COP I

COPI cover
Opbygning af coatomer 1
tilgængelige strukturer
FBF	Find ortologer: PDBe , RCSB
Identifikatorer
Nomenklatur	Andre navne Coatomer, COPI
gen-ontologi Referencer: AmiGO / QuickGO
Proteinstruktur/funktion
Størrelse	320(alfa-underenhed), 291(epsilon-underenhed) ( aminosyrer )
UniProt	CUP_BOVIN n/a

COPI ( Coat complex protein I ) er et multiproteinkompleks , der, når det er samlet, danner et dæksel, der dækker og former vesikler, der transporterer proteiner og lipider fra Cis-fladen af ​​Golgi-apparatet tilbage til det ru endoplasmatiske reticulum (ER), hvor de oprindeligt blev syntetiseret og mellem rum i selve Golgi. Denne type transport kaldes retrograd transport i modsætning til den anterograde transport forbundet med COPII-proteinet. COPIs navn refererer til det specifikke pelsproteinkompleks, der initierer processen med vesikeldannelse ved cis-Golgi-membranen. Foringen består af store proteinsubkomplekser, som igen er opbygget af otte forskellige typer proteinunderenheder, selvom der i menneskearten kun er syv. COP I-skallen består af coatomeren, som er et 700 kDa cytosolisk proteinkompleks, der består af syv forskellige proteinunderenheder (α, β, β', γ, δ, ε, ζ) fundet i støkiometriske forhold og GTPase Arf1, der regulerer den intracellulære transport af vesikler ved at modulere interaktionen mellem pelsen og organellen. Det blev først identificeret i retrograd transport fra cis-Golgi til ER og er det mest undersøgte ARF-afhængige adapterprotein. Hovedfunktionen af ​​adapterproteiner er udvælgelsen af ​​lastproteiner til inkorporering i bærervesikler.

Historie

COPI-proteinkomplekset (sammen med COPII) blev identificeret af Lelio Orci, Benjamin S. Glick og James E. Rothman , i et eksperiment publiceret i tidsskriftet Cell i 1986. Golgi-membraner blev inkuberet i nærvær af ATP og fraktioner af cytosoliske proteiner, og det blev observeret, hvordan vesikler blev dannet ud fra Golgi-apparatet med en belægning, der intet havde til fælles med de karakteristiske sekskanter og femkanter, der danner clathrin triskelioner , og som heller ikke reagerede med polyklonale anti-antistoffer clathrin. Ved analyse af disse vesikler blev der fundet en høj koncentration af G-proteiner , hvilket afspejlede lokale koncentrationer af denne type protein i cisternerne, hvilket rejste muligheden for, at disse vesikler var bærere. Fluorescenslysmikroskopi var ikke effektiv til at genkende COPI-vesikler, da de sandsynligvis var for små og svage til at kunne skelnes fra de større og lysere Golgi-cisterner. Det var kun gennem en kombination af in vitro-eksperimenter, genetik og ekspression af muterede gener in vivo, at konceptet med to Golgi-genbrugsveje kunne fortolkes. I øjeblikket kan Golgi-afledte COPI-coatede vesikler let renses ved for eksempel en række in vitro-reaktioner, hvor transporten blokeres med ikke-hydrolyserbart GTP (GTP-pS).

Struktur og sammensætning af COP I covers

COPIs skal består af flere proteiner. Blandt dem finder vi ARF1-proteinet, ARF-GAP, ARF-GEF (GBF1) og COPI, også kaldet coatomer. ]

ARF

ARF (ADP-ribosyleringsfaktor) er proteiner af GTPase -familien , har en lille molekylvægt på ca. 20 kD og er involveret i vesikulær transport. Der er 30 pattedyr-ARF'er og 29 hos mennesker på grund af tab af ARF2. ARF er opløselige, men fordi det er post-translationelt modificeret ved N-terminalen ved tilsætning af en fedtsyre, findes myristic normalt forbundet med membraner. De er medlemmer af en konstant voksende familie, der også inkluderer ARL (ARF-lignende) proteiner, ARP (ARF-relaterede proteiner) og de fjernest beslægtede med ARF'er, SAR (proteiner associeret med ARF) sekretion og Ras-relaterede proteiner) ARF gennemgår en obligationsdannende cyklus med GTP og BNP . Når den er bundet til GTP, ændres dens konformation, så myristinsyre og den hydrofobe N-terminus blotlægges og forbindes med membraner. Interkonvertering mellem GTP og GDP-binding medieres af ARF-GEF (guanin nucleotid exchange factor) og GTPase-aktiverende proteiner (GAPS). ]

