COP I

COPI-dekking
Structuur van coatomeer 1
beschikbare structuren
VOB	Vind orthologen: PDBe , RCSB
ID's
Nomenclatuur	Andere namen Coatomeer, COPI
gen ontologie Referenties: AmiGO / QuickGO
Eiwitstructuur/functie
Maat	320 (alfa-subeenheid), 291 (epsilon-subeenheid) ( aminozuren )
UniProt	CUP_BOVIN n.v.t

COPI ( Coat complex protein I ) is een multi -eiwitcomplex dat, wanneer het is geassembleerd, een omhulsel vormt dat blaasjes bedekt en vormt die eiwitten en lipiden transporteren van het Cis-vlak van het Golgi-apparaat terug naar het ruw endoplasmatisch reticulum (ER), waar ze oorspronkelijk werden gesynthetiseerd en tussen compartimenten van de Golgi zelf. Dit type transport wordt retrograde transport genoemd, in tegenstelling tot het anterograde transport geassocieerd met het COPII-eiwit. De naam van COPI verwijst naar het specifieke manteleiwitcomplex dat het proces van blaasjesvorming op het cis-Golgi-membraan in gang zet. De voering bestaat uit grote eiwitsubcomplexen die op hun beurt zijn opgebouwd uit acht verschillende soorten eiwitsubeenheden, hoewel er bij de menselijke soort slechts zeven zijn. De COP I-schaal bestaat uit de coatomeer, een 700 kDa cytosolisch eiwitcomplex dat bestaat uit zeven verschillende eiwitsubeenheden (α, β, β', γ, δ, ε, ζ) gevonden in stoichiometrische verhoudingen en de GTPase Arf1 dat het intracellulaire transport van blaasjes reguleert door de interactie tussen de vacht en het organel te moduleren. Het werd voor het eerst geïdentificeerd in retrograde transport van de cis-Golgi naar de ER en is het meest bestudeerde ARF-afhankelijke adapter-eiwit. De belangrijkste functie van adapter-eiwitten is de selectie van lading-eiwitten voor opname in dragerblaasjes.

Geschiedenis

Het COPI-eiwitcomplex (samen met COPII) werd geïdentificeerd door Lelio Orci, Benjamin S. Glick en James E. Rothman , in een experiment gepubliceerd in het tijdschrift Cell in 1986. Golgi-membranen werden geïncubeerd in aanwezigheid van ATP en fracties van cytosolische eiwitten en werd waargenomen hoe blaasjes werden gevormd uit het Golgi-apparaat met een coating die niets gemeen had met de karakteristieke zeshoeken en vijfhoeken die clathrine -triskelionen vormen en die ook niet reageerde met polyklonale anti-antilichamen. Bij analyse van deze blaasjes werd een hoge concentratie aan G-eiwitten gevonden , wat een weerspiegeling was van lokale concentraties van dit type eiwit in de cisternae, waardoor de mogelijkheid ontstond dat deze blaasjes drager waren. Fluorescentielichtmicroscopie was niet effectief in het herkennen van COPI-blaasjes, omdat ze waarschijnlijk te klein en zwak waren om te worden onderscheiden van de grotere en helderdere Golgi-cisternae. Het was alleen door een combinatie van in vitro experimenten, genetica en expressie van gemuteerde genen in vivo dat het concept van twee Golgi-recyclingroutes kon worden geïnterpreteerd. Momenteel kunnen van Golgi afgeleide COPI-gecoate blaasjes gemakkelijk worden gezuiverd door bijvoorbeeld een reeks in vitro reacties waarbij het transport wordt geblokkeerd met niet-hydrolyseerbaar GTP (GTP-pS).

