CdP I

Couverture COPI
Structure du coatomère 1
structures disponibles
APB	Trouver des orthologues : PDBe , RCSB
Identifiants
Nomenclature	Autres noms Coatomeur, COPI
ontologie des gènes Références : AmiGO / QuickGO
Structure/Fonction des protéines
Taille	320 (sous-unité alpha), 291 (sous-unité epsilon) ( acides aminés )
UniProt	CUP_BOVIN n / A

Le COPI ( Coat complex protein I ) est un complexe multiprotéique qui, une fois assemblé, forme une enveloppe qui recouvre et façonne des vésicules qui transportent les protéines et les lipides de la face Cis de l'appareil de Golgi vers le Réticulum Endoplasmique Rugueux (ER) , où ils ont été synthétisés à l'origine et entre les compartiments du Golgi lui-même. Ce type de transport est appelé transport rétrograde, par opposition au transport antérograde associé à la protéine COPII. Le nom de COPI fait référence au complexe spécifique de protéines d'enveloppe qui initie le processus de formation de vésicules au niveau de la membrane cis-Golgi. La doublure est constituée de grands sous-complexes protéiques qui, à leur tour, sont constitués de huit types différents de sous-unités protéiques, bien que dans l'espèce humaine, il n'y en ait que sept. La coque COP I est constituée du coatomère, qui est un complexe protéique cytosolique de 700 kDa composé de sept sous-unités protéiques différentes (α, β, β ', γ, δ, ε, ζ) trouvées dans des rapports stoechiométriques et la GTPase Arf1 qui régule le transport intracellulaire des vésicules en modulant l'interaction entre la tunique et l'organite. Il a été identifié pour la première fois dans le transport rétrograde du cis-Golgi au RE et est la protéine adaptatrice dépendante de l'ARF la plus étudiée. La fonction principale des protéines adaptatrices est la sélection des protéines de cargaison à incorporer dans les vésicules porteuses.

Historique

Le complexe protéique COPI (avec COPII) a été identifié par Lelio Orci, Benjamin S. Glick et James E. Rothman , dans une expérience publiée dans la revue Cell en 1986. Les membranes de Golgi ont été incubées en présence d' ATP et fractions de protéines cytosoliques et il a été observé comment des vésicules se formaient à partir de l'appareil de Golgi avec un revêtement qui n'avait rien de commun avec les hexagones et pentagones caractéristiques qui forment les triskelions de clathrine et qui ne réagissaient pas non plus avec les anti-clathrine polyclonaux . Lors de l'analyse de ces vésicules, une concentration élevée de protéines G a été trouvée , ce qui reflétait des concentrations locales de ce type de protéines dans les citernes, ce qui a soulevé la possibilité que ces vésicules soient porteuses. La microscopie à lumière fluorescente n'a pas été efficace pour reconnaître les vésicules COPI car elles étaient probablement trop petites et faibles pour être distinguées des citernes de Golgi plus grandes et plus lumineuses. Ce n'est que par une combinaison d'expériences in vitro, de génétique et d'expression de gènes mutés in vivo que le concept de deux voies de recyclage de Golgi a pu être interprété. Actuellement, les vésicules revêtues de COPI dérivées de Golgi peuvent être facilement purifiées, par exemple, par une série de réactions in vitro dans lesquelles le transport est bloqué avec du GTP non hydrolysable (GTP-pS).

Structure et composition des couvertures COP I

La coquille de COPI est composée de plusieurs protéines. Parmi eux on retrouve la protéine ARF1, l'ARF-GAP, l'ARF-GEF (GBF1) et le COPI, aussi appelé coatomer. ]

ARF

Les ARF (ADP ribosylation factor) sont des protéines de la famille des GTPases , ont un petit poids moléculaire d'environ 20kD et sont impliquées dans le transport vésiculaire. Il existe 30 ARF chez les mammifères et 29 chez l'homme en raison de la perte d'ARF2. Les ARF sont solubles mais parce qu'ils sont modifiés après la traduction à l'extrémité N-terminale par l'ajout d'un acide gras , les myristiques se trouvent normalement associés aux membranes. Ils font partie d'une famille en croissance continue qui comprend également les protéines ARL (de type ARF), les ARP (protéines liées à l'ARF), et les plus éloignées apparentées aux ARF, les SAR (protéines associées à la sécrétion et aux protéines liées à Ras) ARF subit un cycle de formation d'obligations avec le GTP et le PIB . Lorsqu'il est lié au GTP, sa conformation change de sorte que l'acide myristique et l'extrémité N-terminale hydrophobe sont exposés et associés aux membranes. L'interconversion entre la liaison du GTP et du GDP est médiée par l'ARF-GEF (facteur d'échange de nucléotides de guanine) et les protéines activant la GTPase (GAPS). ]

