Le vie di endocitosi ed esocitosi: trasporto vescicolare nelle cellule

Le vie di Endocitosi ed Esocitosi

Peroxisome Nucleus CYTOSOL Mitochondria Endoplasmic Reticulum Golgi INSOME Endosome Secretory Vescicles plasmalemma Endocytosis - Cell Surface - Esocytosis

Trasporto vescicolare: Esocitosi (Secrezione Cellulare)

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Esistono due tipi di esocitosi, classificabili in base al grado di modulazione di sintesi e rilascio delle molecole.

1. La secrezione Costitutiva, tipica delle cellule che sintetizzano molecole e le secernono continuamente nel tempo.
2. La secrezione Regolata, avviene quando la cellula dopo la sintesi, accumula in apposite vescicole che vengono rilasciate solo dopo un evento segnale.

Sorting delle Proteine: Secrezione

1. Vescicole con proteine sintetizzate nel RER si fondono con la regione Cis del Golgi Ambiente intracellulare Reticolo endoplasmatico ruvido 2. Il Golgi modifica le proteine che vengono trasportate verso la regione Trans Apparato di Golgi Regione cis Regione trans 3. Dalla regione trans si staccano vescicole che vanno verso la superficie cellulare Sacculi o cisterne Flusso dei materiali 4. Proteine secrete nella matrice extracellulare Membrana cellulare Ambiente extracellulare

Le vie di Secrezione sono basate sul Trasporto Vescicolare

Compartimenti accettore donatore e carico della vescicola

Compartimento Donatore DOPPIO STRATO LIPIDICO Vescicola gemmante, con proteine solubili (cargo) e proteine di membrana Gemmazione Vescicola di trasporto CITOSOL Fusione Compartimento Accettore

Fusione di membrane nel processo di secrezione

A secretory vesicle releasing its cargo outside the cell PM MV la sovrapposizione grafica mostra la fusione della membrana della vescicola (MV), con il plasmalemma (PM)

ZPM K Out vescicola I recupero Golgi trans face RER cis face O O Nucleo . Il processo delle secrezione · contribuisce a rilasciare macromolecole nella matrice extracellulare · ma anche a trasportare proteine integrali di membrana sul plasmalemma Secrezione Glicoproteina di membrana

Vescicole di secrezione: effetti sull'architettura del plasmalemma

Proteine solubili secrete nella matriceextracellulare La fusione delle membrane comporta l'integrazione della membrana vescicolare con il plasmalemma Matrice extracellulare Plasmalemma Membrana della vescicola di secrezione Fusione delle membrane e rilascio del carico solubile La membrana della vescicola si integra nel plasmalemma 3 Proteine integrate nel plasmalemma La vescicola entra in contatto con il plasmalemma 2 4 1 Proteine solubili nel lume della vescicola di secrezione (cargo) Proteine integrali nella membrana della vescicola Citoplasma artwork by MB

Le vie di Secrezione, Endocitosi e Recupero

I trasferimenti vescicolari, sia centrifughi che centripeti, prevedono vie di recupero delle membrane Lisosoma Plasma membrane Endosoma tardivo E E cisterna nucleare 1 RER R Endosoma precoce R S Vescicole secretorie CYTOSOL S cis Golgi trans Golgi Vescicole secretorie Apparato di Golgi Endocitotica Secretoria Recupero Extracellular space DA

Secrezione (o Esocitosi) - 2 vie: Costitutiva e Regolata

1. secrezione Costitutiva: secrezione continua di molecole sintetizzate (via di default) 2. secrezione Regolata: accumulo di molecole in vescicole secretorie ed eventuale esocitosi, indotta da segnali di stimolo Cytosol Extracellular space 1 proteine solubili da secernere fusione non regolata Secrezione Costitutiva proteine di membrana plamalemma CYTOSOL recettore molecole segnale trans Golgi trasduzione Secrezione Regolata fusione regolata apparato di Golgi vescicola di accumulo 2

