Material som härrör från 3 olika källor kräver demontering och återvinning. Substrat från två av dessa källor kommer in i cellen från utsidan och den tredje kommer inifrån.

1. från utsidan av cellen medger processen med endocytos, inklusive pinocytos (cellulär dricks) vätskor och små partiklar genom bildandet i plasmamembranet av små gropar som är belagda med protein. Dessa förseglar upp för att bilda proteinbelagda vesiklar. Varje vesikel utvecklas till att bli en ’tidig endosom’ och sedan en ’sen endosom’.
2. även utanför cellfagocytos (cellulär ätning) ger relativt stora partiklar (i allmänhet >250 nm i storlek), inklusive bakterier och cellrester. Fagocytos kan utföras av ’vanliga celler’ men utförs huvudsakligen av makrofager som kan innehålla upp till 1000 lysosomer per cell. Strukturen som härrör från fagocytos kallas en fagosom.
3. från insidan av cellens autofagosomer är ansvariga för att ta bort organeller, såsom mitokondrier och ribosomer, som är livet utgått. Man tror att en membranstruktur omger och omsluter den livsutgångna organellen för att bilda en autofagosom. Denna struktur smälter sedan med en lysosom för att bilda en ’hybridorganell’.

Endolysosomala system: ’kiss and run’, fullständiga fusionsaktiviteter och mognadsmodeller

forskning har utförts på att spåra hur material som tas in i cellen genom endocytos transporteras i cellen och så småningom bryts ner. Mycket av arbetet har fokuserat på tidiga och sena endosomer men med ett mått på försiktighet kan man betrakta fagosomer, autofagosomer och sena endosomer som ’sena endosomer’ i syfte att försöka förstå endolysosomala systemet.

det finns nu en betydande mängd bevis för att visa:

1. huvudplatsen för proteolys är inte själva lysosomen utan en organell som är mer som den sena endosomen och innehåller cirka 20% av de tillgängliga hydrolaserna.
2. lysosomer innehåller cirka 80% av matsmältningsenzymerna.
3. lysosomer är förmodligen lagringsorganeller för hydrolaser som de håller i inaktiv form under sura förhållanden vid cirka pH 5,0.
4. lysosomer fungerar inte som oberoende organeller utan möter sena endosomer för att fungera som ett endolysosomalt system.

dessa resultat har lett till utvecklingen av modeller baserade på samspelet mellan sena endosomer och lysosomer som visar varierande grad av kontakt. En av dessa modeller kallas ’kiss and run’ och den andra, ’fusion’

Kiss and Run
i denna modell, som namnet antyder, tar den sena endosomen och lysosomen kontakt så att kemikalier kan bytas ut men efter detta möte separerar de ganska snabbt. Lysosomen är sedan tillgänglig för ’kiss’ en annan sen endosom.

Fusion
nyare bevis har lett till ’fusion’ – hypotesen där en sen endosom och en lysosom helt smälter samman för att bilda en ’hybridorganell’. Under fusionstiden sker molekylär demontering av endocytisk belastning. De resulterande aminosyrorna och andra molekyler som är användbara för cellen tas av ’transportörer’ genom ’hybridorganell’ membranet in i cytoplasman. Efter demontering och återcykling kondenseras innehållet i organellen, lysosomen reformeras och rör sig bort för att bilda en hybridorganell med en annan sen endosom. Ibland lämnas en liten mängd rester. Detta hanteras av processen med exocytos där återstoden matas ut genom plasmamembranet eller det förseglas i en pigmentgranul under organismens livslängd.

Mognadssystemmodeller
modeller baserade på principen om strukturer som mognar för att bilda lysosomer är inte populära för närvarande men två nämns i vissa läroböcker och beskrivs här.
i både mognads-och vesikulära transportmodeller utvecklas sena endosomer till att bli en lysosom.
i mognadsmodellen bildas en tidig endosom från vesiklar med ursprung i plasmamembranet som kombineras tillsammans. Olika andra vesiklar levererar och tar bort kemikalier tills den sena endosomen, och sedan uppnås lysosomstadiet.
i vesikeltransportmodellen anses tidiga och sena endosomer vara stabila separata organeller med vesiklar som bär kemikalier från tidiga endosomer till sena endosomer. Sena endosomer mognar sedan för att bli lysosomer

Lysosomfunktionsstörningar
det finns cirka 30 ganska sällsynta störningar hos människor som beror på defekter i endolysosomal funktion. Alla orsakas av fel i den genetiska koden och alla är lysosomala lagringsstörningar. I dessa störningar ackumuleras produkter i lysosomerna eftersom enzymerna som skulle påskynda deras nedbrytning är frånvarande eller defekta.
varje sjukdom har ett specifikt medicinskt namn, t.ex. Inklusionscellsjukdom (I-cellsjukdom), Tay-Sachs, Pompe och Gauchers sjukdom. Varje sjukdom har ett annat resultat för patienten; vissa är svårare än andra. Vid I-cellsjukdom är lysosomerna hos fibroblastceller bristfälliga i nästan alla hydrolytiska enzymer och stora osmält ’inneslutningar’ byggs upp i patienternas celler. Det är ännu inte klart om lysosomer som innehåller stora mängder osmält material cyklar om för att delta i bildandet av ’hybridorganeller’.

ur molekylärbiologisk synvinkel finns det två grupper av störningar; de som är associerade med (1) destinationsetikettfel och (2) enzymbristfel.
vid I-cellsjukdom produceras de korrekta enzymerna men på grund av att molekylär adressetiketten är ’fel’ dirigeras de bort från lysosomen och förmodligen till utanför cellen. Tay-Sachs sjukdom, en lysosomal lagringsstörning i nervceller, orsakar nästan alltid tidig död men förekomsten av död faller nu tack vare testning och genetisk rådgivning. I Gauchers sjukdom ackumuleras stora mängder lipider i lysosomerna. Lyckligtvis har forskning inom cellbiologi och bioteknik producerat en enzymersättningsterapi. Det verkar fungera men det är dyrt och måste administreras genom intravenös infusion. Mer intressant information om Gauchers sjukdom kan erhållas från (1) Gauchers förening, www.gaucher.org.uk och (2) National Gaucher Association, www.gaucherdisease.org.

sammanfattning

• det finns två typer av lysosomer; sekretoriska lysosomer och konventionella.
• konventionella lysosomer är involverade i demontering och återcykling av olika substrat som presenteras för dem genom endocytocis, fagocytos och autofagosomer. De ansvarar för att returnera många aminosyror till systemet.
• demonteringsprocessen accelereras av närvaron av enzymer. Många av dessa är syrahydrolaser.
• hur lysosomer utför sin funktion är föremål för en hel del aktuell forskning. Resultaten hittills tyder på att dagarna för visning av lysosomer som ’fristående’ bearbetningsanläggningar är numrerade men kanske bör vi ta uppfattningen att det förmodligen finns olika typer av lysosomala system och att ingen modell erbjuder universell tillämpning.
• vi måste se konventionella lysosomer som en del av ett integrerat endolysosomalt system där fusioner av lysosomer med sena endosomer verkar vara i centrum. Lysosomer upplever en ’makeover’.