Das Trans-Golgi-Netzwerk (TGN)
Das Trans-Golgi-Netzwerk (TGN) ist eine Erweiterung des Trans-Golgi, in dem verschiedene Arten von Bläschen gebildet werden. Das TGN kann als eine wichtige Proteinsortierstation innerhalb der Zelle angesehen werden. Proteine, die in den Golgi reifen, werden im TGN für den Transport an verschiedene Stellen in der Zelle sortiert, je nach den biochemischen Markierungen, die auf den einzelnen Proteinen zu finden sind. Man geht davon aus, dass Proteine im TGN konzentriert werden, indem sie sich mit Rezeptormolekülen im Lumen des TGN verbinden. Wenn die Proteine ihre richtigen Rezeptoren finden, können sie an einer oder mehreren Stellen im TGN aggregieren und sich dann abspalten, um unreife sekretorische Bläschen zu bilden: (1) sekretorische Granula (Vesikel, die eine weitere Reifung und Sortierung spezialisierter Ladung erfahren); (2) sekretorische Vesikel, die auf die Plasmamembran ausgerichtet sind; und (3) Vesikel, die abbauende Enzyme zu Lysosomen (kleine, saure Organellen, die Makromoleküle abbauen) transportieren. In diesen sekretorischen Vesikeln kann es eine gewisse Selektivität und Sortierung von Proteinen geben, bevor sie die Plasmamembran erreichen.
Zunächst werden die sekretorischen Vesikel mit einer hohen Konzentration eines spezifischen Proteins verpackt, das zum TGN transportiert wurde. Endokrine Zellen beispielsweise produzieren große Mengen spezialisierter Proteine, die Hormone genannt werden und in sekretorischen Granula verpackt sind. Wenn endokrine Zellen das richtige „Signal“ erhalten, das die Fusion der sekretorischen Granula mit der Plasmamembran auslöst, werden diese Proteine in den Blutkreislauf abgegeben.
Zweitens werden einige Proteine konstitutiv oder konstant produziert und sezerniert; diese Proteine sind für die Freisetzung nicht auf extrazelluläre Signale angewiesen und werden nicht in sekretorische Granula sortiert. Stattdessen werden bei der konstitutiven Sekretion Vesikel gebildet, die aus dem TGN stammen und direkt zur Plasmamembran wandern, um dort exozytiert zu werden.
Schließlich ist der TGN eine Sortierstation für die Abgabe von Abbauenzymen an Lysosomen, Vesikel, die Nährstoffe enthalten, die ihren Ursprung außerhalb der Zelle haben. Die Zellen müssen diese Proteine zu den sauren Lysosomen transportieren, um die Verdauung der internalisierten Nährstoffe zu unterstützen. Proteine, die für das Lysosom bestimmt sind, wurden mit einem einzigartigen Zucker namens Mannose-6-phosphat modifiziert. Diese lysosomalen Proteine werden im TGN durch Bindung an den Mannose-6-Phosphat-Rezeptor sortiert, der sich dann in ein Vesikel abspaltet, das mit einem Lysosom verschmilzt. Der niedrige pH-Wert im Lysosom bewirkt, dass das Mannose-6-Phosphat-tragende Protein vom Rezeptor dissoziiert. Der leere Rezeptor löst sich in einem kleinen Vesikel vom Lysosom und wird in den TGN zurückgeführt.
Der Golgi-Komplex spielt eine wesentliche Rolle bei der Sortierung und Ausrichtung von Proteinen auf verschiedene Teile der Zelle. Trotz des vorhandenen Wissens gibt es immer noch viele unbeantwortete Fragen zu den genauen Mechanismen, die mit der Sortierung und dem Transport von zellulären Gütern in der Zelle verbunden sind. Dies ist ein wichtiges Forschungsgebiet, da viele Krankheiten wie die I-Zell-Krankheit, die Alzheimer-Krankheit, die Batten-Krankheit und eine Vielzahl anderer Protein- und Lipidspeicherkrankheiten darauf zurückzuführen sind, dass Zellen Proteine und Lipide an die falschen Stellen in der Zelle fehlsortieren.