COP I

copertina COPI
Struttura del coatomero 1
strutture disponibili
PDB	Trova ortologhi: PDBe , RCSB
Identificatori
Nomenclatura	Altri nomi Coadiuvante, COPI
ontologia genica Riferimenti: AmiGO / QuickGO
Struttura/funzione delle proteine
Dimensione	320(subunità alfa), 291(subunità epsilon) ( aminoacidi )
UniProt	CUP_BOVIN n / a

COPI ( Coat complex protein I ) è un complesso multiproteico che, una volta assemblato, forma una copertura che ricopre e modella vescicole che trasportano proteine ​​e lipidi dalla faccia Cis dell'apparato di Golgi al reticolo endoplasmatico ruvido (ER), dove furono originariamente sintetizzati e tra i compartimenti del Golgi stesso. Questo tipo di trasporto è chiamato trasporto retrogrado, in contrasto con il trasporto anterogrado associato alla proteina COPII. Il nome di COPI si riferisce allo specifico complesso proteico del mantello che avvia il processo di formazione delle vescicole sulla membrana cis-Golgi. Il rivestimento è costituito da grandi sottocomplessi proteici che a loro volta sono costituiti da otto diversi tipi di subunità proteiche, sebbene nella specie umana ce ne siano solo sette. Il guscio COP I è costituito dal coatomero, che è un complesso proteico citosolico di 700 kDa costituito da sette diverse subunità proteiche (α, β, β', γ, δ, ε, ζ) che si trovano nei rapporti stechiometrici e dalla GTPasi Arf1 che regola il trasporto intracellulare delle vescicole modulando l'interazione tra il mantello e l'organello. È stato identificato per la prima volta nel trasporto retrogrado dal cis-Golgi al pronto soccorso ed è la proteina adattatrice dipendente dall'ARF più studiata. La funzione principale delle proteine ​​adattatrici è la selezione delle proteine ​​del carico da incorporare nelle vescicole portatrici.

Storia

Il complesso proteico COPI (insieme a COPII) è stato identificato da Lelio Orci, Benjamin S. Glick e James E. Rothman , in un esperimento pubblicato sulla rivista Cell nel 1986. Le membrane di Golgi sono state incubate in presenza di ATP e frazioni di proteine ​​citosoliche ed è stato osservato come dall'apparato di Golgi si formassero vescicole con un rivestimento che non aveva nulla in comune con i caratteristici esagoni e pentagoni che formano i triscele di clatrina e che inoltre non reagiva con gli anticorpi policlonali clatrina. Analizzando queste vescicole, è stata trovata un'alta concentrazione di proteine ​​G , che rifletteva le concentrazioni locali di questo tipo di proteine ​​nelle cisterne, questo ha sollevato la possibilità che queste vescicole fossero portatrici. La microscopia ottica a fluorescenza non è stata efficace nel riconoscere le vescicole COPI poiché erano probabilmente troppo piccole e deboli per essere distinte dalle cisterne del Golgi più grandi e luminose. È stato solo attraverso una combinazione di esperimenti in vitro, genetica ed espressione di geni mutati in vivo che è stato possibile interpretare il concetto di due percorsi di riciclaggio del Golgi. Attualmente, le vescicole rivestite con COPI derivate dal Golgi possono essere facilmente purificate, ad esempio, da una serie di reazioni in vitro in cui il trasporto è bloccato con GTP non idrolizzabile (GTP-pS).

Struttura e composizione delle copertine COP I

Il guscio di COPI è costituito da diverse proteine. Tra questi troviamo la proteina ARF1, l'ARF-GAP, l'ARF-GEF (GBF1) e il COPI, detto anche coatomero. ]

ARF

Gli ARF (ADP ribosylation factor) sono proteine ​​della famiglia delle GTPasi , hanno un piccolo peso molecolare di circa 20kD e sono coinvolte nel trasporto vescicolare. Ci sono 30 ARF nei mammiferi e 29 negli esseri umani a causa della perdita di ARF2. Gli ARF sono solubili ma poiché sono modificati post-traduzionalmente all'N-terminale dall'aggiunta di un acido grasso , il miristico si trova normalmente associato alle membrane. Sono membri di una famiglia in continua crescita che comprende anche proteine ​​ARL (simili ad ARF), ARP (proteine ​​correlate ad ARF) e le proteine ​​più distanti dagli ARF, SAR (proteine ​​associate con ARF).secrezione e proteine ​​correlate a Ras) ARF subisce un ciclo di formazione di obbligazioni con GTP e PIL . Quando legato a GTP, la sua conformazione cambia in modo tale che l'acido miristico e l'N-terminale idrofobo siano esposti e associati alle membrane. L'interconversione tra il legame GTP e GDP è mediata dall'ARF-GEF (fattore di scambio dei nucleotidi guanina) e dalle proteine ​​attivanti la GTPasi (GAPS). ]

