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Allgemeinmedizin 21. Juli 2016

Endoplasmosis and exoplasmosis: the evolutionary principles underlying endocytosis, exocytosis, and vesicular transport

Eukaryotic cells are characterized by a multicompartmental structure with a variety of organelles. Vesicular transport between these compartments requires membrane fusion events. Based on a membrane topology view, we conclude that there are two basic mechanisms of membrane fusion, namely where the membranes first come in contact with the cis-side (the plasmatic phase of the lipid bilayer) or with the trans-side (the extra-plasmatic face). We propose to designate trans-membrane fusion processes as “endoplasmosis” as they lead to uptake of a compartment into the plasmatic phase. Vice versa we suggest the term “exoplasmosis” (as already suggested in a 1964 publication) for cis-membrane fusion events, where the interior of a vesicle is released to an extraplasmatic environment (the extracellular space or the lumen of a compartment). This concept is supported by the fact that all cis- and all trans-membrane fusions, respectively, exhibit noticeable similarities implying that they evolved from two functionally different mechanisms.

Zusammenfassung

Eukaryotische Zellen besitzen eine Multi-Kompartiment-Struktur mit unterschiedlichen Organellen. Vesikulärer Transport zwischen den Kompartimenten erfordert Membranfusionsprozesse. Bei Betrachtung aus Sicht der Membrantopologie kann man schließen, dass es 2 grundsätzliche Mechanismen der Membranfusion gibt: einerseits solche, bei denen die Membranen zuerst mit der cis-Seite (der plasmatischen Seite der Membrandoppelschicht) in Kontakt treten, und andererseits solche, bei denen sich die trans-Seiten zuerst berühren (die extraplasmatischen Seiten). Der Autor schlägt die Bezeichnung „Endoplasmose“ für alle trans-Membranfusionen vor, da sie zu einer Aufnahme eines Kompartiments in die plasmatische Phase führen, und vice versa die Bezeichnung „Exoplasmose“ (wie bereits 1964 in einer Publikation vorgeschlagen) für alle cis-Membranfusionen, wo das Innere eines Vesikels in einen extraplasmatischen Raum entladen wird (den Extrazellulärraum oder das Lumen eines Kompartiments). Dieses Konzept wird durch die Tatsache unterstützt, dass alle cis- bzw. alle trans-Membranfusionen bemerkenswerte Ähnlichkeiten zeigen, was darauf hindeutet, dass sie aus 2 funktionell unterschiedlichen Mechanismen entstanden sind.

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