Structuur en samenstelling van COP I covers

De schaal van COPI bestaat uit verschillende eiwitten. Onder hen vinden we het ARF1-eiwit, de ARF-GAP, de ARF-GEF (GBF1) en de COPI, ook wel coatomeer genoemd. ]

ARF

ARF (ADP-ribosyleringsfactor) zijn eiwitten van de GTPase -familie , hebben een klein molecuulgewicht van ongeveer 20 kD en zijn betrokken bij vesiculair transport. Er zijn 30 zoogdier-ARF's en 29 bij mensen als gevolg van verlies van ARF2. ARF is oplosbaar, maar omdat het post-translationeel wordt gemodificeerd aan de N-terminus door toevoeging van een vetzuur, wordt myristine gewoonlijk geassocieerd met membranen. Ze zijn leden van een voortdurend groeiende familie die ook ARL (ARF-achtige) eiwitten, ARP (ARF-gerelateerde eiwitten) en de meest verwante aan ARF's, SAR (eiwitten geassocieerd met ARF), secretie en Ras-gerelateerde eiwitten omvat. ARF ondergaat een bindingsvormende cyclus met GTP en GDP . Wanneer gebonden aan GTP, verandert de conformatie ervan zodat myristinezuur en de hydrofobe N-terminus worden blootgesteld en geassocieerd met membranen. Interconversie tussen GTP- en GDP-binding wordt gemedieerd door ARF-GEF (guanine-nucleotide-uitwisselingsfactor) en GTPase-activerende eiwitten (GAPS). ]

PRA-GAP

ARF-GAP's maken deel uit van de GAP-familie die GTPase-activerende eiwitten zijn of ook GTPase-versnellende eiwitten worden genoemd. Het ARF-GEF is een eiwit dat ook verantwoordelijk is voor de regulatie van de binding van het ARF-eiwit met GTP of GDP. Beide soorten eiwitten binden aan GTPase-eiwitten en stimuleren hun activiteit. ARF-GEF wisselt het GDP van oplosbaar ARF uit voor een GTP, waardoor het aan membranen kan binden, terwijl ARF-GAP GTP hydrolyseert tot GDP en ARF uit het membraan laat vrijkomen.

GBF1

GBF1 is het specifieke eiwit dat volgens recente studies verantwoordelijk is voor het activeren van ARF. GBF1 is een GEF-eiwit dat, wanneer het tot overexpressie wordt gebracht in cellen, resistentie verleent tegen BFA. BFA is erg belangrijk voor de cel, omdat is aangetoond dat de modificatie ervan remming van de COPI-coating veroorzaakt. Dit zorgt ervoor dat het vesiculaire verkeer tussen het endoplasmatisch reticulum en het Golgi-apparaat stopt en de Golgi-structuur uiteenvalt. De dynamische distributie van GBF1 in levende cellen is onlangs waargenomen zoals het is gelabeld met YFP.

Coatomeer

Een coatomeer is een 700 kD Cytosol-eiwitcomplex dat bestaat uit zeven equimolaire subeenheden (alfa, bèta, bèta', gamma, Delta, epsilon en zeta). Coatomeerproteïne en ADP-ribosyleringsfactor 1 zijn belangrijke componenten van Complex I Coat Protein en nemen deel aan het transport van blaasjes tussen het endoplasmatisch reticulum en het Golgi-apparaat en aan het intra-Golgi vesiculaire transport. Als de ARF het membraan aangeeft en het moment waarop het blaasje moet worden gevormd, denkt men dat het coatomeer aangeeft welk type moleculen in het blaasje zullen worden getransporteerd. Ze kunnen rechtstreeks binden aan ladingseiwitten, hoewel de meest normale zaak is dat ze binden aan transmembraaneiwitreceptoren en dit zijn degenen die zich binden aan ladingeiwitten. Deze eiwitreceptoren in het geval van COPI zijn de p23-eiwitten. Van de p23-eiwitten is aangetoond dat ze het meest voorkomende eiwit zijn in met COPI beklede blaasjesmembranen, hun cytoplasmatische staarten binden sterk aan COPI en dienen dus als een coatomeerreceptor. Deze eiwitten zijn gelokaliseerd in COPI-gecoate blaasjes die het Golgi-apparaat verlieten in de richting van het endoplasmatisch reticulum, men denkt dat het signaal voor retrograde transport wordt gevonden in hun cytosolische staarten.

