COP I

COPI kryt
Struktura coatomeru 1
dostupné struktury
PNR	Najít ortology: PDBe , RCSB
Identifikátory
Nomenklatura	Ostatní jména Coatomer, COPI
genová ontologie Reference: AmiGO / QuickGO
Struktura/funkce proteinu
Velikost	320 (alfa podjednotka), 291 (epsilon podjednotka) ( aminokyseliny )
UniProt	CUP_BOVIN n/a

COPI ( Coat complex protein I ) je multiproteinový komplex , který po sestavení tvoří obal, který pokrývá a tvaruje vezikuly, které transportují proteiny a lipidy z Cis plochy Golgiho aparátu zpět do hrubého endoplazmatického retikula (ER), kde byly původně syntetizovány a mezi kompartmenty samotného Golgiho. Tento typ transportu se nazývá retrográdní transport, na rozdíl od anterográdního transportu spojeného s proteinem COPII. Název COPI odkazuje na specifický komplex obalového proteinu, který iniciuje proces tvorby vezikul na cis-Golgiho membráně. Výstelka se skládá z velkých proteinových subkomplexů, které jsou zase tvořeny osmi různými typy proteinových podjednotek, i když u lidského druhu je jich pouze sedm. Skořápka COP I se skládá z coatomeru, což je 700kDa cytosolový proteinový komplex, který se skládá ze sedmi různých proteinových podjednotek (α, β, β', γ, δ, ε, ζ) nacházejících se ve stechiometrických poměrech a GTPázy. Arf1, který reguluje intracelulární transport vezikul modulací interakce mezi pláštěm a organelou. Poprvé byl identifikován při retrográdním transportu z cis-Golgiho do ER a je nejvíce studovaným adaptorovým proteinem závislým na ARF. Hlavní funkcí adaptorových proteinů je výběr cargo proteinů pro začlenění do nosných vezikul.

Historie

Proteinový komplex COPI (spolu s COPII) identifikovali Lelio Orci, Benjamin S. Glick a E. Rothman [ v experimentu publikovaném v časopise Cell v roce 1986. Golgiho membrány byly inkubovány v přítomnosti ATP a frakcí cytosolových proteinů a bylo pozorováno, jak se z Golgiho aparátu tvořily vezikuly s povlakem, který neměl nic společného s charakteristickými šestiúhelníky a pětiúhelníky, které tvoří klatrinové triskeliony a který také nereagoval s polyklonálními anti-protilátkami clathrin. Při analýze těchto vezikul byla nalezena vysoká koncentrace G proteinů , která odrážela lokální koncentrace tohoto typu proteinu v cisternách, což zvýšilo možnost, že tyto vezikuly byly nosiče. Fluorescenční světelná mikroskopie nebyla účinná při rozpoznávání vezikul COPI, protože byly pravděpodobně příliš malé a slabé, aby je bylo možné odlišit od větších a jasnějších Golgiho cisteren. Koncept dvou Golgiho recyklačních cest mohl být interpretován pouze prostřednictvím kombinace experimentů in vitro, genetiky a exprese mutovaných genů in vivo. V současné době lze vezikuly potažené COPI odvozené od Golgiho snadno purifikovat například řadou in vitro reakcí, při kterých je transport blokován nehydrolyzovatelným GTP (GTP-pS).

Struktura a složení obalů COP I

Skořápka COPI se skládá z několika proteinů. Mezi nimi najdeme protein ARF1, ARF-GAP, ARF-GEF (GBF1) a COPI, také nazývaný coatomer. ]

ARF

ARF (ADP ribosylační faktor) jsou proteiny z rodiny GTPáz , mají malou molekulovou hmotnost přibližně 20 kD a podílejí se na vezikulárním transportu. Existuje 30 savčích ARF a 29 u lidí kvůli ztrátě ARF2. ARF jsou rozpustné, ale protože jsou posttranslačně modifikovány na N-konci přidáním mastné kyseliny , myristové se normálně vyskytují spojené s membránami. Jsou členy neustále rostoucí rodiny, která také zahrnuje ARL (ARF-like) proteiny, ARP (ARF-related proteiny) a nejvzdáleněji příbuzné ARF, SAR (proteiny asociované s ARF), sekreci a Ras-related proteiny) ARF prochází cyklem tvorby dluhopisů s GTP a GDP . Když se naváže na GTP, jeho konformace se změní tak, že kyselina myristová a hydrofobní N-konec jsou obnaženy a spojeny s membránami. Vzájemná konverze mezi GTP a GDP vazbou je zprostředkována ARF-GEF (guanin nukleotid exchange factor) a GTPase-activating proteins (GAPS). ]