GAP

Les ARF-GAP font partie de la famille des GAP qui sont des protéines activatrices de la GTPase ou encore appelées protéines accélératrices de la GTPase. L'ARF-GEF est une protéine qui est également responsable de la régulation de la liaison de la protéine ARF avec le GTP ou le GDP. Les deux types de protéines se lient aux protéines GTPase et stimulent leur activité. L'ARF-GEF échange le GDP de l'ARF soluble contre un GTP, lui permettant de se lier aux membranes, tandis que l'ARF-GAP hydrolyse le GTP en GDP et permet à l'ARF d'être libéré de la membrane.

GBF1

GBF1 est la protéine spécifique responsable de l'activation de l'ARF selon des études récentes. GBF1 est une protéine GEF qui, lorsqu'elle est surexprimée dans les cellules, confère une résistance au BFA. Le BFA est très important pour la cellule car il a été démontré que sa modification provoque une inhibition de l'assemblage de la couche COPI. Cela provoque l'arrêt du trafic vésiculaire entre le réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi et le désassemblage de la structure de Golgi. La distribution dynamique de GBF1 dans les cellules vivantes a récemment été observée car elle a été marquée avec YFP.

Coatomer

Un coatomère est un complexe protéique Cytosol de 700 kD constitué de sept sous-unités équimolaires (alpha, bêta, bêta', gamma, delta, epsilon et zêta). La protéine de coatomère et le facteur ADP-ribosylation 1 sont des composants majeurs de la protéine d'enveloppe du complexe I et participent au transport des vésicules entre le réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi et au transport vésiculaire intra-Golgi. Si l'ARF indique la membrane et le moment où la vésicule doit se former, on pense que le coatomère indique quel type de molécules seront transportées dans la vésicule. Ils peuvent se lier directement aux protéines cargo, bien que la chose la plus normale soit qu'ils se lient aux récepteurs protéiques transmembranaires et ce sont eux qui se lient aux protéines cargo. Ces récepteurs protéiques dans le cas du COPI sont les protéines p23. Les protéines p23 se sont avérées être la protéine la plus abondante dans les membranes de vésicules recouvertes de COPI, leurs queues cytoplasmiques se lient fortement au COPI et servent ainsi de récepteur de coatomère. Ces protéines ont été localisées dans des vésicules recouvertes de COPI qui ont quitté l'appareil de Golgi en direction du réticulum endoplasmique, on pense que le signal de transport rétrograde se trouve dans leurs queues cytosoliques.

Fonctionnalités

Formation de vésicules POP I

Formation de vésicules COPI

Pour initier la synthèse de l'enveloppe COP I, Arf1-GDP est activé en Arf1-GTP par une protéine GEF (guanosine nucleotide exchange factor). Lorsque Arf1 est activé, sa conformation change de sorte que le myristique (acide gras saturé à 14 atomes de carbone) et l'extrémité N-terminale hydrophobe sont exposés et se lient à la membrane. Arf1-GTP, désormais une protéine membranaire intégrale, capture le coatomère composé des sept sous-unités à l'extérieur de la membrane. Les sous-unités α, β et ε reconnaissent quatre séquences d'acides aminés contenant deux résidus Lys(K), les séquences KKXX. Des charges ou récepteurs de charge sont recrutés avec cette séquence et se concentrent dans la zone de la membrane où la vésicule va se former. Ils reconnaissent également les protéines KDEL qui ont une certaine séquence d'acides aminés (Lys, Asp, Glut Leu) qui est le signal de rétention dans le RE. De cette façon, les charges sont recrutées et simultanément la couverture COP I est formée.Ce processus est répété et la membrane est façonnée jusqu'à ce qu'une vésicule soit créée. Contrairement aux coiffes de clathrine, les coiffes COP ne se décomposent pas une fois la vésicule formée, mais plutôt lorsqu'elles atteignent la membrane cible où un GAP (protéine activant la GTPase) hydrolyse le GTP en GDP + Pi, puis l'Arf1 est inactivé et se détache de la membrane de la vésicule décomposer la coquille COP I qui est solubilisée dans le cytoplasme.