Functies

POP I blaasjesvorming

Vorming van COPI-blaasjes

Om de COP I-envelopsynthese te initiëren, wordt Arf1-GDP geactiveerd tot Arf1-GTP door een GEF-eiwit (guanosine nucleotide exchange factor). Wanneer Arf1 wordt geactiveerd, verandert de conformatie ervan zodat het myristine (verzadigd vetzuur met 14 koolstofatomen) en het hydrofobe N-uiteinde worden blootgesteld en het membraan binden. Arf1-GTP, nu een integraal membraaneiwit, vangt de coatomeer die bestaat uit de zeven subeenheden aan de buitenkant van het membraan. De α-, β- en -subeenheden herkennen vier aminozuursequenties die twee Lys(K)-residuen bevatten, de KKXX-sequenties. Ladingen of ladingsreceptoren worden met deze sequentie gerekruteerd en zijn geconcentreerd in het gebied van het membraan waar het blaasje zich zal vormen. Ze herkennen ook KDEL-eiwitten die een bepaalde volgorde van aminozuren hebben (Lys, Asp, Glut Leu) die het retentiesignaal in het ER is. Op deze manier worden ladingen gerekruteerd en wordt tegelijkertijd de COP I-omhulling gevormd.Dit proces wordt herhaald en het membraan wordt gevormd totdat een blaasje ontstaat. In tegenstelling tot clathrin-caps, breken COP-caps niet af zodra het blaasje is gevormd, maar eerder bij het bereiken van het doelmembraan waar een GAP (GTPase-activerende proteïne) GTP hydrolyseert tot GDP+Pi, waarna de Arf1 wordt geïnactiveerd en loskomt van het vesikelmembraan het afbreken van de COP I-schaal die is opgelost in het cytoplasma.

Vervoer in de Golgi

De vorming van gecoate blaasjes is essentieel voor het transport van de verschillende verbindingen in de cel , en de aard van deze coating bepaalt zowel de lading van het blaasje als de fusie met het doelmembraan. Een van de transportroutes is de biosynthese-secretoire route, die begint in het endoplasmatisch reticulum en vervolgens naar het Golgi-complex gaat en wordt gedistribueerd naar verschillende punten van de cel, waarbij de laatste fungeert als een classificatiepunt of 'sortering' van de verschillende onderdelen van de weg. Om de passage van de biosynthetisch-secretoire route door de Golgi te begrijpen, is het noodzakelijk om de structuur van de Golgi te begrijpen. Het Golgi-complex bestaat uit een reeks cisternae, gestapelde, door een membraan omsloten compartimenten, die op hun beurt aanleiding geven tot dictyosomen (sets van vier tot zes cisternae). Het Cis Golgi-netwerk ontvangt de blaasjes van het endoplasmatisch reticulum en geeft de ladingen van tank naar tank door aan het Trans Golgi-netwerk, waar ze naar hun volgende bestemming worden geclassificeerd. Daarom is het in het Cis Golgi-netwerk waar wordt besloten of het materiaal dat van de ER wordt ontvangen, zijn doorgang door het complex zal voortzetten, door de dictyosomen in de richting van cis naar trans, of dat het moet terugkeren naar de ER ( retrograde transport). Het transportmodel door het Golgi-complex is de afgelopen jaren onderwerp van discussie geweest, waarbij momenteel twee verschillende hypothesen de boventoon voeren: het vesiculaire transportmodel en het cisternae-rijpingsmodel. Volgens het vesiculaire transportmodel blijven Golgi-cisternae statisch, met COPI-gecoate transportblaasjes die verbindingen opeenvolgend door elke cisternae verplaatsen. Elk van hen bevat zijn karakteristieke set van residente enzymen. In dit model verklaart bidirectionele vesiculaire beweging, zowel retrograde als anterograde, de karakteristieke verdeling van Golgi-enzymen. In overeenstemming met het rijpingsmodel van de cisternae, zijn Golgi-cisternae dynamische structuren die verbindingen transporteren terwijl ze rijpen en in de trans-richting bewegen. De blaasjes die uit het ER komen, vormen aggregaten die de cisternae van het Cis-netwerk duwen. In tegenstelling tot het vesiculaire transportmodel, wordt in dit model de verdeling van Golgi-enzymen bepaald door het retrograde transport van blaasjes. Er zijn auteurs die het cisterne-rijpingsmodel verdedigen, maar wijzen op het bestaan ​​van een anterograde vesiculaire beweging. Om deze reden verdedigen andere auteurs een mogelijke combinatie van beide modellen als waarschijnlijker.

