Esocitosi e Endocitosi: trasporto mediato da vescicole in Biologia

Esocitosi e Endocitosi

Traffico intracellulare delle proteineTrasporto mediato da vescicole Trasporto tramite particolari strutture cellulari a forma di sacca, dette vescicole. Le vescicole sono fondamentali per il trasporto di molecole sia in ambiente intracellulare che extracellulare e per la trasduzione del segnale

Meccanismi di trasporto mediato da vescicole

I meccanismi tramite cui avviene il trasporto mediato da vescicole sono:

• Endocitosi
• Esocitosi

Endocitosi: Processo e Immagini

Processo di trasporto di materiali solidi e liquidi all'interno di una cellula mediante invaginazione e vescicolazione della membrana plasmatica.

Extracellular fluid Cytoplasm Extracellular fluid Plasma membrane Clathrin- coated o pit 1 Recycling of membrane and receptors (if present) to plasma membrane O Ingested substance Exocytosis of vesicle contents o Clathrin, protein Endosome Uncoated vesicle Detachment of clathrin- coated vesicle T.T.T 3 Transcytosis 2 Uncoating Plasma membrane Clathrin- coated vesicle To lysosome for digestion and release of contents Uncoated vesicle fusing with endosome- pinocitosi - fagocitosi

le cellule possono anche internalizzare materiale dall'ambiente circostante per fagocitosi, un processo actina-mediata in cui le cellule avvolgono batteri e altre particelle grandi e poi li interiorizzano Nella pinocitosi, vescicole endocitiche aspecifiche inglobano piccole gocce di liquido estracellulare e tutto il materiale in essa disciolti. Relativamente pochi tipi di cellule svolgono la fagocitosi, mentre la maggior parte delle cellule eucariotiche svolgono continuamente l' endocitosi.

Esocitosi: Trasporto di materiali all'esterno della cellula

Processo di trasporto di materiali solidi e liquidi all'esterno di una cellula mediante fusione di una vescicola con la membrana cellulare plasmatica.

Extracellular fluid Plasma membrane SNARE Vesicle SNARE Molecules to be secreted Secretory vesicle Cytoplasm

Meccanismi molecolari del traffico vescicolare

Piccole vescicole di trasporto per le proteine da un organello ad un altro. Tali vescicole gemmano dalla membrana di un particolare organello di origine e si fondono con la membrana di un organello di destinazione. Esse sono fondamentali anche per lo smistamento di proteine di nuova sintesi nel reticolo endoplasmatico rugoso e proteine internalizzate dalla superficie plasmatica

Tappe del trasporto delle proteine mediato da vescicole

Selezione del carico COMPARTIMENTO DONATORE Proteina solubile Ligando Recettore v-SNARE Gemmazione Rab Scissione Riciclaggio delle proteine di rivestimento CITOSOL Riciclaggio delle v-SNARE Perdita del rivestimento Cattura t-SNARE Ancoraggio Fusione COMPARTIMENTO ACCETTORE

Tipi di vescicole rivestite nelle cellule eucariotiche

Tutte le cellule eucariotiche contengono una pletora di piccole vescicole delimitate di membrana con un rivestimento proteico sulla loro superficie citosolica. Sono noti 3 tipi di vescicole rivestite, ciascuno con un diverso tipo di rivestimento proteico e ciascuna formata da polimerizzazione reversibile di un insieme distinto di subunità proteiche in condizioni accuratamente regolate.

Tappe del trasporto delle proteine mediato da vescicole

Selezione del carico COMPARTIMENTO DONATORE Proteina solubile Ligando Recettore v-SNARE Gemmazione Rab Scissione Riciclaggio delle proteine di rivestimento CITOSOL Riciclaggio delle v-SNARE Perdita del rivestimento Cattura t-SNARE Ancoraggio Fusione COMPARTIMENTO ACCETTORE

I 3 tipi di vescicole rivestite

1 - Vescicole con un rivestimento di clatrina trasportano proteine dalla membrana plasmatica al trans-Golgi. 2-Vescicole con rivestimento COP II trasportano proteine dal ER rugoso al complesso del Golgi. 3-Vescicole con un rivestimento COP I trasportano le proteine in direzione retrograda tra le cisterne del Golgi o dal cis-Golgi alla membrana plasmatica.