Esocitosi regolata: i neuroni del sistema nervoso

INPUT OUTPUT Dendriti Assone

Le cellule nervose: Neuroni

dal corpo cellulare (pirenoforo) si dipartono numerosi prolungamenti cellulari come i dendriti e l'assone, che ricevono e trasmettono i segnali dendriti terminali assonici impulso Assone impulso Corpo cellulare cellula di Schwann guaina mielinica nodi di Ranvier In generale le cellule nervose sono in grado di trasmettere segnali elettrici e segnali di tipo chimico

L'impulso si trasmette sull'assone saltando trai nodi di Ranvier

Node of Ranvier Layers of myelin Axon Schwann cell Schwann cell Axon Myelin sheath Nodes of Ranvier Nucleus of Schwann cell Schwann cell L'impulso elettrico si trasmette saltando da un nodo all'altro Cell body la guaina Mielinica è un isolante elettrico, quindi il segnale salta tra i nodi di Ranvier, raggiungendo velocità di 120 m/s Myelin sheath ++ Axon + + -

Neurotrasmettitori: Secrezione regolata

Nel sistema nervoso, i Neuroni prendono contatto, e si scambiano segnali, mediante il loro prolungamenti (dendriti e assoni) in zone chiamate sinapsi. Le sinapsi sono nelle zone in cui le membrane della cellula che trasmette e la ricevente sono a stretto contatto. All'arrivo dell'impulso elettrico il terminale assonico rilascia molecole di neurotrasmettitori (esocitosi regolata) Neurone dendriti Assone e impulso elettrico vescicole sinapsi recettori sinapsi

Un esempio di Esocitosi regolata

Il rilascio dei neurotrasmettitori, in seguito all'arrivo del segnale elettrico è un esempio di esocitosi regolata Assone Neurone presinaptico terminale assonico vescicole sinaptiche Neurotrasmettitori fessura sinaptica Recettori per i neurotrasmettitori 16-30 nm Neurone post-sinaptico n: neurotrasmettitori secreti nella fessura sinaptica Vn: vescicole contenenti i neurotrasmettitori Vn Vn n Sinapsi n

Esocitosi regolata nella contrazione muscolare

La trasmissione sinaptica non si attua solo tra cellule nervose, ma anche tra neuroni e cellule muscolari striate. Una unità motoria: Motoneurone + fibre muscolari da esso controllate Neurone (Motoneurone del SNC) 2 Giunzione Neuromuscolare Trasmissione del segnale Fibra muscolare

Un altro esempio di Esocitosi regolata

Trasferimento di recettori sul plasmalemma (proteine transmembrana)

Nel processo di Uptake del glucosio Insulina-mediato (trasportatore Glut4) in cellule muscolari Cellula non stimolata (basso livello di glucosio nel sangue) Ambiente extracellulare Recettore per Insulina Trasportatore del Glucosio glucosio citoplasma I trasportatori del glucosio sono accumulati in vescicole specializzate nel citoplasma corticale della cellula

Cellula stimolata dalla presenza di Insulina

Cellula è ora stimolata dalla presenza di Insulina (prodotta dal pancreas) in risposta all'aumento di glucosio nel sangue La presenza del segnale (Insulina) attiva il recettore che stimola il trasferimento dei trasportatori del glucosio sul plasmalemma incrementando l'uptake di glucosio nella cellula Circolo sanguigno (ambiente extracellulare) 1 glucosio 5 Insulina 4 Recettore per Insulina 2 stimolo glucosio 3 Il processo è quindi una esocitosi regolata da segnale (insulina) finalizzata a portare più trasportatori sulla membrana citoplasma

Formazione delle vescicole

Il processo di estrusione e formazione di vescicole come si attua?