PRA-GAP

ARF-GAP jsou součástí rodiny GAP, což jsou proteiny aktivující GTPázu nebo také nazývané proteiny urychlující GTPázu. ARF-GEF je protein, který je také zodpovědný za regulaci vazby proteinu ARF s GTP nebo GDP. Oba typy proteinů se vážou na proteiny GTPázy a stimulují jejich aktivitu. ARF-GEF vyměňuje GDP rozpustného ARF za GTP, což mu umožňuje vázat se na membrány, zatímco ARF-GAP hydrolyzuje GTP na GDP a umožňuje uvolnění ARF z membrány.

GBF1

GBF1 je podle nedávných studií specifický protein, který je zodpovědný za aktivaci ARF. GBF1 je protein GEF, který při nadměrné expresi v buňkách propůjčuje rezistenci vůči BFA. BFA je pro buňku velmi důležitý, protože se ukázalo, že jeho modifikace způsobuje inhibici sestavování COPI povlaku. To způsobí, že se vezikulární provoz mezi endoplazmatickým retikulem a Golgiho aparátem zastaví a Golgiho struktura se rozebere. Nedávno byla pozorována dynamická distribuce GBF1 v živých buňkách, protože byla označena pomocí YFP.

Coatomer

Coatomer [ je 700 kD proteinový komplex Cytosol sestávající ze sedmi ekvimolárních podjednotek (alfa, beta, beta', gama, Delta, epsilon a zeta) Koatomerní protein a ADP-ribosylační faktor 1 jsou hlavními složkami potahového proteinu komplexu I a účastní se transportu vezikul mezi endoplazmatickým retikulem a Golgiho aparátem a intra-Golgiho vezikulárního transportu. Pokud ARF indikuje membránu a okamžik, ve kterém se má vezikula vytvořit, má se za to, že coatomer indikuje, jaký typ molekul bude ve vezikule transportován. Mohou se vázat přímo na cargo proteiny, i když nejnormálnější je, že se vážou na transmembránové proteinové receptory a ty se vážou na cargo proteiny. Těmito proteinovými receptory v případě COPI jsou proteiny p23. Ukázalo se, že proteiny p23 jsou nejhojnějším proteinem v membránách vezikul potažených COPI, jejich cytoplazmatické konce se silně vážou na COPI, a tak slouží jako receptor coatomeru. Tyto proteiny byly lokalizovány ve vezikulách potažených COPI, které opustily Golgiho aparát ve směru endoplazmatického retikula, předpokládá se, že signál pro retrográdní transport se nachází v jejich cytosolických ocasech.

Funkce

Tvorba vezikul POP I

Tvorba COPI vezikul

K zahájení syntézy obalu COP I se Arf1-GDP aktivuje na Arf1-GTP proteinem GEF (guanosin nukleotidový výměnný faktor). Když je Arf1 aktivován, jeho konformace se změní tak, že myristická (nasycená mastná kyselina se 14 atomy uhlíku) a hydrofobní N-konec jsou obnaženy a vážou membránu. Arf1-GTP, nyní integrální membránový protein, zachycuje coatomer tvořený sedmi podjednotkami na vnější straně membrány. Podjednotky a, p a e rozpoznávají čtyři aminokyselinové sekvence obsahující dva zbytky Lys(K), sekvence KKXX. Náboje nebo receptory náboje jsou přijímány s touto sekvencí a jsou koncentrovány v oblasti membrány, kde se vytvoří vezikula. Rozpoznají také proteiny KDEL, které mají určitou sekvenci aminokyselin (Lys, Asp, Glut Leu), která je retenčním signálem v ER. Tímto způsobem se rekrutují náboje a současně se vytváří kryt COP I. Tento proces se opakuje a membrána se tvaruje, dokud nevznikne vezikula. Na rozdíl od klatrinových čepiček se čepičky COP nerozpadají po vytvoření vezikuly, ale spíše po dosažení cílové membrány, kde GAP (GTPase activating protein) hydrolyzuje GTP na GDP+Pi, pak je Arf1 inaktivován a odděluje se od membrány vezikuly. rozbití obalu COP I, který je solubilizován v cytoplazmě.