PRA-GAP

Gli ARF-GAP fanno parte della famiglia dei GAP che sono proteine ​​che attivano la GTPasi o chiamate anche proteine ​​che accelerano la GTPasi. L'ARF-GEF è una proteina che è anche responsabile della regolazione del legame della proteina ARF con GTP o GDP. Entrambi i tipi di proteine ​​si legano alle proteine ​​GTPasi e ne stimolano l'attività. L'ARF-GEF scambia il PIL dell'ARF solubile con un GTP, consentendogli di legarsi alle membrane, mentre l'ARF-GAP idrolizza il GTP in GDP e consente il rilascio dell'ARF dalla membrana.

GBF1

GBF1 è la proteina specifica responsabile dell'attivazione dell'ARF secondo studi recenti. GBF1 è una proteina GEF che, se sovraespressa nelle cellule, conferisce resistenza al BFA. Il BFA è molto importante per la cellula poiché è stato dimostrato che la sua modifica causa l'inibizione dell'assemblaggio del rivestimento COPI. Ciò provoca l'arresto del traffico vescicolare tra il Reticolo Endoplasmatico e l'apparato del Golgi e lo smontaggio della struttura del Golgi. La distribuzione dinamica di GBF1 nelle cellule viventi è stata recentemente osservata poiché è stata etichettata con YFP.

Coater

Un coatomero è un complesso proteico Cytosol da 700 kD costituito da sette subunità equimolari (alfa, beta, beta', gamma, Delta, epsilon e zeta). La proteina del rivestimento e il fattore di ribosilazione dell'ADP 1 sono i componenti principali della proteina del rivestimento del complesso I e partecipano al trasporto delle vescicole tra il reticolo endoplasmatico e l'apparato del Golgi e al trasporto vescicolare intra-Golgi. Se l'ARF indica la membrana e il momento in cui si deve formare la vescicola, si pensa che il coatomero indichi quale tipo di molecole verranno trasportate all'interno della vescicola. Possono legarsi direttamente alle proteine ​​del carico, anche se la cosa più normale è che si legano ai recettori delle proteine ​​​​transmembrana e questi sono quelli che si legano alle proteine ​​​​del carico. Questi recettori proteici nel caso di COPI sono le proteine ​​p23. È stato dimostrato che le proteine ​​p23 sono la proteina più abbondante nelle membrane delle vescicole rivestite con COPI, le loro code citoplasmatiche si legano fortemente al COPI e quindi fungono da recettore del coatomero. Queste proteine ​​sono state localizzate in vescicole rivestite con COPI che hanno lasciato l'apparato del Golgi in direzione del reticolo endoplasmatico, si pensa che il segnale per il trasporto retrogrado si trovi nelle loro code citosoliche.

Caratteristiche

POP I formazione di vescicole

Formazione di vescicole COPI

Per avviare la sintesi dell'involucro COP I, Arf1-GDP viene attivato in Arf1-GTP da una proteina GEF (fattore di scambio nucleotidico della guanosina). Quando Arf1 viene attivato, la sua conformazione cambia in modo che il miristico (acido grasso saturo con 14 atomi di carbonio) e l'N-terminale idrofobo siano esposti e leghino la membrana. Arf1-GTP, ora una proteina di membrana integrale, cattura il coatomero costituito dalle sette subunità all'esterno della membrana. Le subunità α, β e ε riconoscono quattro sequenze di amminoacidi contenenti due residui di Lys(K), le sequenze KKXX. Cariche o recettori di carica vengono reclutati con questa sequenza e si concentrano nell'area della membrana dove si formerà la vescicola. Riconoscono anche le proteine ​​KDEL che hanno una certa sequenza di aminoacidi (Lys, Asp, Glut Leu) che è il segnale di ritenzione nel pronto soccorso. In questo modo vengono reclutate cariche e contemporaneamente si forma la copertura COP I. Questo processo viene ripetuto e la membrana viene modellata fino a creare una vescicola. A differenza dei cappucci di clatrina, i cappucci COP non si rompono una volta che si è formata la vescicola, ma piuttosto al raggiungimento della membrana bersaglio dove una GAP (proteina attivante GTPase) idrolizza GTP a GDP+Pi, quindi l'Arf1 viene inattivato e si stacca dalla membrana della vescicola abbattere il guscio COP I che è solubilizzato nel citoplasma.

