Transport of Lysosomal Hydrolases to Endosomes
Lysosomal hydrolase는 TGN에서 선택적으로 포장되어 endosome으로 전달된다. 이는 TGN에서 가장 잘 이해된 sorting 메커니즘이다.
M6P Receptor System
M6P Receptor의 역할
Mannose 6-phosphate (M6P) receptor는 transmembrane 단백질로:
- TGN에 존재
- Lumen 쪽에서 M6P group을 인식하고 lysosomal hydrolase에 결합
- Cytosolic 쪽에서 assembling clathrin coat의 adaptor 단백질에 결합
- Hydrolase를 TGN에서 budding하는 clathrin-coated vesicle로 포장하는 것을 돕음
pH 의존적 결합
M6P receptor 단백질은 pH에 따라 ligand와의 결합 affinity가 변한다:
- pH 6.5-6.7 (TGN): M6P에 결합
- pH 6.0 (Early endosome): M6P로부터 방출
이러한 pH 의존성은 transferrin receptor의 경우와 유사하지만 역방향이다.
Transport 과정
1. TGN에서 Packaging
- Lysosomal hydrolase가 M6P marker 획득 (cis Golgi network에서)
- TGN에서 M6P receptor가 hydrolase 결합
- Adaptor 단백질이 M6P receptor의 cytoplasmic tail 인식
- Clathrin coat 조립
- Clathrin-coated vesicle budding
2. Early Endosome으로 전달
Clathrin-coated vesicle:
- Coat 제거
- Early endosome과 융합
- Hydrolase를 endosome 내강으로 전달
3. Receptor 재활용
Early endosome에서:
- 낮은 pH 환경 (pH 6.0)
- Lysosomal hydrolase가 M6P receptor로부터 dissociate
- Phosphate가 M6P에서 제거됨 (hydrolase가 receptor와 함께 TGN으로 돌아가지 않도록 추가로 보장)
- 빈 M6P receptor가 retromer-coated vesicle로 회수됨
- Retromer-coated vesicle이 TGN으로 돌아감
- M6P receptor가 재사용됨
Retromer Coat
Retromer는 endosome에서 TGN으로의 transport에 특화된 coat 단백질 complex이다.
양방향 transport에는 신호 필요:
- M6P receptor의 cytoplasmic tail에 신호 존재
- TGN에서: Clathrin coat의 adaptor 단백질이 tail 인식
- Endosome에서: Retromer가 tail 인식
서로 다른 막에서 동일한 receptor에 대한 서로 다른 coat의 조립은 organelle-specific marker에 의해 보장됨:
- Endosome: Rab7과 PI(3)P
Escape Mechanism
모든 hydrolase 분자가 lysosome에 도달하는 것은 아니다:
- 일부 M6P-tagged hydrolase가 정상 packaging process를 벗어남
- Constitutive secretory pathway로 세포 표면으로 운반됨
- 세포외 fluid로 분비됨
그러나 일부 M6P receptor도 plasma membrane으로 우회:
- 탈출한 lysosomal hydrolase를 재포획
- Receptor-mediated endocytosis로 회수
- Early 및 late endosome을 거쳐 lysosome으로 복귀
세포외 fluid는 일반적으로 pH 7.4이므로, lysosomal hydrolase가 세포외로 분비되어도 거의 해를 끼치지 않는다.
M6P-Independent Pathway
모든 세포가 M6P pathway에만 의존하는 것은 아니다:
Hepatocyte 등의 세포
일부 세포 유형은 M6P-independent pathway를 사용한다:
- I-cell disease 환자의 간세포는 정상적인 lysosomal enzyme 보완물을 포함
- Alternative sorting receptor가 이러한 경로에서 기능
Lysosome 막 단백질
모든 세포에서 lysosome 막 단백질은:
- M6P-independent pathway로 TGN에서 late endosome으로 분류됨
- I-cell disease에서 정상
KDEL Receptor와의 비교
M6P receptor의 재활용은 KDEL receptor의 재활용과 유사하지만, 운반을 매개하는 coated vesicle 유형이 다르다:
- KDEL receptor: COPI-coated vesicle
- M6P receptor: Clathrin-coated vesicle (forward) 및 retromer-coated vesicle (retrieval)