COP I

COPI kansi
Päällysteen rakenne 1
käytettävissä olevista rakenteista
ATE	Etsi ortologit: PDBe , RCSB
Tunnisteet
Nimikkeistö	Muut nimet Coatomer, COPI
geeniontologia Viitteet: AmiGO / QuickGO
Proteiinin rakenne/toiminto
Koko	320 (alfa-alayksikkö), 291 (epsilon-alayksikkö) ( aminohapot )
UniProt	CUP_BOVIN n/a

COPI ( Coat complex protein I ) on moniproteiinikompleksi , joka koottuna muodostaa kannen, joka peittää ja muotoilee rakkuloita, jotka kuljettavat proteiineja ja lipidejä Golgi-laitteen Cis-pinnalta takaisin karkeaan endoplasmiseen retikulumiin (ER). missä ne alun perin syntetisoitiin ja itse Golgin osastojen välillä. Tämän tyyppistä kuljetusta kutsutaan retrogradiseksi kuljetukseksi, toisin kuin COPII-proteiiniin liittyvä anterogradinen kuljetus. COPI:n nimi viittaa spesifiseen vaippaproteiinikompleksiin, joka käynnistää vesikkelien muodostumisprosessin cis-Golgi-kalvolla. Vuoraus koostuu suurista proteiinialakomplekseista, jotka puolestaan ​​koostuvat kahdeksasta eri tyyppisestä proteiinialayksiköstä, vaikka ihmislajissa niitä on vain seitsemän. COP I -kuori koostuu koatomeerista, joka on 700 kDa:n sytosolinen proteiinikompleksi, joka koostuu seitsemästä eri proteiinialayksiköstä (α, β, β', γ, δ, ε, ζ), joita löytyy stoikiometrisistä suhteista ja GTPaasista. Arf1, joka säätelee rakkuloiden intrasellulaarista kuljetusta moduloimalla turkin ja organellin välistä vuorovaikutusta. Se tunnistettiin ensin retrogradisessa kuljetuksessa cis-Golgista ER:hen, ja se on tutkituin ARF-riippuvainen adapteriproteiini. Adapteriproteiinien päätehtävä on lastiproteiinien valinta kantajavesikkeleihin sisällytettäviksi.

Historia

COPI-proteiinikompleksin (yhdessä COPII:n kanssa) tunnistivat Lelio Orci, Benjamin S. Glick ja James E. Rothman kokeessa , joka julkaistiin Cell-lehdessä vuonna 1986. Golgi-kalvoja inkuboitiin ATP :n ja sytosolisten proteiinien fraktioita ja havaittiin, kuinka Golgin laitteesta muodostui rakkuloita pinnoitteella, jolla ei ollut mitään yhteistä klatriinitriskelioneja muodostavien tunnusomaisten kuusikulmioiden ja viisikulmioiden kanssa ja joka ei myöskään reagoinut polyklonaalisten anti-vasta-aineiden kanssa klatriini. Näitä vesikkelejä analysoitaessa havaittiin korkea G-proteiinien pitoisuus , mikä heijasti tämän tyyppisten proteiinien paikallisia pitoisuuksia vesisäiliöissä, mikä nosti mahdollisuuden, että nämä vesikkelit olivat kantajia. Fluoresenssivalomikroskopia ei ollut tehokas COPI-rakkuloiden tunnistamisessa, koska ne olivat luultavasti liian pieniä ja heikkoja erotettavaksi suuremmista ja kirkkaammista Golgi-vesikkeleistä. Ainoastaan ​​in vitro -kokeiden, genetiikan ja mutatoituneiden geenien in vivo -ilmentymisen yhdistelmällä käsite kahdesta Golgin kierrätysreitistä voitiin tulkita. Tällä hetkellä Golgista peräisin olevat COPI-päällysteiset vesikkelit voidaan puhdistaa helposti esimerkiksi sarjalla in vitro -reaktioita, joissa kuljetus estetään ei-hydrolysoituvalla GTP:llä (GTP-pS).

