Biologia cel·lular Laura Piñero Tema 14.pdf

TEMA 14. MECANISMES MOLECULARS DEL TRANSPORT VESICULAR 14.1 TRANSPORT VESICULAR Repassa comis per si hi ha més (x l’examen). Els bacteris no formen vesícules. Lisosomes: foscos però no homogenis. Vesícules de secreció: elcetrodensos i homogenis. 158 Transport vesícular: transport d’un contingut...

TEMA 14. MECANISMES MOLECULARS DEL TRANSPORT VESICULAR 14.1 TRANSPORT VESICULAR Repassa comis per si hi ha més (x l’examen). Els bacteris no formen vesícules. Lisosomes: foscos però no homogenis. Vesícules de secreció: elcetrodensos i homogenis. 158 Transport vesícular: transport d’un contingut (cargo) d’un orgànul a un altre compartiment. Cargo poden ser proteïnes solubles o de membrana. Si falla alguna petita molècula de totes les vies de transport, es donen malalties, tant fatals com d’acumulació. 159 14.2 RUTES DE TRANSPORT VESICULAR 14.3 MAQUINÀRIA MOLECULAR DEL TRANSPORT VESICULAR The life cycle of a transport vesicle. The scheme illustrates the steps of vesicle budding and fusion in a generic vesicular transport process. Passos: 1. Selecció del carregament (cargo) que vol transportar. Hi ha receptors que s’uneixen a les molècules del cargo. Es seleccionen a través de les seqüencies senyals (ex. KDEL). 2. Formació de la vesícula de transport. 3. Moviment i direccionament de al vesícula de transport. Hi ha proteïnes de transport que amb els mirotúbuls portne les vesíucles a on toquin. 4. Fusió amb el compartiment diana. 160 14.4 SELECCIÓ DE CARREGAMENT I FORMACIÓ DE LA VESÍCULA DE TRANSPORT Fosfatidilinositols (PI) Són fosfolípids molt poc freqüents (~10%) però tenen una característica essencial: es poden fosforil·lar. El sucre (hexosa) que s’uneix al fosfat del fosfatidilinositol es pot fosforil·lar en els C 3, 4 i 5 (amb diferents combinacions). Les proteïnes fosfatidilinositol cinases posen els fòsfors. Mentre que les PI fosfatases treuen grups fosfats. En funció d’on estiguin fosforil·lats, determinarà quines proteïnes s`hi poden unir de manera específica. Allà on la cèl·lula creï un lloc específic amb PI fosforil·lats en, per exemple, el C3, s’unirà una proteïna que tingui un domini d’unió al PI fosforil·lat al C3 de manera específica. Així tenim, doncs, una manera de marcar membranes/cèl·lules. 161 Exemple. A partir del PI fosforil·lat en 3, 4 i 5, es forma un clúster de proteïnes que s’uneixen a la membrana i s’activa el senyal de supervivència i proliferació. (No cal estudiar ruta) Així com és important el senyal de supervivència cel·lular i proliferació, aquesta via no pot estar sempre activa. PTEN treu el fosfat del C3 per a tancar la via de senyalització de la proliferació i supervivència. 14.5 SELECCIÓ DE CARREGAMENT En funció de quins fosfatidilinositols es fosforil·len s’indica que s’està donant l’endocitosi. Després, es fosforil·la diferent perquè vinguin altres proteïnes amb funcions diferents segons el moment de l’endocitosi. Es recluen les vesícules que han de formar la vesícula. A cada lloc, quan s’ha de formar una vesícula, s’hi formen uns PI específics que reclutaran proteïnes essencials per a la seva formació. En cada localització i segons la vesícula que s’ha de formar hi ha PI diferents. Això dona especificitat a les vesícules que es formen. 