Retrograde

Een deel van de moleculen die van het endoplasmatisch reticulum naar het Cis Golgi-netwerk worden ontvangen, wordt teruggestuurd via het zogenaamde retrograde- of hersteltransport. De functie van dit transport is zowel de terugkeer van moleculen die zijn ontsnapt uit het ER, residente moleculen die gevangen zaten in de COPII-blaasjes, als membraanrecycling. Net als bij intra-Golgi-smokkel, bemiddelt het COPI-eiwit de retrograde transportroute. Verbindingen uit het ER die moeten worden geretourneerd, bevatten signalen die ze binden aan de COPI-schalen, ze verpakken en de inhoud van het transportblaasje vormen. Een van de best gekarakteriseerde signalen is de KKXX-sequentie gevormd door twee lysines gevolgd door twee aminozuren aan het C-uiteinde van het ER-membraaneiwit. Er zijn andere ophaalsignalen die, in tegenstelling tot membraaneiwitten die direct aan de COPI-schaal binden, moeten binden aan gespecialiseerde receptoreiwitten: KDEL-receptoren, gevormd door de sequentie Lys-Asp-Glu-Leu. De veranderingen die het vertoont in zijn affiniteit, afhankelijk van het compartiment waarin het wordt gevonden, zijn onbekend: het zal een grotere affiniteit vertonen voor het eiwit in het Golgi-complex om het te vangen en een lagere affiniteit wanneer het het endoplasmatisch reticulum bereikt, waar het zal worden vrijgegeven. Een mogelijke verklaring is te vinden in de verschillen in de ionische en pH-condities tussen beide compartimenten.

Eiwitten die COP I-gecoate blaasjes dragen

1.- Lumen-eiwitten. Het zijn eiwitten die worden aangetroffen in het lumen van het Golgi-apparaat en die naar het lumen van het ruwe ER moeten worden getransporteerd. Ze bevatten een KDEL-peptidesignaal dat wordt herkend door een KDEL-membraanreceptor. In gist heten ze ERd2p, en bij zoogdieren heten ze KDELR. Deze receptor bindt vervolgens aan een ARF-GEF die de ARF verandert in de GTP-conformatie. Zodra de wijziging is aangebracht, bindt de ARF aan het cytosolische vlak van het cis-Golgi-membraan.

2.- Membraaneiwitten. Het zijn transmembraaneiwitten die zich in het ER bevinden en sorteer-/uitgangssignalen op hun cytosolische staarten bevatten die het eiwit uit het Golgi en terug naar het ER leiden. Deze sorteersignalen bevatten typisch een KKXX-aminozuursequentie, die een interactie aangaat met COPI. De volgorde waarin een adaptereiwit associeert met lading, of met ARF, is onduidelijk, maar om een ​​volwassen dragereiwitcoating te krijgen, moeten lading, adaptereiwit en ARF zich associëren.