PRA-GAP

ARF-GAPs er en del af GAPs-familien, der er GTPase-aktiverende proteiner eller også kaldet GTPase-accelererende proteiner. ARF-GEF er et protein, der også er ansvarlig for reguleringen af ​​bindingen af ​​ARF-proteinet med GTP eller GDP. Begge typer proteiner binder til GTPase-proteiner og stimulerer deres aktivitet. ARF-GEF udskifter GDP'et af opløselig ARF med en GTP, hvilket tillader det at binde til membraner, mens ARF-GAP hydrolyserer GTP til GDP og tillader ARF at blive frigivet fra membranen.

GBF1

GBF1 er det specifikke protein, der er ansvarlig for aktivering af ARF ifølge nyere undersøgelser. GBF1 er et GEF-protein, der, når det overudtrykkes i celler, giver resistens over for BFA. BFA er meget vigtigt for cellen, da dets modifikation har vist sig at forårsage hæmning af COPI-belægningssamling. Dette får den vesikulære trafik mellem det endoplasmatiske retikulum og Golgi-apparatet til at stoppe og Golgi-strukturen skilles ad. Den dynamiske fordeling af GBF1 i levende celler er for nylig blevet observeret, da den er blevet mærket med YFP.

Coatomer

En coatomer er et 700 kD Cytosol-proteinkompleks bestående af syv ækvimolære underenheder (alfa, beta, beta', gamma, Delta, epsilon og zeta). Coatomer Protein og ADP-Ribosylation Factor 1 er hovedkomponenter i Complex I Coat Protein og deltager i vesikeltransport mellem det endoplasmatiske retikulum og Golgi-apparatet og i intra-Golgi vesikulær transport. Hvis ARF angiver membranen og det øjeblik, hvor vesiklen skal dannes, menes det, at coatomeren angiver, hvilken type molekyler der vil blive transporteret inde i vesiklen. De kan binde direkte til cargoproteiner, selvom det mest normale er, at de binder til transmembrane proteinreceptorer og det er dem der binder til cargoproteiner. Disse proteinreceptorer i tilfælde af COPI er p23-proteinerne. P23-proteinerne har vist sig at være det mest udbredte protein i COPI-coatede vesikelmembraner, deres cytoplasmatiske haler binder sig stærkt til COPI og fungerer således som en coatomer-receptor. Disse proteiner er blevet lokaliseret i COPI-coatede vesikler, der forlod Golgi-apparatet i retning af det endoplasmatiske retikulum, det menes, at signalet for retrograd transport findes i deres cytosoliske haler.

Funktioner

POP I vesikeldannelse

Dannelse af COPI-vesikler

For at initiere COP I kappesyntese aktiveres Arf1-GDP til Arf1-GTP af et GEF (guanosin nucleotid exchange factor) protein. Når Arf1 aktiveres, ændres dens konformation, således at myristikken (mættet fedtsyre med 14 carbonatomer) og den hydrofobe N-terminus blotlægges og binder membranen. Arf1-GTP, nu et integreret membranprotein, fanger coatomeren, der består af de syv underenheder på ydersiden af ​​membranen. α-, β- og ε-underenhederne genkender fire aminosyresekvenser indeholdende to Lys(K)-rester, KKXX-sekvenserne. Ladninger eller ladningsreceptorer rekrutteres med denne sekvens og er koncentreret i det område af membranen, hvor vesiklen vil dannes. De genkender også KDEL-proteiner, der har en bestemt sekvens af aminosyrer (Lys, Asp, Glut Leu), som er retentionssignalet i ER. På denne måde rekrutteres ladninger og samtidig dannes COP I-dækslet Denne proces gentages og membranen formes indtil en vesikel dannes. I modsætning til clathrin-hætter nedbrydes COP-hætter ikke, når først vesiklen er blevet dannet, men snarere ved at nå målmembranen, hvor et GAP (GTPase-aktiverende protein) hydrolyserer GTP til GDP+Pi, så inaktiveres Arf1 og løsnes fra vesikelmembranen nedbrydning af COP I-skallen, som er solubiliseret i cytoplasmaet.