162 Si PI(4, 5)P2 està a la membrana, i els receptors del cargo estan activats (s’han unit al cargo i aquest els ha canviat una mica l’estructura interna), resulten en un senyal d’endocitosi. Llavors ve la AP2 (proteïnes adaptadores) i s’hi uneix, per a llavors atraure la clatrina. En funció de la vesícula que s’ha de formar, hi intervenen unes proteïnes adaptadores o altres. COP II: proteïnes adaptadores de les vesícules que van del RE al Golgi. Les del trasnport retrògrad, del Golgi al RE (KDEL) són les COP I. La clatrina i l’adaptadora 1 al golgi. Clatrina i adaptin 2 a la membrana plasmàtica. Proteïens COP, a ER, Golgi Cisterna i aparatus. TAULA 163 14.6 SELECCIÓ DE CARREGAMENT I FORMACIÓ DE LA VESÍCULA DE TRANSPORT Clatrina: estructura polièdrica. COP I: del Golgi al Reticle. COPII: Estructura en les fotos. Unitats bàsiques d’aquestes proteïnes de coberta: Cop1 i clatrina: forma de trisquèlia. En l’esquema de la dreta veiem que les vesícules que surten del RE hi ha cobertes del COPII. Les COPI van del Golgi al RE. Mentre que la clatrina ve de les vesícules dse l’exterior o a la trans golgi network. Figura 13–5 Ús de diferents abrics per a diferents passos en el trànsit de vesícules. Les diferents proteïnes d'abric seleccionen diferents càrregues i donen forma a les vesícules de transport que intervenen en els diferents passos de les vies secretores i endocítiques. quan funcionen els mateixos abrics. 164 Recordem el sistema de clatrina: quan arriba el lligand al receptor, amb els PI que toquen, arriben les proteïnes adaptadores, que s’uniran al receptor del cargo i començaran a formar la vesícula. Amb les proteïens amb BAR domain es forma la vesícula, atès que tenen una estructura curvada i tenen molta afinitat pels fosfolípids de membrana. Obliguen la torsió. Dynamin helix tallen vesícula. Totes aquestes accions requereixen ATP. Vies de transport intracel·lular L'esquema representa els compartiments de les vies secretores i endosomals. Els passos de transport s'indiquen amb fletxes. Els colors indiquen els abrics coneguts: COPII (blau), COPI (verd) i clatrina (vermell). Les càrregues secretores són sintetitzades en el ER, surten del ER a ERES en vesícules COPIIcoades, i són transportades a ERGIC. Les cargos són classificades d'Ergic en portadors anterògrads que les mouen a Golgi. Després de passar a través del Golgi, les càrregues es classifiquen al TGN per al lliurament al PM, els endosomes primerencs i tardans, i en algunes cèl·lules per secretar grànuls. Una via de reciclatge mitjançada per COPI recupera les proteïnes del Golgi i de l'ERGIC i les retorna al ER. Proteïnes De Coberta – Clatrina Vídeo de la formació de la vesícula recoberta de clatrina: https://www.youtube.com/watch?v=165 ZFnO5RY1cU Proteïnes Amb Domini BAR i Dinamina Proteïnes De Coberta: COPII I COPI COPI: via retrògrada. 166 Això es dona en les proteïnes amb la seqüència KDEL, que han d’estar per força al RE. Els receptors KDEL uneixen les proteïnes, siguin solubles o de membrana, que siguin KDEL, es forma una vesícula COPI cap al RE. Vesícules COPII Sistema de formació de vesícules del RE al Golgi. En els ERES s’hi ajunten els PIP4, cosa que fa que s’hi acumulin vàries proteïnes, entre elles, monomeric small GTPases. 14.7 MONOMERIC SMALL GTPASES Apuntar què fa cada proteïna, de la imatge de sota. Hi ha 65 tipus de Rabs, 35 de Ras... alta complexitat. Monomèrica: fetes per una unitat. Són petites. GTPases trenquen el GTP a GDP o GMP per obtenir energia. 