Trasporti nel Golgi

La formazione di vescicole rivestite è essenziale per il trasporto dei diversi composti all'interno della cellula , e la natura di questo rivestimento determina sia la carica della vescicola che la fusione con la membrana bersaglio. Una delle vie di trasporto è la via biosintetico-secretoria, che inizia nel Reticolo Endoplasmatico per poi arrivare al Complesso del Golgi e distribuersi in diversi punti della cellula, quest'ultimo fungendo da punto di classificazione o 'smistamento' del diversi componenti della strada. Per comprendere il passaggio del percorso biosintetico-secretorio attraverso il Golgi, è necessario comprendere la struttura del Golgi. Il Complesso del Golgi è costituito da una serie di cisterne, compartimenti racchiusi in membrane sovrapposte, che a loro volta danno origine a dictosomi (insiemi da quattro a sei cisterne). La Rete Cis Golgi riceve le vescicole dal Reticolo Endoplasmatico, passando i carichi di cisterna in cisterna alla Rete Trans Golgi, dove verranno classificate verso la loro prossima destinazione. Pertanto, è nella Rete Cis Golgi che si deciderà se il materiale ricevuto dal Pronto Soccorso continuerà il suo passaggio attraverso il Complesso, spostandosi attraverso i dictosomi nella direzione da cis a trans, oppure se dovrà tornare al Pronto Soccorso ( trasporto retrogrado). Il modello di trasporto attraverso il Complesso del Golgi è stato oggetto di discussione negli ultimi anni, con due diverse ipotesi attualmente dominanti: il modello di trasporto vescicolare e il modello di maturazione delle cisterne. Secondo il modello di trasporto vescicolare, le cisterne del Golgi rimangono statiche, con le vescicole di trasporto rivestite con COPI che muovono i composti in sequenza attraverso ciascuna cisterna. Ognuno di essi contiene il suo insieme caratteristico di enzimi residenti. In questo modello, il movimento vescicolare bidirezionale, sia retrogrado che anterogrado, spiega la distribuzione caratteristica degli enzimi del Golgi. Coerentemente con il modello di maturazione delle cisterne, le cisterne del Golgi sono strutture dinamiche, che trasportano composti mentre maturano e si muovono nella direzione trans. Le vescicole che provengono dal RE formano aggregati che spingono le cisterne della Rete Cis. A differenza del modello di trasporto vescicolare, in questo modello la distribuzione degli enzimi del Golgi è definita dal trasporto retrogrado delle vescicole. Ci sono autori che difendono il modello di maturazione delle cisterne ma indicano l'esistenza di un movimento vescicolare anterogrado. Per questo motivo, altri autori difendono come più probabile una possibile combinazione di entrambi i modelli.

Trasporto retrogrado

Parte delle molecole ricevute dal Reticolo Endoplasmatico alla Rete Cis Golgi vengono restituite attraverso il cosiddetto trasporto retrogrado o di recupero. La funzione di detto trasporto è sia il ritorno di molecole fuoriuscite dal RE, molecole residenti che sono state intrappolate nelle vescicole COPII, sia il riciclaggio della membrana. Come nel traffico intra-Golgi, la proteina COPI media la via di trasporto retrograda. I composti del pronto soccorso che devono essere restituiti contengono segnali che li legano ai gusci COPI, li confezionano e formano il contenuto della vescicola di trasporto. Uno dei segnali meglio caratterizzati è la sequenza KKXX formata da due lisine seguite da due amminoacidi al C-terminale della proteina di membrana ER. Ci sono altri segnali di recupero che, a differenza delle proteine ​​di membrana che si legano direttamente al guscio COPI, hanno bisogno di legarsi a proteine ​​recettoriali specializzate: Recettori KDEL, formati dalla sequenza Lys-Asp-Glu -Leu. Non si conoscono i cambiamenti che presenta nella sua affinità a seconda del compartimento in cui si trova: presenterà una maggiore affinità per la proteina nel Complesso del Golgi per catturarla e una minore affinità quando raggiunge il Reticolo Endoplasmatico, dove sarà rilasciato. Una possibile spiegazione può essere trovata nelle differenze nelle condizioni ioniche e di pH tra i due compartimenti.

Proteine ​​che trasportano vescicole rivestite con COP I

1.- Proteine ​​del lume. Sono proteine ​​che si trovano nel lume dell'apparato di Golgi che devono essere trasportate nel lume dell'ER ruvido. Contengono un segnale peptidico KDEL riconosciuto da un recettore di membrana KDEL. Nel lievito sono chiamati ERd2p e nei mammiferi sono chiamati KDELR. Questo recettore si lega quindi a un ARF-GEF che cambia l'ARF nella conformazione GTP. Una volta effettuata la modifica, l'ARF si lega alla faccia citosolica della membrana cis-Golgi.

