COP I

Cobertura COPI
Estrutura do coatômero 1
estruturas disponíveis
PDB	Encontrar Ortólogos: PDBe , RCSB
Identificadores
Nomenclatura	Outros nomes Revestimento, COPI
ontologia genética Referências: AmiGO / QuickGO
Estrutura/Função da Proteína
Tamanho	320(subunidade alfa), 291(subunidade épsilon) ( aminoácidos )
UniProt	CUP_BOVIN n / D

COPI ( Coat complex protein I ) é um complexo multiprotéico que, quando montado, forma uma cobertura que recobre e molda vesículas que transportam proteínas e lipídios da face Cis do aparelho de Golgi de volta ao retículo endoplasmático rugoso (RE), onde eles foram originalmente sintetizados e entre compartimentos do próprio Golgi. Esse tipo de transporte é chamado de transporte retrógrado, em contraste com o transporte anterógrado associado à proteína COPII. O nome COPI refere-se ao complexo específico de proteínas de revestimento que inicia o processo de formação de vesículas na membrana cis-Golgi. O revestimento consiste em grandes subcomplexos de proteínas que, por sua vez, são compostos por oito tipos diferentes de subunidades de proteínas, embora na espécie humana existam apenas sete. A camada COP I é composta pelo coatômero, que é um complexo proteico citosólico de 700kDa que é composto por sete subunidades proteicas diferentes (α, β, β', γ, δ, ε, ζ) encontradas em proporções estequiométricas e a GTPase Arf1 que regula o transporte intracelular de vesículas modulando a interação entre o revestimento e a organela. Foi identificada pela primeira vez no transporte retrógrado do cis-Golgi para o RE e é a proteína adaptadora dependente de ARF mais estudada. A principal função das proteínas adaptadoras é a seleção de proteínas de carga para incorporação em vesículas transportadoras.

História

O complexo proteico COPI (junto com COPII) foi identificado por Lelio Orci, Benjamin S. Glick e James E. Rothman , em um experimento publicado na revista Cell em 1986. As membranas de Golgi foram incubadas na presença de ATP e frações de proteínas citosólicas e observou-se como se formaram vesículas do aparelho de Golgi com um revestimento que nada tinha em comum com os hexágonos e pentágonos característicos que formam triskelions de clatrina e que também não reagiam com anti- anticorpos policlonais . Ao analisar essas vesículas, foi encontrada uma alta concentração de proteínas G , o que refletiu concentrações locais desse tipo de proteína nas cisternas, o que levantou a possibilidade de que essas vesículas fossem carreadoras. A microscopia de luz de fluorescência não foi eficaz no reconhecimento de vesículas COPI, pois provavelmente eram muito pequenas e fracas para serem distinguidas das maiores e mais brilhantes cisternas de Golgi. Foi somente através de uma combinação de experimentos in vitro, genética e expressão de genes mutantes in vivo que o conceito de duas vias de reciclagem de Golgi pôde ser interpretado. Atualmente, vesículas revestidas com COPI derivadas de Golgi podem ser facilmente purificadas por, por exemplo, uma série de reações in vitro nas quais o transporte é bloqueado com GTP não hidrolisável (GTP-pS).

Estrutura e composição das capas da COP I

A casca do COPI é composta por várias proteínas. Entre eles encontramos a proteína ARF1, o ARF-GAP, o ARF-GEF (GBF1) e o COPI, também chamado de coatômero. ]

ARF

ARF (fator de ribosilação de ADP) são proteínas da família GTPase , possuem peso molecular pequeno de aproximadamente 20kD e estão envolvidas no transporte vesicular. Existem 30 ARFs de mamíferos e 29 em humanos devido à perda de ARF2. Os ARF são solúveis, mas por serem modificados pós-tradução no terminal N pela adição de um ácido graxo , o mirístico é normalmente encontrado associado às membranas. Eles são membros de uma família em crescimento contínuo que também inclui proteínas ARL (semelhantes a ARF), ARP (proteínas relacionadas a ARF) e as mais distantes relacionadas a ARFs, SAR (proteínas associadas a ARF), secreção e proteínas relacionadas a Ras) ARF passa por um ciclo de formação de títulos com GTP e GDP . Quando ligado ao GTP, sua conformação muda de modo que o ácido mirístico e o terminal N hidrofóbico são expostos e associados às membranas. A interconversão entre a ligação de GTP e GDP é mediada por ARF-GEF (fator de troca de nucleotídeo de guanina) e proteínas ativadoras de GTPase (GAPS). ]

