A sejten belüli transzportfolyamatok egy meghatározó hányada membrán-határolta hólyagocskák, vezikulák közvetítésével zajlik. Az ER, a Golgi-készülék, az endoszómák és a lizoszómák - az úgynevezett endomembrán rendszer tagjai – egymás és a plazmamembrán közötti anyagforgalma valósul meg így. A vezikuláris transzporttal összekapcsolt, membránnal határolt terek szigorúan elkülönülnek a citoszoltól, egymással azonban topológiai szempontból egyenértékűek (lásd 1. ábra, 7. fejezet). Ez nem is lehet másképp, hiszen a vezikulák lefűződése és fúziója sokkal szabadabb szolubilis és membrán-kötött anyagáramlást tesz lehetővé, mint a nem-ekvivalens terek közötti forgalmat biztosító, jól zárható csatornák (például az ER-be vezető transzlokon). Ugyanakkor az endomembrán rendszer különböző kompartmentjei funkció szempontjából világosan elkülönülnek, mert mind membránjuk összettétele, mind beltartalmuk különbözik.

Az ER-től kiinduló és a Golgi-készüléken keresztülhaladó vezikuláris transzportot szekréciós útnak nevezik, annak ellenére, hogy az anyagáramlás végállomása nem feltétlenül az extracelluláris tér vagy a plazmamembrán. Hiszen ezt az útvonalat „használják” a Golgi-készülék különböző tereibe, a lizoszómákba vagy az endoszómákba irányított, ott működő fehérjék is. A plazmamembrán felől lefűződő vezikulák pedig az endocitotikus útvonalon haladnak végig, és szállítanak molekulákat a lizoszómába, vagy reciklizáció révén vissza a plazmamembránba (1. ábra).

1. ábra. A sejtben működő fő vezikuláris transzport útvonalak. Piros nyíl: anyagforgalom a plazmamembrán irányába; kék nyíl: endocitotikus útvonal; lila nyíl: Golgi-ER retrográd transzport

A vezikuláris anyagtranszport irányait, állomásait és a benne résztvevő molekulákat az 1960-as évek óta kutatják, kezdve George Palade-dal, aki először írta le a szekréciós út lépéseit (1974-ben Nobel-díjat kapott). A kutatások egy része az úgynevezett pulse-chase módszeren alapult, amelynek során rövid ideig (régebben radioaktívan) jelölt aminosavakat juttattak szekréciós sejtekbe, és követték a szintetizálódott – elsősorban kiválasztásra kerülő –fehérjék sorsát. Ezt az utóbbi húsz évben kiegészítette a GFP riporterfehérjével fúzionált hőmérséklet-érzékeny szekréciós fehérjék lokalizációjának vizsgálata: restriktív (alacsony) hőmérsékleten gátlódik ezen fehérjék feltekeredése, valamennyien elakadnak az ER-ben. Alkalmas időben permisszív hőmérsékletet biztosítva aztán egyszerre indulnak el a szekréciós úton, és fluoreszcens mikroszkópban akár in vivo lehet detektálni őket. Az egyes kompartmentekben működő, illetve a vezikuláris transzport lebonyolításában szerepet játszó fehérjéket egyrészt biokémiai módszerekkel, sejttenyészetben és sejtmentes rendszerekben, másrészt genetikai megközelítéssel, a szekréciós útvonalban sérült hőmérséklet-érzékeny élesztőmutánsok izolálásával és vizsgálatával azonosították.

A vezikulák lefűződése a donor membránról, vándorlása a sejtben és fúziója a következő állomás membránjával természetesen szigorúan szabályozott. Bár az endomembrán rendszer elemei között óriási számban találhatunk morfológialilag teljesen egyformának tetsző hólyagocskákat, ezek molekuláris összetétel szempontjából különböző identitással bírnak, amit a membránjukban található jelölő, úgynevezett markermolekulák különböző kombinációi biztosítanak. Hiszen minden egyes vezikulának pontosan „tudnia kell”, már születése, azaz a lefűződés során, hogy hová tart; ugyanúgy, ahogy egy kompartmentnek is tudnia kell, mely vezikulákkal lehet fuzionálnia, és melyekkel nem. Ugyanakkor a lefűződés, a felismerés és a fúzió mechanizmusa ugyanarra a sémára íródott, az egyes folyamatokban résztvevő molekulák egy családba tartoznak, vagy funkciójukban igen hasonlóak (2. ábra).

2. ábra. Két membránfelszín közötti vezikuláris transzport általános lépései

Ez a fejezet összefoglalja mindazokat az ismereteket, amelyek a vezikuláris transzport lépéseit általánosan jellemzik, és egy–egy külön fejezet (a 9. és a 18.) tárgyalja magát a szekréciós és az endocitotikus útvonalat.