2.- Proteine ​​di membrana. Sono proteine ​​transmembrana che risiedono nell'ER e contengono segnali di smistamento/uscita sulle loro code citosoliche che dirigono la proteina fuori dal Golgi e tornano nell'ER. Questi segnali di smistamento contengono tipicamente una sequenza di amminoacidi KKXX, che interagisce con COPI. L'ordine in cui una proteina adattatrice si associa al carico, o all'ARF, non è chiaro ma affinché si verifichi un rivestimento proteico vettore maturo, il carico, la proteina dell'adattatore e l'ARF devono associarsi.

La deformazione della membrana e la formazione di vescicole si verificano in seguito alla raccolta delle interazioni sopra descritte. La proteina carrier si stacca quindi dalla membrana vescicola-donatrice, nel caso del COPI questa membrana è quella del cis-Golgi e la vescicola si sposta verso il RE dove si fonde con la membrana accettore e il suo contenuto viene rilasciato.

Usi e curiosità biomediche

Trasporto retrogrado alternativo indipendente dalla COP I

Ci sono stati suggerimenti da varie indagini, dalla fine degli anni '80, sull'esistenza di un'altra via di trasporto retrograda Golgi-ER per le glicotransferasi. La prova dell'esistenza di questo trasporto retrogrado indipendente dalla COPI consisteva nello studio della protezione delle cellule di mammifero da varie tossine che entrano per endocitosi e viaggiano verso il TGN dove vengono riciclate nel reticolo; alcuni di loro avevano sequenze KDEL e altri no. Si è osservato che quando il complesso COPI veniva inibito, per mezzo di anticorpi, non c'erano accumuli nel RE delle tossine con la sequenza KDEL, ma c'erano accumuli di quelle che non lo facevano. Se questo complesso proteico non veniva inibito, quelli che non avevano la sequenza impiegavano 1,5 ore in più. Altri esperimenti che hanno inibito la COPI con GTP o ARF1 mutati hanno avuto risultati identici. Questo mutante ARF stabilizza l'associazione COPI-membrana e influenza l'incorporazione delle proteine ​​del Golgi residenti nelle vescicole COPI. L'imposizione delle stesse condizioni di blocco delle funzioni COPI sopra menzionate in esperimenti paralleli non ha influenzato il trasporto retrogrado delle glicotransferasi. Da questi e simili esperimenti si deduce l'esistenza di un ulteriore meccanismo più lento e ancora non identificato che spiega perché alcune tossine raggiungono il RE utilizzando il percorso di questi enzimi. Poiché non si osserva alcun aumento di questo altro trasporto se non inibendo la COPI, è possibile che entrambi siano indipendenti.

Disturbi del traffico vescicolare

Quando si verificano mutazioni genetiche , le proteine ​​sono codificate in modo errato o ripiegate in modo errato o la loro elaborazione viene alterata, portando a disfunzioni. Nel caso di mutazioni nei geni che codificano per proteine ​​che partecipano al trasporto delle vescicole, queste provocano ritenzione di cariche nel RE dove si accumulano o si verificano proteolisi e delocalizzazione sia intra che extracellulare. Alterazioni genetiche che interessano il traffico mediato da COP I, COP II e clatrina, (autosomica recessiva):

• COP I: La protein chinasi Scyl1 regola le vescicole mediate dalla COP I. Mutazioni in questa proteina sono state riscontrate in casi di neuropatologia motoria progressiva e atrofia cerebrale, la neurodegenerazione Spinocereberall.
• COP II: La displasia cranio-lenticolo-suturale è causata da una mutazione in SEC23A (codifica una proteina di rivestimento COP II) che provoca un traffico anomalo tra il pronto soccorso e il Golgi causando ritenzione di collagene I nel pronto soccorso, ossificazione ritardata, ipopigmentazione e cataratta.
• CLATHRIN: La proteina di tipo 3 della sindrome di Hermansky-Pudlak è associata alla clatrina. Le mutazioni in almeno otto geni che codificano per le subunità AP3 causano problemi nella biogenesi degli organelli correlati al lisosoma. Questa mutazione provoca albinismo oculocutaneo e una tendenza al sanguinamento.

Collegamenti esterni

• [1] UniProtKB (database)
• [2] Istituto Europeo di Bioinformatica Home Page EMBL-EMI
• [3] Archiviato il 31-10-2012 in Wayback Machine . Istituto Sanger