Transport dans le Golgi

La formation de vésicules enrobées est essentielle pour le transport des différents composés au sein de la cellule , et la nature de cet enrobage détermine à la fois la charge de la vésicule et la fusion avec la membrane cible. L'une des voies de transport est la voie biosynthétique-sécrétoire, partant du réticulum endoplasmique puis allant vers le complexe de Golgi et étant distribuée en différents points de la cellule, cette dernière agissant comme un point de classification ou de "tri" des différents éléments de la route. Pour comprendre le passage de la voie biosynthétique-sécrétoire à travers le Golgi, il est nécessaire de comprendre la structure du Golgi. Le complexe de Golgi est composé d'une série de citernes, de compartiments empilés à membrane fermée, qui à leur tour donnent naissance à des dictyosomes (ensembles de quatre à six citernes). Le réseau Cis Golgi reçoit les vésicules du réticulum endoplasmique, transmettant les charges d'un réservoir à l'autre au réseau Trans Golgi, où elles seront classées vers leur prochaine destination. Par conséquent, c'est dans le réseau Cis Golgi qu'il sera décidé si le matériel reçu de l'ER continuera son passage à travers le Complexe, en se déplaçant à travers les dictyosomes dans le sens de cis à trans, ou s'il doit retourner à l'ER ( transport rétrograde). Le modèle de transport à travers le complexe de Golgi a fait l'objet de discussions ces dernières années, avec deux hypothèses différentes actuellement dominantes : le modèle de transport vésiculaire et le modèle de maturation des citernes. Selon le modèle de transport vésiculaire, les citernes de Golgi restent statiques, les vésicules de transport revêtues de COPI déplaçant les composés séquentiellement à travers chaque citerne. Chacun d'eux contient son ensemble caractéristique d'enzymes résidentes. Dans ce modèle, le mouvement vésiculaire bidirectionnel, à la fois rétrograde et antérograde, explique la distribution caractéristique des enzymes de Golgi. Conformément au modèle de maturation des citernes, les citernes de Golgi sont des structures dynamiques, transportant des composés à mesure qu'ils mûrissent et se déplacent dans le sens trans. Les vésicules issues du RE forment des agrégats qui poussent les citernes du réseau Cis. Contrairement au modèle de transport vésiculaire, dans ce modèle, la distribution des enzymes de Golgi est définie par le transport rétrograde des vésicules. Certains auteurs défendent le modèle de maturation en citerne mais pointent l'existence d'un mouvement vésiculaire antérograde. Pour cette raison, d'autres auteurs défendent une possible combinaison des deux modèles comme plus probable.

Transport

Une partie des molécules reçues du réticulum endoplasmique vers le réseau Cis Golgi sont renvoyées via le transport dit rétrograde ou de récupération. La fonction dudit transport est à la fois le retour des molécules échappées du RE, les molécules résidentes piégées dans les vésicules COPII, et le recyclage membranaire. Comme dans le trafic intra-Golgien, la protéine COPI assure la médiation de la voie de transport rétrograde. Les composés de l'ER qui doivent être renvoyés contiennent des signaux qui les lient aux coquilles COPI, les emballant et formant le contenu de la vésicule de transport. L'un des signaux les mieux caractérisés est la séquence KKXX formée de deux lysines suivies de deux acides aminés à l'extrémité C-terminale de la protéine membranaire du RE. Il existe d'autres signaux de récupération qui, contrairement aux protéines membranaires qui se lient directement à la coque COPI, doivent se lier à des protéines réceptrices spécialisées : les récepteurs KDEL, formés par la séquence Lys-Asp-Glu-Leu. Les changements qu'il présente dans son affinité en fonction du compartiment dans lequel il se trouve sont inconnus : il présentera une plus grande affinité pour la protéine du complexe de Golgi afin de la capter et une affinité plus faible lorsqu'elle atteindra le réticulum endoplasmique, où il sera publié. Une explication possible peut être trouvée dans les différences de conditions ioniques et de pH entre les deux compartiments.

Protéines portant des vésicules recouvertes

1.- Protéines de la lumière. Ce sont des protéines présentes dans la lumière de l'appareil de Golgi qui doivent être transportées vers la lumière du RE rugueux. Ils contiennent un signal peptidique KDEL qui est reconnu par un récepteur membranaire KDEL. Chez la levure, ils sont appelés ERd2p et chez les mammifères, ils sont appelés KDELR. Ce récepteur se lie ensuite à un ARF-GEF qui modifie l'ARF en conformation GTP. Une fois le changement effectué, l'ARF se lie à la face cytosolique de la membrane cis-Golgi.