COP I -kansien rakenne ja koostumus

COPI:n kuori koostuu useista proteiineista. Niiden joukossa on ARF1-proteiini, ARF-GAP, ARF-GEF (GBF1) ja COPI, jota kutsutaan myös coatomeeriksi. ]

ARF

ARF (ADP ribosylation factor) ovat GTPaasi -perheen proteiineja, joiden molekyylipaino on pieni, noin 20 kD, ja ne osallistuvat vesikulaariseen kuljetukseen. Nisäkkäillä on 30 ARF:ää ja 29 ihmisillä ARF2:n menetyksen vuoksi. ARF:t ovat liukoisia, mutta koska se on posttranslationaalisesti modifioitunut N-päässä rasvahappoa lisäämällä , myristin havaitaan tavallisesti liittyvän kalvoihin. Ne ovat jäseniä jatkuvasti kasvavaan perheeseen, joka sisältää myös ARL:n (ARF:n kaltaiset) proteiinit, ARP:n (ARF:n kaltaiset proteiinit) ja kaukaisimman sukulaisen ARF:ille, SAR:n (ARF:ään assosioituneet proteiinit), erityksen ja Ras:iin liittyvät proteiinit. ARF käy läpi sidossyklin GTP :n ja GDP :n kanssa . GTP:hen sitoutuessaan sen konformaatio muuttuu siten, että myristiinihappo ja hydrofobinen N-pää paljastuvat ja liittyvät kalvoihin. GTP:n ja GDP:n sitoutumisen välistä muuntamista välittävät ARF-GEF (guaniininukleotidinvaihtotekijä) ja GTPaasia aktivoivat proteiinit (GAPS). ]

PRA-GAP

ARF-GAP:t ovat osa GAP-perhettä, jotka ovat GTPaasia aktivoivia proteiineja tai joita kutsutaan myös GTPaasia kiihdyttäviksi proteiineiksi. ARF-GEF on proteiini, joka vastaa myös ARF-proteiinin GTP:hen tai GDP:hen sitoutumisen säätelystä. Molemmat proteiinityypit sitoutuvat GTPaasiproteiineihin ja stimuloivat niiden aktiivisuutta. ARF-GEF vaihtaa liukoisen ARF:n GDP:n GTP:hen, jolloin se voi sitoutua kalvoihin, kun taas ARF-GAP hydrolysoi GTP:n GDP:ksi ja sallii ARF:n vapautumisen kalvosta.

GBF1

GBF1 on spesifinen proteiini, joka on viimeaikaisten tutkimusten mukaan vastuussa ARF:n aktivoinnista. GBF1 on GEF-proteiini, joka yli-ilmentyessään soluissa antaa resistenssin BFA:lle. BFA on erittäin tärkeä solulle, koska sen modifikaation on osoitettu estävän COPI-päällysteen muodostumista. Tämä aiheuttaa endoplasmisen retikulumin ja Golgi-laitteen välisen vesikulaariliikenteen pysähtymisen ja Golgi-rakenteen hajoamisen. GBF1:n dynaaminen jakautuminen elävissä soluissa on äskettäin havaittu, koska se on leimattu YFP:llä.

Coatomer

Coatomer on 700 kD:n sytosoliproteiinikompleksi , joka koostuu seitsemästä ekvimolaarisesta alayksiköstä (alfa, beeta, beeta', gamma, delta, epsilon ja zeta). Coatomer Protein ja ADP-ribosylaatiotekijä 1 ovat Complex I Coat Proteinin pääkomponentteja ja osallistuvat rakkuloiden kuljetukseen endoplasmisen retikulumin ja Golgi-laitteen välillä sekä Golgin rakkulakuljetukseen. Jos ARF ilmaisee kalvon ja hetken, jolloin rakkulan on määrä muodostua, oletetaan, että coatomeeri osoittaa, minkä tyyppisiä molekyylejä kuljetetaan vesikkelin sisällä. Ne voivat sitoutua suoraan lastin proteiineihin, vaikka normaalein asia on, että ne sitoutuvat transmembraanisiin proteiinireseptoreihin ja juuri nämä sitoutuvat lastin proteiineihin. Nämä proteiinireseptorit COPI:n tapauksessa ovat p23-proteiineja. P23-proteiinien on osoitettu olevan runsain proteiini COPI:lla päällystetyissä vesikkelikalvoissa, niiden sytoplasmiset hännät sitoutuvat voimakkaasti COPI:hen ja toimivat siten koomeerireseptorina. Nämä proteiinit ovat sijainneet COPI:lla päällystetyissä vesikkeleissä, jotka lähtivät Golgi-laitteistosta endoplasmisen retikulumin suuntaan. Arvellaan, että signaali retrogradiselle kuljetukselle löytyy niiden sytosolisista pyrstistä.