167 Funcionen de la següent manera: Quan estan inactives estan unides al GDP i a un factor anomenat GDI, que evita que se’n vagi el GDP. La GTPasa està dibuixada amb una cua lipídica, que serveix per unirse a la membrana. El GDI amaga la cua hidrofòbica de la GTPasa per protegir-la del medi aquós de la cèl·lula. GDI: DGP dissociation inhibitor. A l’activar-se, un GEF canvia el GTP per GDT. I llavors es pot unir a la membrana. Això servirà per a la senyalització i per a funicons específiques. Un cop activa, atrau una GAP, la qual activa l’activitat enzimàtica de la GTPasa perquè trenqui el GTP a GDP i, per tant, es torni a desactivar. I és que l’activitat de les GTPases és lenta. De manera que, per molt que els GAPs siguin proteïnes d’activació de les GTPases, les acaben desactivant. Als ERES s’hi acumula, doncs, Sec12, que és una GEF, i s’hi enganxa una GDP que es transforma en GTP. Llavors s’activa i s’hi apropen SEC 23/24 i receptors del cargo. Després Sec13/31 té activitat GTPasa. Hi ha un temps concret amb el que s’ha de formar la vesícula, si no s’arriba a muntar, com que l’activitat de les GTPases és lenta però passa, s’hidrolitza el GTP, salta tot i es desmonta. Si es forma la vesícula, Sar1 es torna a GDP i es desprèn. La coberta que forma la vesícula no es desmonta obligatòriament, a diferència de la clatrina. Sar1 és soluble perquè està unida a GDP. Quan s’uneix a una Sec12, li han canviat GDP a GTP i s’uneix a la membrana. Sec 24 i 23 són proteïnes capaces d’unir els receptors que tenen el cargo. Llavors les Sec 13/31 acaben de formar la coberta i donen forma a la vesícula. Només dona temps de muntar-se la vesícula mentre el Sar1-GTP està activa (fins que es transformi GTP a GDP). 168 Aquest sistema de COPII permet que la vesícula pugui tenir diferents mides. Molta flexivitat geomètrica. Això perm,et que cargos molt grans que hagin d’anar del RE al Golgi puguin transportar-se. Es poden fer vesícules molt grans. Ex: el colagen és molt gran i es forma al RE, no cabria en una vesícula de mida estàndard. Aquestes vesícules de COPII permeten portar cargues molt grans. A COPI no li cal. El transport retrògrad només es necessita per a molècules petites. Mirar vídeo + comis si hi ha. 14.8 MOVIMENT I DIRECCIONAMENT DE LA VESÍCULA DE TRANSPORT Les vesícules tenen Rabs a la membrana. Recordem que les Rab estan a la membrana només quan estan actives i ja no estan unides al GDI... Hi ha diferents Rabs que poden anar i tornar de les vesícules 169 Un endosoma primerenc (early endosome), responsables de la distribució del que ha entrat, estan marcats amb RAB4 o 5. Els tardenca, Rab7 i 9. I les de reciclatge, Rab11. Les rabs funcionen amb una cadena de senyalització. Tenim un early endosome en què hi ha rab 5. A mesura que maduren les vesícules, maduren els Rabs també. Un rab a membranra, atrau proteïnes a la membrana. Entre elles, atrau GEF, no seva sinó d’una altra Rab. Per exemple, la rab 5 atrau la GEF que atrau la Rab7. Mentre que la Rab7 activada atrau GAPs de la Rab5, de l’anterior. De manera que s’activarà rab5 i es desenganxarà de la membrana. D’aquesta manera, la membrana passarà de tenir tot de rabs 5 a rabs 7. 170 Estudi en què marquen amb proteïnes fluorrescents la Rab 5(verd) i rab 7(blau). A mesura que madura lendosoma, canvien de verd a blau. I és la mateixa vesícula perquè el vermell és el marcador vesicular. 