Transport i Golgi

Dannelsen af ​​coatede vesikler er afgørende for transporten af ​​de forskellige forbindelser inde i cellen , og arten af ​​denne coating bestemmer både ladningen af ​​vesiklen og fusionen med målmembranen. En af transportvejene er den biosyntetisk-sekretoriske vej, der starter i det endoplasmatiske reticulum og derefter går til Golgi-komplekset og fordeles til forskellige punkter i cellen, hvor sidstnævnte fungerer som et klassifikationspunkt eller 'sortering' af cellen. forskellige dele af vejen. For at forstå passagen af ​​den biosyntetiske-sekretoriske vej gennem Golgi, er det nødvendigt at forstå strukturen af ​​Golgi. Golgi-komplekset består af en række cisterner, stablede membranlukkede rum, som igen giver anledning til diktyosomer (sæt på mellem fire og seks cisterner). Cis Golgi-netværket modtager vesiklerne fra det endoplasmatiske retikulum og sender belastningerne fra tank til tank til Trans Golgi-netværket, hvor de vil blive klassificeret mod deres næste destination. Derfor er det i Cis Golgi-netværket, hvor det vil blive besluttet, om materialet modtaget fra ER vil fortsætte sin passage gennem komplekset, bevæge sig gennem diktyosomerne i retning fra cis til trans, eller om det skal vende tilbage til ER ( retrograd transport). Transportmodellen gennem Golgi-komplekset har været genstand for diskussion i de senere år, hvor to forskellige hypoteser i øjeblikket dominerer: den vesikulære transportmodel og cisternemodningsmodellen. Ifølge den vesikulære transportmodel forbliver Golgi-cisterner statiske, med COPI-coatede transportvesikler, der flytter forbindelser sekventielt gennem hver cisternae. Hver af dem indeholder sit karakteristiske sæt af residente enzymer. I denne model forklarer tovejs vesikulær bevægelse, både retrograd og anterograd, den karakteristiske fordeling af Golgi-enzymer. I overensstemmelse med modningsmodellen for cisterner er Golgi-cisterner dynamiske strukturer, der transporterer forbindelser, når de modnes og bevæger sig i trans-retningen. Vesiklerne, der kommer fra ER, danner aggregater, der skubber cisternerne i Cis-netværket. I modsætning til den vesikulære transportmodel er fordelingen af ​​Golgi-enzymer i denne model defineret af den retrograde transport af vesikler. Der er forfattere, der forsvarer cisternemodningsmodellen, men peger på eksistensen af ​​en anterograd vesikulær bevægelse. Af denne grund forsvarer andre forfattere en mulig kombination af begge modeller som mere sandsynlig.

Retrograd transport

En del af de molekyler, der modtages fra det endoplasmatiske reticulum til Cis Golgi-netværket, returneres gennem den såkaldte retrograde eller recovery-transport. Funktionen af ​​nævnte transport er både returnering af molekyler, der er undsluppet fra ER, residente molekyler, der var fanget i COPII-vesiklerne, og membrangenbrug. Som ved intra-Golgi-handel medierer COPI-proteinet den retrograde transportvej. Forbindelser fra ER, der skal returneres, indeholder signaler, der binder dem til COPI-skallerne, pakker dem og danner indholdet af transportvesiklen. Et af de bedst karakteriserede signaler er KKXX-sekvensen dannet af to lysiner efterfulgt af to aminosyrer ved C-terminalen af ​​ER-membranproteinet. Der er andre genfindingssignaler, som i modsætning til membranproteiner, der binder direkte til COPI-skallen, skal bindes til specialiserede receptorproteiner: KDEL-receptorer, dannet af sekvensen Lys-Asp-Glu-Leu. Ændringerne, som det præsenterer i sin affinitet afhængigt af det rum, hvor det findes, er ukendte: det vil præsentere en større affinitet for proteinet i Golgi-komplekset for at fange det og en lavere affinitet, når det når det endoplasmatiske retikulum, hvor det vil blive frigivet. En mulig forklaring kan findes i forskellene i ion- og pH-forholdene mellem begge kompartmenter.

Proteiner, der bærer COP I-coatede vesikler

1.- Lumen proteiner. De er proteiner, der findes i lumen af ​​Golgi-apparatet, og som skal transporteres til lumen i den ru ER. De indeholder et KDEL-peptidsignal, der genkendes af en KDEL-membranreceptor. I gær kaldes de ERd2p, og hos pattedyr kaldes de KDELR. Denne receptor binder derefter til en ARF-GEF, som ændrer ARF til GTP-konformationen. Når ændringen er foretaget, binder ARF til den cytosoliske overflade af cis-Golgi-membranen.