Ominaisuudet

POP I - rakkuloiden muodostuminen

COPI-rakkuloiden muodostuminen

COP I -vaippasynteesin käynnistämiseksi Arf1-GDP aktivoidaan Arf1-GTP:ksi GEF-proteiinilla (guanosiininukleotidinvaihtotekijä). Kun Arf1 aktivoidaan, sen konformaatio muuttuu siten, että myristinen (tyydyttynyt rasvahappo, jossa on 14 hiiliatomia) ja hydrofobinen N-pää paljastuvat ja sitovat kalvon. Arf1-GTP, nyt integroitu kalvoproteiini, vangitsee kalvon ulkopuolella olevista seitsemästä alayksiköstä koostuvan koomeerin. A-, p- ja e-alayksiköt tunnistavat neljä aminohapposekvenssiä, jotka sisältävät kaksi Lys(K)-tähdettä, KKXX-sekvenssit. Varaukset tai varausreseptorit rekrytoidaan tällä sekvenssillä ja ne keskittyvät kalvon alueelle, jossa vesikkeli muodostuu. He tunnistavat myös KDEL-proteiineja, joilla on tietty aminohapposekvenssi (Lys, Asp, Glut Leu), joka on retentiosignaali ER:ssä. Tällä tavalla kerätään panoksia ja samanaikaisesti muodostuu COP I -kansi.Tämä prosessi toistetaan ja kalvoa muotoillaan, kunnes syntyy rakkula. Toisin kuin klatriinikorkit, COP-korkit eivät hajoa, kun vesikkeli on muodostunut, vaan saavuttaessaan kohdekalvon, jossa GAP (GTPaasia aktivoiva proteiini) hydrolysoi GTP:n GDP+Pi:ksi, sitten Arf1 inaktivoituu ja irtoaa vesikkelin kalvosta. hajottaa COP I -kuoren, joka liukenee sytoplasmaan.

Kuljetus Golgissa

Pinnoitettujen vesikkeleiden muodostuminen on välttämätöntä erilaisten yhdisteiden kuljettamiselle solun sisällä , ja tämän päällysteen luonne määrää sekä vesikkelin varauksen että fuusion kohdekalvon kanssa. Yksi kuljetusreiteistä on biosynteettis-eritysreitti, joka alkaa endoplasmisesta retikulumista ja menee sitten Golgi-kompleksiin ja jakaantuu solun eri kohtiin, joista jälkimmäinen toimii solujen luokituspisteenä tai "lajitteluna". tien eri osia. Jotta ymmärtäisimme biosynteettis-eritysreitin kulkemisen Golgin läpi, on välttämätöntä ymmärtää Golgin rakenne. Golgi-kompleksi koostuu sarjasta vesisäiliöitä, pinottuja kalvolla suljettuja osastoja, jotka puolestaan ​​synnyttävät diktyosomeja (neljän ja kuuden vesisäiliön sarjaa). Cis Golgi -verkosto vastaanottaa rakkulat endoplasmisesta retikulumista ja siirtää kuormat säiliöstä säiliöön Trans Golgi -verkkoon, jossa ne luokitellaan kohti seuraavaa määränpäätään. Siksi Cis Golgi -verkostossa päätetään, jatkaako päivystyskeskuksesta saatu materiaali kulkemistaan ​​kompleksin läpi, siirtyen diktyosomien läpi suuntaan cis:stä transiin vai palaako se päivystykseen ( retrogradinen kuljetus). Kuljetusmalli Golgi-kompleksin läpi on ollut keskustelun kohteena viime vuosina, ja tällä hetkellä vallitsee kaksi erilaista hypoteesia: vesikulaarinen kuljetusmalli ja säiliön kypsymismalli. Vesikulaarisen kuljetusmallin mukaan Golgi cisternae pysyy staattisena, ja COPI-päällysteiset kuljetusrakkulat kuljettavat yhdisteitä peräkkäin kunkin vesisäiliön läpi. Jokainen niistä sisältää tyypillisen joukon entsyymejä. Tässä mallissa kaksisuuntainen vesikulaarinen liike, sekä retrogradinen että anterogradinen, selittää Golgi-entsyymien ominaisjakauman. Cisternae kypsymismallin mukaisesti Golgi cisternae ovat dynaamisia rakenteita, jotka kuljettavat yhdisteitä kypsyessään ja liikkuessaan transsuunnassa. ER:stä tulevat rakkulat muodostavat aggregaatteja, jotka työntävät Cis-verkoston vesisäiliöitä. Toisin kuin vesikulaarisessa kuljetusmallissa, tässä mallissa Golgi-entsyymien jakautuminen määritellään rakkuloiden retrogradisella kuljetuksella. Jotkut kirjoittajat puolustavat säiliön kypsymismallia, mutta viittaavat anterogradisen vesikulaariliikkeen olemassaoloon. Tästä syystä muut kirjoittajat puolustavat mahdollista molempien mallien yhdistelmää todennäköisempänä.