PRA-GAP

Os ARF-GAPs fazem parte da família GAPs que são proteínas ativadoras de GTPase ou também chamadas de proteínas aceleradoras de GTPase. O ARF-GEF é uma proteína que também é responsável pela regulação da ligação da proteína ARF com GTP ou GDP. Ambos os tipos de proteínas se ligam às proteínas GTPase e estimulam sua atividade. O ARF-GEF troca o GDP do ARF solúvel por um GTP, permitindo que ele se ligue às membranas, enquanto o ARF-GAP hidrolisa o GTP em GDP e permite que o ARF seja liberado da membrana.

GBF1

GBF1 é a proteína específica responsável pela ativação da IRA de acordo com estudos recentes. GBF1 é uma proteína GEF que, quando superexpressa nas células, confere resistência ao BFA. O BFA é muito importante para a célula, pois sua modificação demonstrou causar inibição da montagem do revestimento COPI. Isso faz com que o tráfego vesicular entre o retículo endoplasmático e o aparelho de Golgi pare e a estrutura de Golgi se desmonte. A distribuição dinâmica de GBF1 em células vivas foi recentemente observada, pois foi marcada com YFP.

Revestidor

Um coatómero é um complexo de proteína Cytosol de 700 kD que consiste em sete subunidades equimolares (alfa, beta, beta', gama, Delta, épsilon e zeta). A Proteína Coatomer e o Fator 1 de Ribosilação ADP são os principais componentes da Proteína Coat do Complexo I e participam do transporte vesicular entre o Retículo Endoplasmático e o Aparelho de Golgi e no transporte vesicular intra-Golgi. Se o ARF indica a membrana e o momento em que a vesícula deve se formar, pensa-se que o coatômero indica que tipo de moléculas serão transportadas dentro da vesícula. Eles podem se ligar diretamente a proteínas de carga, embora o mais normal seja que se liguem a receptores de proteínas transmembrana e são esses que se ligam a proteínas de carga. Esses receptores proteicos no caso da COPI são as proteínas p23. As proteínas p23 demonstraram ser a proteína mais abundante nas membranas das vesículas revestidas com COPI, suas caudas citoplasmáticas se ligam fortemente à COPI e, portanto, servem como um receptor de coatômero. Essas proteínas foram localizadas em vesículas revestidas de COPI que saíram do aparelho de Golgi em direção ao Retículo Endoplasmático, acredita-se que o sinal para o transporte retrógrado seja encontrado em suas caudas citosólicas.

Características

Formação da vesícula POP I

Formação de vesículas COPI

Para iniciar a síntese do envelope COP I, Arf1-GDP é ativado em Arf1-GTP por uma proteína GEF (fator de troca de nucleotídeos de guanosina). Quando Arf1 é ativado, sua conformação muda para que o mirístico (ácido graxo saturado com 14 átomos de carbono) e o terminal N hidrofóbico sejam expostos e se liguem à membrana. Arf1-GTP, agora uma proteína integral de membrana, captura o coatômero formado pelas sete subunidades na parte externa da membrana. As subunidades α, β e ε reconhecem quatro sequências de aminoácidos contendo dois resíduos Lys(K), as sequências KKXX. Cargas ou receptores de carga são recrutados com essa sequência e se concentram na área da membrana onde a vesícula se formará. Eles também reconhecem proteínas KDEL que possuem uma certa sequência de aminoácidos (Lys, Asp, Glut Leu) que é o sinal de retenção no RE. Desta forma, as cargas são recrutadas e simultaneamente é formada a cobertura de COP I. Este processo é repetido e a membrana é moldada até a formação de uma vesícula. Ao contrário das capas de clatrina, as capas de COP não se quebram uma vez que a vesícula é formada, mas ao atingir a membrana alvo, onde uma GAP (proteína ativadora de GTPase) hidrolisa GTP em GDP+Pi, então o Arf1 é inativado e se desprende da membrana da vesícula quebrando o invólucro COP I que é solubilizado no citoplasma.