2.- Membranproteiner. De er transmembrane proteiner, der ligger i ER og indeholder sorterings-/exitsignaler på deres cytosoliske haler, der leder proteinet ud af Golgi og tilbage ind i ER. Disse sorteringssignaler indeholder typisk en KKXX-aminosyresekvens, som interagerer med COPI. Den rækkefølge, i hvilken et adapterprotein associerer med last eller med ARF, er uklar, men for at en moden bærerproteincoating kan forekomme, skal cargo, adapterprotein og ARF associere.

Membrandeformation og vesikeldannelse sker efter samlingen af ​​interaktioner beskrevet ovenfor. Bærerproteinet løsner sig derefter fra vesikeldonormembranen, i tilfælde af COPI er denne membran den fra cis-Golgi, og vesiklen bevæger sig mod ER, hvor den fusionerer med acceptormembranen og dens indhold frigives.

Biomedicinske anvendelser og kuriositeter

Alternativ retrograd transport uafhængig af COP I

Der har været forslag fra forskellige undersøgelser siden slutningen af ​​1980'erne af eksistensen af ​​en anden Golgi-ER retrograd transportvej for glycotransferaser. Bevis på eksistensen af ​​denne COPI-uafhængige retrograde transport bestod i at studere beskyttelsen af ​​pattedyrsceller fra forskellige toksiner, der kommer ind ved endocytose og rejser til TGN, hvor de recirkuleres til reticulum; nogle af dem havde KDEL-sekvenser, og nogle havde ikke. Det blev observeret, at når COPI-komplekset blev hæmmet ved hjælp af antistoffer, var der ingen ophobninger i ER af toksinerne med KDEL-sekvensen, men der var ophobninger af dem, der ikke gjorde det. Hvis dette proteinkompleks ikke blev hæmmet, tog dem, der ikke havde sekvensen, 1,5 time længere. Andre eksperimenter, der hæmmede COPI med muteret GTP eller ARF1, havde identiske resultater. Denne mutante ARF stabiliserer COPI-membranassociationen og påvirker inkorporeringen af ​​residente Golgi-proteiner i COPI-vesikler. At pålægge de samme blokeringsbetingelser for COPI-funktioner nævnt ovenfor i parallelle eksperimenter påvirkede ikke den retrograde transport af glycotransferaser. Fra disse og lignende eksperimenter udledes eksistensen af ​​en yderligere langsommere og stadig uidentificeret mekanisme, der forklarer, hvorfor visse toksiner når ER ved hjælp af disse enzymers vej. Da der ikke observeres nogen stigning i denne anden transport, undtagen ved at hæmme COPI, er det muligt, at begge er uafhængige.

Vesikulære trafikforstyrrelser

Når genetiske mutationer opstår , er proteiner forkert kodet eller forkert foldet, eller deres behandling ændres, hvilket fører til dysfunktion. I tilfælde af mutationer i de gener, der koder for proteiner, der deltager i vesikeltransport, forårsager disse tilbageholdelse af ladninger i ER, hvor de akkumuleres, eller proteolyse og delokalisering forekommer både intra- og ekstracellulært. Genetiske ændringer, der påvirker trafik medieret af COP I, COP II og clathrin, (autosomal recessiv):

• COP I: Proteinkinasen Scyl1 regulerer vesiklerne medieret af COP I. Mutationer i dette protein er blevet fundet i tilfælde af en progressiv motorisk neuropatologi og cerebral atrofi, Spinocereberall Neurodegeneration.
• COP II: Kranio-lenticulo-sutural dysplasi er forårsaget af en mutation i SEC23A (koder for et COP II-kappeprotein), der forårsager unormal trafik mellem ER og Golgi, hvilket forårsager tilbageholdelse af kollagen I i ER, forsinket knogledannelse, hypopigmentering og grå stær.
• CLATHRIN: Hermansky-Pudlak syndrom type-3 protein er forbundet med clathrin. Mutationer i mindst otte gener, der koder for AP3-underenheder, forårsager problemer i biogenesen af ​​lysosom-relaterede organeller. Denne mutation forårsager okulokutan albinisme og en tendens til blødning.

Eksterne links

• [1] UniProtKB (database)
• [2] European Bioinformatics Institute Hjemmeside EMBL-EMI
• [3] Arkiveret 2012-10-31 på Wayback Machine . Sanger Instituttet