14.9 FUSIÓ AMB EL COMPARTIMENT DIANA Les rabs actives, a la superfície de la vesícula, es pot unir a proteïnes de tethering (ensemblatge, unió). Té la funció d’enganxar la vesícula a la membrana del compartiment diana. Perquè s’hi pugui unir, la mb del target compartment ha de tenir proteïnes t-SNARE (n’hi ha de molts tipus). T snares estsan al compartiment diana. Les v snares estan a la membrana de la vesícula. I s’han d’unir específicament una t amb una v snare. Les snares tenen helixs alfa que s’entortolliguen entre elles. Es forma el complex d’snares i uneixen la vesícula amb el compartiment diana. La fusió es dona per la força que formen les proteïnes snares. Atrauen les membranes, apartant l’aigua d’enmig. Es fusiona la mono capa de fora i després la interior. Així no es produeixen pèrdues. Tethering: unió al compartiment diana. 171 Per desentortolligar les proteïens snares i reutilitzar-les, les NSF i alfa-SNAP s’uneixen al complexe snare i les dissocia. MIRA’T LES REFERÈNCIES I LLEGEIX LES EXPLICACIONS DELS LLIBRES VAMP: v-SNARES. Vídeo 172 Cada vesícula està marcada específicament. Tindrà lípids de membrana específics segons on es formi la vesícula. Pot estar formada per cobertes específiques. Tindrà diferents receptors segons el cargo. Haurà de reclutar SNARES per entrar al compartiment... tot plegat no és trivial. Veiem que es formen dues vesícules diferents. Tenen cargos diferents i han atret diferents vsnares a la membrana. De manera que es fusionaran a diferents compartiments que tinguin tsnares compatibles amb la v-snares que tingui la vesícula. Les snares són específiques. 14.10 MAQUINARIA MOLECULAR DEL TRANSPORT VESICULAR 173 14.11 EXEMPLE. SECRECIÓ DE NEUROTRANSMISSORS (neurona) Propagació senyal nerviosa Un senyal químic es converteix en un senyal elèctric per canals d'ions amb transmissor postsinàptic en una sinapsi. El neurotransmissor alliberat s'uneix i obre els canals d'ions transmissors a la membrana plasmàtica de la cèl·lula postsinàptica. Els fluxos d'ions resultants alteren el potencial de membrana de la cèl·lula postsinàptica, convertint així el senyal químic en un elèctric. Reciclatge local a la terminació nerviosa La formació de vesícules sinàptiques. Aquestes petites vesícules uniformes es troben només en les cèl·lules nervioses i en algunes cèl·lules endocrines, on emmagatzemen i secreten neurotransmissors de molècules petites. La importació de neurotransmissors directament a les petites vesícules endocítiques que es formen a partir de la membrana plasmàtica està mediada per proteïnes portadores de membrana que funcionen com antiports, sent impulsades per un gradient H+ mantingut per les bombes de protons a la membrana de la vesícula. 174 Els neurotransmissors es troben dins de vesícules que s’han de secretar. Surten del Golgi i arriben a la sinapsi neuronals. S’uneixen amb la membrana, i deixen les proteïens a la membrana. Es forma una vesícula de reciclatge, hi entren els NT i es secreten els NT. Tot això es dona molt ràpid. En aquest cas, hi ha sintaxines a la membrana unides a SNAP25. Sinaptobrevina: v-snare. Les v i t snares s’uneixen de manera incompleta. La complexina (priming II) es posa enmig per evitar que les snares facin la força suficient perquè es fusionin/evita que es fusioni vesícula i alliberi els transmissors. Quan arriba Ca2+ s’activen i es fusiona la vesícula. És a dir, les vesícules estan a mig procés de les SNARES i a la que arriba Ca2+ s’activa i s’alliberen NTs ràpids. A la membrana arriba un potencial d’acció elèctric que fa que els canals dependents de voltatge s’obrin i entrin ions. Tan bon punt arriba el senyal, s’alliberen les vesícules. Algunes SNARES són transmembrana, altres estan unides a lípids. 175