2.- Protéines membranaires. Ce sont des protéines transmembranaires qui résident dans le RE et contiennent des signaux de tri/sortie sur leurs queues cytosoliques qui dirigent la protéine hors du Golgi et vers le RE. Ces signaux de tri contiennent généralement une séquence d'acides aminés KKXX, qui interagit avec COPI. L'ordre dans lequel une protéine adaptatrice s'associe à la cargaison ou à l'ARF n'est pas clair, mais pour qu'un revêtement de protéine porteuse mature se produise, la cargaison, la protéine adaptatrice et l'ARF doivent s'associer.

La déformation de la membrane et la formation de vésicules se produisent suite à l'ensemble des interactions décrites ci-dessus. La protéine porteuse se détache alors de la membrane vésicule-donneuse, dans le cas du COPI cette membrane est celle du cis-Golgi, et la vésicule se déplace vers le RE où elle fusionne avec la membrane acceptrice et son contenu est libéré.

Usages biomédicaux et curiosités

Transport rétrograde alternatif indépendant

Il y a eu des suggestions de diverses enquêtes, depuis la fin des années 1980, de l'existence d'une autre voie de transport rétrograde Golgi-ER pour les glycotransférases. La preuve de l'existence de ce transport rétrograde COPI-indépendant a consisté à étudier la protection des cellules de mammifères contre diverses toxines qui entrent par endocytose et voyagent vers le TGN où elles sont recyclées vers le réticulum ; certains d'entre eux avaient des séquences KDEL et d'autres non. Il a été observé que lorsque le complexe COPI était inhibé, au moyen d'anticorps, il n'y avait pas d'accumulations dans le RE des toxines avec la séquence KDEL, mais il y avait des accumulations de celles qui n'en avaient pas. Si ce complexe protéique n'était pas inhibé, ceux qui n'avaient pas la séquence mettaient 1,5 heures de plus. D'autres expériences qui ont inhibé COPI avec GTP ou ARF1 muté ont eu des résultats identiques. Cet ARF mutant stabilise l'association COPI-membrane et affecte l'incorporation des protéines résidentes de Golgi dans les vésicules COPI. Imposer les mêmes conditions de blocage des fonctions COPI mentionnées ci-dessus dans des expériences parallèles n'a pas affecté le transport rétrograde des glycotransférases. De ces expériences et d'autres similaires, on déduit l'existence d'un mécanisme supplémentaire plus lent et encore non identifié qui explique pourquoi certaines toxines atteignent le RE en utilisant la voie de ces enzymes. Puisqu'aucune augmentation de cet autre transport n'est observée sauf en inhibant COPI, il est possible que les deux soient indépendants.

Troubles du trafic vésiculaire

Lorsque des mutations génétiques se produisent , les protéines sont mal codées ou mal repliées ou leur traitement est altéré, entraînant un dysfonctionnement. Dans le cas de mutations des gènes codant pour des protéines participant au transport vésiculaire, celles-ci provoquent une rétention de charges dans le RE où elles s'accumulent ou se produisent une protéolyse et une délocalisation intra et extracellulaire. Altérations génétiques qui affectent le trafic médié par la COP I, la COP II et la clathrine (autosomique récessive) :

• COP I: La protéine kinase Scyl1 régule les vésicules médiées par COP I. Des mutations de cette protéine ont été trouvées dans des cas de neuropathologie motrice progressive et d'atrophie cérébrale, Spinocereberall Neurodegeneration.
• COP II : La dysplasie cranio-lenticulo-suturale est causée par une mutation de SEC23A (encode une protéine d'enveloppe COP II) qui provoque un trafic anormal entre le RE et l'appareil de Golgi entraînant une rétention du collagène I dans le RE, un retard d'ossification, une hypopigmentation et des cataractes.
• CLATHRIN: La protéine de type 3 du syndrome de Hermansky-Pudlak est associée à la clathrine. Des mutations dans au moins huit gènes codant pour des sous-unités AP3 causent des problèmes dans la biogenèse des organites apparentés aux lysosomes. Cette mutation provoque un albinisme oculocutané et une tendance au saignement.

Liens externes

• [1] UniProtKB (base de données)
• [2] Page d'accueil de l'Institut européen de bioinformatique EMBL-EMI
• [3] Archivé le 31/10/2012 sur la Wayback Machine . Institut Sanger