Membraanvervorming en vesikelvorming vindt plaats na de hierboven beschreven verzameling interacties. Het dragereiwit maakt dan los van het vesikeldonormembraan, in het geval van COPI is dit membraan dat van de cis-Golgi, en het vesikel beweegt naar het ER waar het versmelt met het acceptormembraan en de inhoud ervan vrijkomt.

curiosa

onafhankelijk van COP

Er zijn sinds het einde van de jaren tachtig suggesties van verschillende onderzoeken naar het bestaan ​​van een andere Golgi-ER retrograde transportroute voor glycotransferasen. Het bewijs van het bestaan ​​van dit COPI-onafhankelijke retrograde transport bestond uit het bestuderen van de bescherming van zoogdiercellen tegen verschillende toxines die door endocytose binnenkomen en naar het TGN reizen waar ze worden gerecycled naar het reticulum; sommige hadden KDEL-reeksen en andere niet. Er werd waargenomen dat wanneer het COPI-complex werd geremd, door middel van antilichamen, er geen ophopingen waren in het ER van de toxines met de KDEL-sequentie, maar wel ophopingen van degenen die dat niet deden. Als dit eiwitcomplex niet werd geremd, duurden degenen die de sequentie niet hadden 1,5 uur langer. Andere experimenten die COPI remden met gemuteerd GTP of ARF1 hadden identieke resultaten. Deze mutante ARF stabiliseert de COPI-membraanassociatie en beïnvloedt de opname van residente Golgi-eiwitten in COPI-blaasjes. Het opleggen van dezelfde blokkerende omstandigheden van COPI-functies die hierboven zijn genoemd in parallelle experimenten had geen invloed op het retrograde transport van glycotransferasen. Uit deze en soortgelijke experimenten wordt het bestaan ​​afgeleid van een bijkomend langzamer en nog niet geïdentificeerd mechanisme dat verklaart waarom bepaalde toxines het ER bereiken via het pad van deze enzymen. Aangezien er geen toename van dit andere transport wordt waargenomen, behalve door COPI te remmen, is het mogelijk dat beide onafhankelijk zijn.

Vesiculaire verkeersstoornissen

Wanneer genetische mutaties optreden , worden eiwitten verkeerd gecodeerd of verkeerd gevouwen of wordt hun verwerking gewijzigd, wat leidt tot disfunctie. In het geval van mutaties in de genen die coderen voor eiwitten die deelnemen aan vesikeltransport, veroorzaken deze retentie van ladingen in het ER waar ze zich ophopen of proteolyse en delokalisatie zowel intra- als extracellulair plaatsvinden. Genetische veranderingen die het verkeer beïnvloeden, gemedieerd door COP I, COP II en clathrine (autosomaal recessief):

• COP I: Het eiwitkinase Scyl1 reguleert de blaasjes die worden gemedieerd door COP I. Mutaties in dit eiwit zijn gevonden in gevallen van progressieve motorische neuropathologie en cerebrale atrofie, Spinocereberall-neurodegeneratie.
• COP II: Cranio-lenticulosutural dysplasie wordt veroorzaakt door een mutatie in SEC23A (codeert voor een COP II-manteleiwit) die abnormaal verkeer tussen het ER en het Golgi veroorzaakt, waardoor collageen I in het ER wordt vastgehouden, vertraagde ossificatie, hypopigmentatie en cataracten.
• CLATHRIN: Hermansky-Pudlak-syndroom type-3-eiwit wordt geassocieerd met clathrine. Mutaties in ten minste acht genen die coderen voor AP3-subeenheden veroorzaken problemen bij de biogenese van lysosoomgerelateerde organellen. Deze mutatie veroorzaakt oculocutaan albinisme en een neiging tot bloeden.

Externe links

• [1] UniProtKB (database)
• [2] Startpagina van het European Bioinformatics Institute EMBL-EMI
• [3] Gearchiveerd op 31-10-2012 op de Wayback-machine . Sanger Instituut