Transporte no Golgi

A formação de vesículas revestidas é essencial para o transporte dos diferentes compostos dentro da célula , e a natureza desse revestimento determina tanto a carga da vesícula quanto a fusão com a membrana alvo. Uma das vias de transporte é a via biossintético-secretora, iniciando-se no Retículo Endoplasmático e depois indo para o Complexo de Golgi e distribuindo-se por diferentes pontos da célula, este último atuando como ponto de classificação ou 'triagem' do diferentes componentes da estrada. Para entender a passagem da via biossintético-secretora pelo Golgi, é necessário entender a estrutura do Golgi. O Complexo de Golgi é constituído por uma série de cisternas, compartimentos envoltos por membranas empilhados, que por sua vez dão origem a dictiossomos (conjuntos de quatro a seis cisternas). A Rede Cis Golgi recebe as vesículas do Retículo Endoplasmático, passando as cargas de tanque em tanque para a Rede Trans Golgi, onde serão classificadas para seu próximo destino. Portanto, é na Rede Cis Golgi que será decidido se o material recebido do ER continuará sua passagem pelo Complexo, movendo-se pelos dictiossomos no sentido de cis para trans, ou se deve retornar ao ER ( transporte retrógrado). O modelo de transporte pelo Complexo de Golgi tem sido objeto de discussão nos últimos anos, com duas hipóteses dominantes atualmente: o modelo de transporte vesicular e o modelo de maturação de cisternas. De acordo com o modelo de transporte vesicular, as cisternas de Golgi permanecem estáticas, com vesículas de transporte revestidas por COPI movendo os compostos sequencialmente através de cada cisterna. Cada um deles contém seu conjunto característico de enzimas residentes. Nesse modelo, o movimento vesicular bidirecional, tanto retrógrado quanto anterógrado, explica a distribuição característica das enzimas de Golgi. Consistente com o modelo de maturação das cisternas, as cisternas de Golgi são estruturas dinâmicas, transportando compostos à medida que amadurecem e se movem na direção trans. As vesículas que saem do RE formam agregados que empurram as cisternas da Rede Cis. Ao contrário do modelo de transporte vesicular, neste modelo a distribuição das enzimas de Golgi é definida pelo transporte retrógrado das vesículas. Há autores que defendem o modelo de maturação da cisterna, mas apontam para a existência de um movimento vesicular anterógrado. Por esta razão, outros autores defendem uma possível combinação de ambos os modelos como mais provável.

Transporte retrógrado

Parte das moléculas recebidas do Retículo Endoplasmático para a Rede Cis Golgi são devolvidas através do chamado transporte retrógrado ou de recuperação. A função desse transporte é tanto o retorno de moléculas que escaparam do RE, moléculas residentes que ficaram presas nas vesículas de COPII, quanto a reciclagem da membrana. Como no tráfego intra-Golgi, a proteína COPI medeia a via de transporte retrógrada. Os compostos do ER que devem ser devolvidos contêm sinais que os ligam às conchas COPI, empacotando-os e formando o conteúdo da vesícula de transporte. Um dos sinais mais bem caracterizados é a sequência KKXX formada por duas lisinas seguidas por dois aminoácidos no terminal C da proteína de membrana do RE. Existem outros sinais de recuperação que, diferentemente das proteínas de membrana que se ligam diretamente ao invólucro da COPI, precisam se ligar a proteínas receptoras especializadas: os receptores KDEL, formados pela sequência Lys-Asp-Glu-Leu. As alterações que apresenta em sua afinidade dependendo do compartimento em que se encontra são desconhecidas: apresentará maior afinidade pela proteína do Complexo de Golgi para capturá-la e menor afinidade quando atingir o Retículo Endoplasmático, onde ele será lançado. Uma possível explicação pode ser encontrada nas diferenças nas condições iônicas e de pH entre os dois compartimentos.

