуют в вирулентности, транспорте белков и взаимодействии с иммунной системой хозяина. На их основе разрабатываются вакцины, например против менингококковой инфекции.

¶Везикулы в медицине

В патологической анатомии и гистологии термин «везикула» используется для обозначения мелких полостей, заполненных жидкостью, — например, везикулы при герпетической инфекции (пузырьки на коже и слизистых), при ветряной оспе или при ожогах. Микроскопически везикулой называют также полость в цитоплазме клетки, возникающую при дистрофических процессах (вакуолизация).

¶Применение в биотехнологии

Липосомы — искусственные везикулы, синтезированные из фосфолипидов, широко используются в фармацевтике как системы доставки лекарственных препаратов. Липосомальные формы амфотерицина B, доксорубицина и других препаратов обеспечивают избирательное накопление в очаге поражения и снижают токсичность. Исследуются также наночастицы на основе экзосомов для адресной доставки терапевтических молекул.

¶История

Термин «везикула» в биологическом значении закрепился в научной литературе в конце XIX — начале XX века в связи с развитием электронной микроскопии, позволившей визуализировать мембранные структуры цитоплазмы. Систематическое изучение везикулярного транспорта началось в 1970–1980-х годах, а в 2013 году Джеймс Ротман, Рэнди Шекман и Томас Зюдхоф были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине за открытия механизмов регуляции везикулярного транспорта.

¶Источники

• Альбертс Б. и др. Молекулярная биология клетки. — М.: Бином, 2013.
• Львов Д. К. и др. Вирусология. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2019.
• Cooper G. M. The Cell: A Molecular Approach. — Sinauer Associates, 2019.
• Théry C. et al. Minimal information for studies of extracellular vesicles 2018 (MISEV2018) // Journal of Extracellular Vesicles. — 2018.