Retrogradinen kuljetus

Osa endoplasmisesta retikulumista Cis Golgi -verkkoon vastaanotetuista molekyyleistä palautetaan niin sanotun retrogradisen tai palautuvan kuljetuksen kautta. Mainitun kuljetuksen tehtävänä on sekä ER:stä karanneiden molekyylien palauttaminen, COPII-vesikkeleihin loukkuun jääneet molekyylit että kalvon kierrätys. Kuten Golgin sisäisessä ihmiskaupassa, COPI-proteiini välittää retrogradista kuljetusreittiä. ER:stä palautettavat yhdisteet sisältävät signaaleja, jotka sitovat ne COPI-kuoriin, pakkaavat ne ja muodostavat kuljetusrakkulan sisällön. Yksi parhaiten karakterisoiduista signaaleista on KKXX-sekvenssi, jonka muodostaa kaksi lysiiniä, joita seuraa kaksi aminohappoa ER-kalvoproteiinin C-päässä. On olemassa muita hakusignaaleja, joiden, toisin kuin kalvoproteiinien, jotka sitoutuvat suoraan COPI-kuoreen, täytyy sitoutua erikoistuneisiin reseptoriproteiineihin: KDEL-reseptorit, jotka muodostuvat sekvenssistä Lys-Asp-Glu-Leu. Muutokset, joita se aiheuttaa affiniteetissaan riippuen osasta, josta se löytyy, ovat tuntemattomia: sillä on suurempi affiniteetti Golgi-kompleksissa olevaan proteiiniin siepatakseen sen ja pienempi affiniteetti, kun se saavuttaa endoplasmisen retikulumin, jossa se on se julkaistaan. Mahdollinen selitys löytyy ioni- ja pH-olosuhteiden eroista molempien osastojen välillä.

Proteiinit, joissa on COP I -päällysteisiä vesikkelejä

1.- Lumen-proteiinit. Ne ovat Golgi-laitteen ontelossa olevia proteiineja, jotka on kuljettava karkean ER:n onteloon. Ne sisältävät KDEL-peptidisignaalin, jonka KDEL-membraanireseptori tunnistaa. Hiivassa niitä kutsutaan nimellä ERd2p ja nisäkkäissä KDELR. Tämä reseptori sitoutuu sitten ARF-GEF:ään, joka muuttaa ARF:n GTP-konformaatioksi. Kun muutos on tehty, ARF sitoutuu cis-Golgi-kalvon sytosoliseen pintaan.

2. - Kalvoproteiinit. Ne ovat transmembraanisia proteiineja, jotka sijaitsevat ER:ssä ja sisältävät lajittelu-/poistumissignaaleja sytosolisissa pyrstöissään, jotka ohjaavat proteiinin ulos Golgista ja takaisin ER:ään. Nämä lajittelusignaalit sisältävät tyypillisesti KKXX-aminohapposekvenssin, joka on vuorovaikutuksessa COPI:n kanssa. Järjestys, jossa adapteriproteiini assosioituu lastiin tai ARF:ään, on epäselvä, mutta kypsän kantajaproteiinipäällysteen esiintyminen edellyttää lastin, adapteriproteiinin ja ARF:n assosioitumista.

Kalvon muodonmuutosta ja rakkuloiden muodostumista tapahtuu edellä kuvatun vuorovaikutuksen kokoelman jälkeen. Sitten kantajaproteiini irtoaa vesikkelin luovuttajakalvosta, COPI:n tapauksessa tämä kalvo on cis-Golgin kalvo, ja rakkula liikkuu kohti ER:tä, jossa se fuusioituu akseptorikalvon kanssa ja sen sisältö vapautuu.

