Exocytosew [von griech. exo = außen, außerhalb, kytos = Höhlung (heute: Zelle)], Eexocytosis, Ausschleusung von in Vesikeln eingeschlossenen intrazellulären Substanzen (z.B. Neurotransmitter an der Synapse) durch Verschmelzen der Vesikelmembran mit der Cytoplasmamembran und gleichzeitiger Abgabe der enthaltenen Substanzen nach außen. Wie andere Zellen auch, verfügen Nervenzellen über zwei prinzipielle Wege der Exocytose: als regulierte Exocytose bezeichnet man eine erst nach Zellaktivierung erfolgende Fusion sekretorischer Vesikel mit der Plasmamembran, die konstitutive Exocytose hingegen dient der regelmäßigen Substanzabgabe oder dem Einbau von Membranbausteinen. Die regulierte Exocytose wird durch Erhöhung der Ca²⁺-Konzentration aktiviert (z.B. Einstrom von Ca²⁺ an der Nervenendigung). Diese Ionenmileuänderung erlaubt erst die Fusion regulierter Vesikel mit der Plasmamembran, während konstitutive Vesikel spontan fusionieren. Die konstitutive Exocytose bleibt auch bei starker Reduktion der Ca²⁺-Konzentration unbeeinflußt, ist aber von GTP-Hydrolyse abhängig. Ein Reihe von Proteinen, darunter vesikuläre wie Synaptotagmin, Synaptobrevin und Synaptophysin, cytosolische wie NSF (N-Ethylmaleinimid-sensitives Fusionsprotein) und SNAP (soluble NSF attachment protein; SNARE) sowie plasmamembranäre wie Syntaxin und Neurexine sind sowohl für konstitutive als auch regulierte Exocytose nötig (Membranfusion; siehe Abb. ). Das Vesikelprotein Synaptobrevin nimmt bei der Exocytose eine Schlüsselposition ein. Bei Infektionen mit Bakterien der Gattung Clostridium (Erreger von Tetanus und Botulismus) führen die freigesetzten Clostridienneurotoxine zu einer Blockade der Transmitterfreisetzung über eine spezifische Spaltung des Synaptobrevins und anderer Proteine des Fusionskomplexes (SNAP-25 bzw. Syntaxin). – In Nervenzellen werden zwei Typen von sekretorischen Vesikeln unterschieden, die ihren Inhalt über regulierte Exocytose abgeben: die Granula und die synaptischen Vesikel. Die Granula speichern Proteine, Peptide und niedermolekulare Inhaltsstoffe. Diese Inhaltsstoffe gelangen über das rauhe endoplasmatische Reticulum und den Golgi-Apparat in die Granula-Vesikel. Große funktionelle Bedeutung haben die Proteasen, die in den Speichergranula hochmolekulare Proteine in kleinere Proteine mit spezifischer Funktionalität zerlegen können. Die entstandenen Substanzen werden gemeinsam ausgeschüttet. Beispielweise wird aus dem in Vorderlappenzellen der Hypophyse gebildeten Pro-Opiomelanocortin in den Granula u.a. β-Endorphin, das melanocytenstimulierende Hormon (MSH; Melanocortine) und das adrenocorticotrope Hormon (ACTH) gebildet. Das zweite Kompartiment der regulierten Exocytose in Neuronen und neuroendokrinen Zellen stellen die synaptischen Vesikel dar, die der raschen Freisetzung niedermolekularer Signalstoffe, wie der klassischen Transmitter Acetylcholin, GABA, Glycin oder Glutaminsäure, dienen. Diese Substanzen werden in der Nervenendigung über spezifische Mechanismen in die Vesikel aufgenommen und reguliert abgegeben. Membranproteine dieser Vesikel sind an der Einleitung und Regulation der Exocytose beteiligt. Die Nervenendigung weist Mechanismen zur Ausbildung rascher Zyklen von Exocytose und Endocytose dieser synaptischen Vesikel auf, das Membrankompartiment kann mehrfach wiederbeladen werden. Die Granula dagegen werden über den aufwendigeren Weg des Golgi-Apparates wiederbeladen. Die Freisetzung ihres Inhaltes erfolgt nach ähnlichen Mechanismen wie bei den sekretorischen Vesikeln, jedoch nicht unmittelbar an der präsynaptischen Plasmamembran, sondern eher lateral oder axonal, sie verläuft langsamer und mit veränderter Calcium-Abhängigkeit. Membranfusion; SNARE.

Exocytose

Schematische Darstellung des Beginns der Exocytose einer synaptischen Vesikel. Die Vesikel dockt an die Plasmamembran über einen Proteinkomplex aus Synaptotagmin, Synaptobrevin, Synaptophysin und anderen Faktoren an. Nach Calciumeinstrom aufgrund einer Öffnung von Calciumkanälen (z.B. ausgelöst durch ein eintreffendes Aktionspotential) interagieren die Proteine des Komplexes, was zur Bildung einer Fusionspore aus Synaptophysin führt, die den Beginn der Exocytose markiert.