Doprava v Golgi

Tvorba potažených vezikul je nezbytná pro transport různých sloučenin v buňce a povaha tohoto potahu určuje jak náboj vezikuly, tak fúzi s cílovou membránou. Jednou z transportních cest je biosynteticko-sekreční dráha, která začíná v endoplazmatickém retikulu a pokračuje do Golgiho komplexu a je distribuována do různých bodů buňky, která působí jako klasifikační bod nebo „třídění“ buněk. různé součásti silnice. Abychom pochopili průchod biosynteticko-sekreční cesty přes Golgiho, je nutné porozumět struktuře Golgiho. Golgiho komplex se skládá ze série cisteren, naskládaných membránou uzavřených kompartmentů, které zase dávají vzniknout dictyosomům (soubory mezi čtyřmi a šesti cisternami). Síť Cis Golgi přijímá vezikuly z endoplazmatického retikula a přenáší náklad z nádrže do nádrže do sítě Trans Golgi, kde budou klasifikovány směrem k dalšímu cíli. Je to tedy v Cis Golgi Network, kde se rozhodne, zda materiál přijatý z ER bude pokračovat v průchodu komplexem a bude se pohybovat přes diktyozomy ve směru od cis k trans, nebo zda se má vrátit do ER ( retrográdní doprava). Transportní model Golgiho komplexem je předmětem diskuse v posledních letech, přičemž v současnosti dominují dvě různé hypotézy: model vezikulárního transportu a model zrání cisteren. Podle modelu vezikulárního transportu zůstávají Golgiho cisterny statické, transportní vezikuly potažené COPI pohybují sloučeninami postupně každou cisternou. Každý z nich obsahuje svou charakteristickou sadu rezidentních enzymů. V tomto modelu obousměrný vezikulární pohyb, retrográdní i anterográdní, vysvětluje charakteristickou distribuci Golgiho enzymů. V souladu s modelem dozrávání cisteren jsou Golgiho cisterny dynamické struktury, které transportují sloučeniny, když zrají a pohybují se v trans směru. Vezikuly, které pocházejí z ER, tvoří agregáty, které tlačí cisterny Cis sítě. Na rozdíl od modelu vezikulárního transportu je v tomto modelu distribuce Golgiho enzymů definována retrográdním transportem vezikul. Existují autoři, kteří obhajují model zrání cisterny, ale poukazují na existenci anterográdního vezikulárního pohybu. Z tohoto důvodu jiní autoři obhajují možnou kombinaci obou modelů jako pravděpodobnější.

Retrográdní doprava

Část molekul přijatých z endoplazmatického retikula do Cis Golgiho sítě se vrací prostřednictvím tzv. retrográdního neboli regeneračního transportu. Funkcí uvedeného transportu je jak návrat molekul, které unikly z ER, rezidentní molekuly, které byly zachyceny ve vezikulách COPII, tak recyklace membrány. Stejně jako v intra-Golgiho obchodování zprostředkovává protein COPI retrográdní transportní dráhu. Sloučeniny z ER, které mají být vráceny, obsahují signály, které je vážou na obaly COPI, balí je a tvoří obsah transportního vezikula. Jedním z nejlépe charakterizovaných signálů je sekvence KKXX tvořená dvěma lysiny následovanými dvěma aminokyselinami na C-konci membránového proteinu ER. Existují další vyhledávací signály, které se na rozdíl od membránových proteinů, které se vážou přímo na obal COPI, potřebují vázat na specializované receptorové proteiny: Receptory KDEL, tvořené sekvencí Lys-Asp-Glu -Leu. Změny, které vykazuje ve své afinitě v závislosti na kompartmentu, ve kterém se nachází, nejsou známy: bude mít větší afinitu k proteinu v Golgiho komplexu, aby jej zachytil, a nižší afinitu, když dosáhne endoplazmatického retikula, kde bude vydáno. Možné vysvětlení lze nalézt v rozdílech v iontových podmínkách a podmínkách pH mezi oběma kompartmenty.

Proteiny nesoucí vezikuly potažené COP I

1.- Lumen proteiny. Jsou to proteiny nacházející se v lumen Golgiho aparátu, které je třeba transportovat do lumen hrubého ER. Obsahují signál peptidu KDEL, který je rozpoznáván membránovým receptorem KDEL. U kvasinek se nazývají ERd2p a u savců se nazývají KDELR. Tento receptor se pak váže na ARF-GEF, který mění ARF na GTP konformaci. Jakmile je změna provedena, ARF se váže na cytosolickou stranu cis-Golgiho membrány.