Proteínas que transportam vesículas revestidas com COP I

1.- Proteínas do lúmen. São proteínas encontradas no lúmen do aparelho de Golgi que precisam ser transportadas para o lúmen do RE rugoso. Eles contêm um sinal de peptídeo KDEL que é reconhecido por um receptor de membrana KDEL. Em levedura eles são chamados de ERd2p, e em mamíferos eles são chamados de KDELR. Este receptor liga-se então a um ARF-GEF que altera o ARF para a conformação GTP. Uma vez que a mudança foi feita, o ARF se liga à face citosólica da membrana cis-Golgi.

2.- Proteínas de membrana. São proteínas transmembranares que residem no RE e contêm sinais de classificação/saída em suas caudas citosólicas que direcionam a proteína para fora do Golgi e de volta para o RE. Esses sinais de classificação geralmente contêm uma sequência de aminoácidos KKXX, que interage com o COPI. A ordem na qual uma proteína adaptadora se associa à carga ou ao ARF não é clara, mas para que ocorra um revestimento de proteína transportadora madura, a carga, a proteína adaptadora e o ARF devem se associar.

A deformação da membrana e a formação de vesículas ocorrem após a coleta de interações descritas acima. A proteína transportadora então se desprende da membrana doadora da vesícula, no caso da COPI essa membrana é a do cis-Golgi, e a vesícula se move em direção ao RE onde se funde com a membrana receptora e seu conteúdo é liberado.

Usos e curiosidades biomédicas

Transporte retrógrado alternativo independente do COP I

Houve sugestões de várias investigações, desde o final da década de 1980, da existência de outra via de transporte retrógrada de Golgi-ER para glicotransferases. A evidência da existência deste transporte retrógrado independente de COPI consistiu em estudar a proteção de células de mamíferos de várias toxinas que entram por endocitose e viajam para o TGN onde são recicladas para o retículo; alguns deles tinham sequências KDEL e outros não. Observou-se que quando o complexo COPI foi inibido, por meio de anticorpos, não houve acúmulo no RE das toxinas com a sequência KDEL, mas houve acúmulo daquelas que não o fizeram. Se este complexo proteico não foi inibido, aqueles que não tiveram a sequência demoraram 1,5 horas a mais. Outros experimentos que inibiram COPI com GTP ou ARF1 mutado tiveram resultados idênticos. Este ARF mutante estabiliza a associação COPI-membrana e afeta a incorporação de proteínas de Golgi residentes nas vesículas de COPI. A imposição das mesmas condições de bloqueio das funções COPI mencionadas acima em experimentos paralelos não afetou o transporte retrógrado de glicotransferases. Destes e de outros experimentos semelhantes, deduz-se a existência de um mecanismo adicional mais lento e ainda não identificado que explica por que certas toxinas chegam ao RE pelo caminho dessas enzimas. Uma vez que nenhum aumento neste outro transporte é observado, exceto pela inibição do COPI, é possível que ambos sejam independentes.

Distúrbios do trânsito vesicular

Quando ocorrem mutações genéticas , as proteínas são codificadas ou dobradas incorretamente ou seu processamento é alterado, levando à disfunção. No caso de mutações nos genes que codificam proteínas que participam do transporte vesicular, estas causam retenção de cargas no RE onde se acumulam ou ocorrem proteólise e deslocalização intra e extracelular. Alterações genéticas que afetam o tráfego mediadas por COP I, COP II e clatrina, (autossômica recessiva):

• COP I: A proteína quinase Scyl1 regula as vesículas mediadas pela COP I. Mutações nesta proteína foram encontradas em casos de neuropatologia motora progressiva e atrofia cerebral, neurodegeneração espinocereberal.
• COP II: A displasia crânio-lentículo-sutural é causada por uma mutação em SEC23A (codifica uma proteína de revestimento COP II) que causa tráfego anormal entre o RE e o Golgi causando retenção de colágeno I no RE, ossificação retardada, hipopigmentação e catarata.
• CLATRINA: A proteína tipo 3 da síndrome de Hermansky-Pudlak está associada à clatrina. Mutações em pelo menos oito genes que codificam as subunidades AP3 causam problemas na biogênese de organelas relacionadas aos lisossomos. Essa mutação causa albinismo oculocutâneo e tendência a sangrar.

Links externos

• [1] UniProtKB (banco de dados)
• [2] Página inicial do Instituto Europeu de Bioinformática EMBL-EMI
• [3] Arquivado em 31/10/2012 na Wayback Machine . Instituto Sanger