Biolääketieteen käyttö ja uteliaisuus

Vaihtoehtoinen retrogradinen kuljetus COP I:stä riippumaton

Erilaisista tutkimuksista on 1980-luvun lopulta lähtien esitetty ehdotuksia toisen Golgi-ER:n retrogradisen kuljetusreitin olemassaolosta glykotransferaasien osalta. Todiste tämän COPI-riippumattoman retrogradisen kuljetuksen olemassaolosta koostui nisäkässolujen suojauksen tutkimisesta erilaisilta toksiineilta, jotka tulevat endosytoosin kautta ja kulkevat TGN:ään, jossa ne kierrätetään verkkokalvoon; joissakin niistä oli KDEL-sekvenssit ja joillain ei. Havaittiin, että kun COPI-kompleksi inhiboitiin vasta-aineiden avulla, ei KDEL-sekvenssin omaavien toksiinien kertymiä ER: ssä, mutta kertyi niitä, jotka eivät. Jos tätä proteiinikompleksia ei estetty, niillä, joilla ei ollut sekvenssiä, kesti 1,5 tuntia kauemmin. Muilla kokeilla, jotka estivät COPI:tä mutatoidulla GTP:llä tai ARF1:llä, oli identtiset tulokset. Tämä mutantti-ARF stabiloi COPI-kalvoyhdistystä ja vaikuttaa pysyvän Golgi-proteiinien liittymiseen COPI-vesikkeleihin. Edellä mainittujen COPI-toimintojen samojen esto-olosuhteiden asettaminen rinnakkaisissa kokeissa ei vaikuttanut glykotransferaasien retrogradiseen kuljetukseen. Näistä ja vastaavista kokeista päätellään vielä hitaamman ja vielä tunnistamattoman mekanismin olemassaolo, joka selittää, miksi tietyt toksiinit saavuttavat ER:n näiden entsyymien reittiä käyttäen. Koska tässä toisessa kuljetuksessa ei havaita lisääntymistä paitsi COPI:n estämisellä, on mahdollista, että molemmat ovat riippumattomia.

Vesikulaariset liikennehäiriöt

Kun geneettisiä mutaatioita esiintyy , proteiinit koodataan väärin tai laskostuvat väärin tai niiden käsittely muuttuu, mikä johtaa toimintahäiriöön. Kun kyseessä ovat mutaatiot geeneissä, jotka koodaavat proteiineja, jotka osallistuvat vesikkelikuljetukseen, ne aiheuttavat varausten pidättymistä ER:ssä, jossa ne kerääntyvät tai tapahtuu proteolyysiä ja solunsisäistä ja solunulkoista siirtymistä. COP I:n, COP II:n ja klatriinin välittämät geneettiset muutokset (autosomaalinen resessiivinen):

• COP I: Proteiinikinaasi Scyl1 säätelee COP I:n välittämiä vesikkelejä. Mutaatioita tässä proteiinissa on havaittu etenevän motorisen neuropatologian ja aivoatrofian, Spinocereberall Neurodegeneration -tapauksissa.
• COP II: Cranio-lenticulo-sutuural dysplasia johtuu mutaatiosta SEC23A:ssa (koodaa COP II -kuoriproteiinia), joka aiheuttaa epänormaalia liikennettä ER:n ja Golgin välillä, mikä aiheuttaa kollageeni I:n pidättymisen ER:ssä, viivästynyttä luutumista, hypopigmentaatiota ja kaihia.
• KLATRIINI: Hermansky-Pudlakin oireyhtymän tyypin 3 proteiini liittyy klatriiniin. Mutaatiot vähintään kahdeksassa AP3-alayksikköä koodaavassa geenissä aiheuttavat ongelmia lysosomeihin liittyvien organellien biogeneesissä. Tämä mutaatio aiheuttaa okulokutaanista albinismia ja taipumusta vuotaa verta.

Ulkoiset linkit

• [1] UniProtKB (tietokanta)
• [2] Euroopan bioinformatiikkainstituutin kotisivu EMBL-EMI
• [3] Arkistoitu 31.10.2012 Wayback Machinessa . Sanger-instituutti