2.- Membránové proteiny. Jsou to transmembránové proteiny, které sídlí v ER a obsahují třídicí/výstupní signály na svých cytosolických ocasech, které směrují protein ven z Golgiho aparátu a zpět do ER. Tyto třídící signály typicky obsahují KKXX aminokyselinovou sekvenci, která interaguje s COPI. Pořadí, ve kterém se adaptorový protein spojuje s nákladem nebo s ARF, není jasné, ale aby došlo k potažení zralého nosného proteinu, musí se spojovat náklad, adaptorový protein a ARF.

Po shromáždění výše popsaných interakcí dochází k deformaci membrány a tvorbě vezikul. Nosný protein se poté oddělí od membrány donoru vezikuly, v případě COPI je touto membránou membrána cis-Golgiho a vezikula se pohybuje směrem k ER, kde splyne s akceptorovou membránou a její obsah se uvolní.

Biomedicínské využití a zajímavosti

Alternativní retrográdní transport nezávislý na COP I

Od konce 80. let 20. století existují návrhy z různých výzkumů na existenci další Golgi-ER retrográdní transportní cesty pro glykotransferázy. Důkaz existence tohoto retrográdního transportu nezávislého na COPI spočíval ve studiu ochrany savčích buněk před různými toxiny, které vstupují endocytózou a putují do TGN, kde jsou recyklovány do retikula; některé z nich měly sekvence KDEL a některé ne. Bylo pozorováno, že když byl komplex COPI inhibován pomocí protilátek, nedocházelo v ER k žádné akumulaci toxinů se sekvencí KDEL, ale došlo k akumulaci těch, které ne. Pokud tento proteinový komplex nebyl inhibován, těm, které neměly sekvenci, to trvalo o 1,5 hodiny déle. Jiné experimenty, které inhibovaly COPI s mutovaným GTP nebo ARF1, měly totožné výsledky. Tento mutantní ARF stabilizuje asociaci COPI-membrána a ovlivňuje začlenění rezidentních Golgiho proteinů do COPI vezikul. Zavedení stejných podmínek blokování funkcí COPI uvedených výše v paralelních experimentech neovlivnilo retrográdní transport glykotransferáz. Z těchto a podobných experimentů je odvozena existence dalšího pomalejšího a dosud neidentifikovaného mechanismu, který vysvětluje, proč se určité toxiny dostávají do ER pomocí cesty těchto enzymů. Protože není pozorováno žádné zvýšení tohoto jiného transportu kromě inhibice COPI, je možné, že oba jsou nezávislé.

Poruchy vezikulární dopravy

Když se objeví genetické mutace , proteiny jsou chybně zakódovány nebo složeny nebo je změněno jejich zpracování, což vede k dysfunkci. V případě mutací v genech, které kódují proteiny, které se účastní transportu vezikul, tyto způsobují retenci nábojů v ER, kde se akumulují, nebo dochází k proteolýze a delokalizaci jak intra, tak extracelulární. Genetické změny, které ovlivňují provoz zprostředkovaný COP I, COP II a clathrinem (autozomálně recesivní):

• COP I: Proteinová kináza Scyl1 reguluje vezikuly zprostředkované COP I. Mutace v tomto proteinu byly nalezeny v případech progresivní motorické neuropatologie a cerebrální atrofie, spinocereberální neurodegenerace.
• COP II: Kranio-lenticulo-suturální dysplazie je způsobena mutací v SEC23A (kóduje obalový protein COP II), která způsobuje abnormální přenos mezi ER a Golgiho aparátem, což způsobuje retenci kolagenu I v ER, opožděnou osifikaci, hypopigmentaci a kataraktu.
• CLATHRIN: Protein typu 3 syndromu Hermanského-Pudlaka je spojen s klatrinem. Mutace v nejméně osmi genech kódujících podjednotky AP3 způsobují problémy v biogenezi organel souvisejících s lysozomy. Tato mutace způsobuje okulokutánní albinismus a tendenci ke krvácení.

Externí odkazy

• [1] UniProtKB (databáze)
• [2] Domovská stránka Evropského bioinformatického institutu EMBL-EMI
• [3] Archivováno 2012-10-31 na Wayback Machine . Sangerův institut