Lipid bilayer Outer leaflet Inner leaflet

Gemmazione di vescicole tra i compartimenti e il plasmalemma

La gemmazione di vescicole tra i compartimenti e il plasmalemma e mediato da proteine che legano la membrana inducendo l'estrusione della vescicola. Clatrina media i trasporti nell'endocitosi ed esocitosi COP I media la vescicolazione nel Golgi COP II media la vescicolazione dal Reticolo ruvido (RER) late endosome £ early endosome KEY: clathrin COPI COPII 1-1- cisternae trans Golgi network secretory vesicle plasma membrane ER Golgi apparatus

La Clatrina, un tipo di proteina di rivestimento

la Clatrina, un tipo di proteina di rivestimento: associandosi con le membrane ne determina l'incurvatura necessaria alla formazione della vescicola. E' formata da 3 catene proteiche pesanti e 3 leggere, Che si assemblano formando una tipica figura chiamata (A) Trischelio heavy chain light chain (B)

La vescicola, dopo il distacco, perde il rivestimento di Clatrina

La vescicola, dopo il distacco, perde il rivestimento di Clatrina e deve fondersi correttamentecon il compartimento accettore perdita della Clatrina vescicola rivestita La struttura tridimensionale della gabbia di Clatrina impedirebbe la fusione delle membrane dei compartimenti perdita del rivestimento adattina Dinamina vescicola nuda Il carico è determinato dai Recettori presenti sulla membrana del compartimento donatore, i Recettori interagiscono con le Adattine che a loro volta legano la Clatrina

Corretto accoppiamento tra compartimenti

Una volta persa la gabbia di Clatrina come avviene il corretto accoppiamento tra compartimenti?

La corretta fusione della vescicola col compartimento accettore è mediata da proteine specifiche chiamate SNARE Donor organelle Target organelle coated vesicle - COMPARTMENT A V-SNARE T-SNARE COMPARTMENT B docked transport vesicle CYTOSOL

Proteine SNARE

Nei trasporti vescicolari, la corretta fusione delle membrane della vescicola e del compartimento accettore (target) è regolata dalle proteine SNARE (V e T)

vescicola V-SNARE T-SNARE E ATTRACCO DELLA VESCICOLA DI TRASPORTO FUSIONE DELLE MEMBRANE compartimento accettore v-SNARE: vesicle SNARE - t-SNARE: target SNARE

Le proteine SNARE sono elementi chiave nella fusione tra membrane

L'appaiamento delle t-S N A R E con le v-SNARE porta i due doppi strati lipidici a stretto contatto espellendo le molecole d'acqua interposte (*). In questo modo i lipidi confluiscono in un unico doppio strato fondendo le due membrane. t-SNARE V-SNARE (*) Altre componenti che partecipano al processo di fusione non sono mostrate nella figura. H2O H20 H2O H20 H20 H20 H20 H20 H20 H2O H2O H2O H20 H20 H20 H20 + 1 H2O H2O H20 H2O H2O FORM STALK HEMIFUSION FUSION 10 nm

Fagocitosi

La fagocitosi [da phagein, mangiare + cyto, cellula + -sis, processo] permette alla cellula di inglobare virus, batteri, cellule intere e loro detriti, o qualsiasi altro genere di particolato. Phagocytosis

Fagocitosi: esempi

Un neutrofilo fagocita un batterio in divisione batterio pseudopodi B plasma membrane macrofago 1 um Un macrofago fagocita eritrociti danneggiati M 5 um Una cellula dendritica fagocita spore del fungo Aspergillus

Fagocitosi: neutrofilo umano

Una cellula fagocitica umana (neutrofilo) percepisce la presenza di batteri, si muove verso di loro e fagocita i batteri marcati con una sonda fluorescente human neutrophil 3

Fagocitosi, Chemiotassi e polarizzazione cellulare

La presenza di batteri stimola la cellula che percepisce la presenza di chemio- attrattanti e si muove sul substrato orientandosi (polarizzazione) verso il target batteri I targets rilasciano molecole la cui concentrazione aumenta verso l'origine, la cellula percepisce questo gradiente di concentrazione.