Visione d'insieme del trasporto mediato da vescicole rivestite

Via esocitotica Via endocitotica Reticolo endoplasmatico PROTEINE DI RIVESTIMENTO COP I COP II 1 Clatrina Aggregato vescicolo- tubulare CITOSOL Reticolo cis del Golai Endosoma tardivo Pila del Golo Reticolo trans del Golgi Endosoma primario Vacuolo di condensazione Granulo secretorio MEMBRANA PLASMATICA

Smistamento delle proteine mediato dalle sequenze segnale

Ogni tipo di vescicole trasporta proteine da particolari organelli genitori a particolari organelli di destinazione "Etichette" proteiche NUCLEO Ribosoma RE PEROSSISOMI CITOSOL MITOCONDRI

Formazione e gemmazione delle vescicole rivestite

Lo schema generale di vescicole che germogliano si applica a tutti e tre i tipi noti di vescicole rivestite. Durante la formazione di queste vescicole, le subunità delle proteine di rivestimento polimerizzano intorno alla faccia citosolica di una vescicola in formazione, contribuendo in tal modo alla gemmazione della vescicola dall' organello genitore.

Il trasporto di proteine mediato da vescicole

COMPARTIMENTO DONATORE DOPPIO STRATO LIPIDICO Vescicola gemmante con un carico di proteine solubili e proteine legate alla membrana GEMMAZIONE Vescicola di trasporto CITOSOL FUSIONE COMPARTIMENTO ACCETTORE Alcune subunità di proteine di rivestimento o di proteine adattatrici associate selezionano quali membrane e proteine solubili entreranno nelle vescicole di trasporto come le proteine cargo.

Componenti e meccanismi della gemmazione di vescicole rivestite

Membrane GTP-binding protein Vesicle Coat and Adapter Proteins Small GTP-Binding Protein Transport Step Clathrin Clathrin heavy and light chains; AP2 ARF Plasma membrane -> endosome (endocytosis) Clathrin heavy and light chains; AP1 ARF Golgi -> endosome Clathrin heavy and light chains; AP3 ARF Golgi -> lysosome, vacuole, melanosome, or platelet vesicles Membrane receptor protein COPI COP α, β, β', γ, δ, ε, ς ARF Golgi -> ER Retrograde transport between Golgi cisternae Soluble cargo protein Membrane cargo protein COPII Sec23/Sec24 complex; Sec13/Sec31 complex; Sec 16 Sar1 ER -> Golgi Coat and adapter proteins

Componenti che partecipano alla gemmazione di vescicole rivestite Il germogliamento è iniziato dal legame con una piccola proteina GTP- binding in un sito specifico della membrana. Successivamente complessi di proteine di rivestimento e adattatori si legano ai domini citosolici delle proteine di membrana e proteine recettoriali trasportando proteine cargo solubili nel lumen di vescicole germoglianti

Vescicole rivestite di Clatrina e trasporto intracellulare

1-Vescicole rivestite di Clatrina mediano diversi tipi di trasporto intracellulare Le cellule che hanno una intensa attività di endocitosi (ad esempio, epatociti e fibroblasti) hanno numerosi fossette rivestite di clatrina sulla faccia citosolica della membrana plasmatica La formazione di queste fossette richiede diverse proteine adattatrici nonché clatrina, e la loro definitiva espulsione richiede una proteina legante GTP, chiamata dinamina. La clatrina forma reticoli RETICOLO PIATTO RETICOLI CURVI 0,1 um

Clatrina: Struttura e composizione

Clatrina Vescicole rivestite di clatrina hanno un diametro di 50 - 100 nm , con una vescicola delimitata di membrana all'interno di un rivestimento costituito principalmente dalla proteina fibrosa clatrina La clatrina ha una forma a tre braccia, chiamata trischelion. Ogni braccio contiene una catena di clatrina pesante (180.000 MW) e una catena leggera di clatrina (=35,000 - 40.000 MW). Esistono due tipi di catene leggere, a e ß, le cui sequenze aminoacidiche sono complentari per il 60 per cento. Le differenze funzionali non sono note. (a) Coated vesicle (b) Triskelion structure (c) Assembly intermediate ₭ 50 nm Heavy chain Light chain Binding site for assembly particles Membrane vesicle Clathrin triskelion

Struttura della clatrina

10 mm Triskelion di clatrina CATENA LEGGERA CATENA PESANTE Gamba prossimale Gomito Gamba distale Dominio terminale e di collegamento Reticolo di clatrina ESAGONO PENTAGONO

Proteine adattatore e assemblaggio della clatrina

Proteine adattatore Tra la clatrina e la membrana di una fossetta rivestita di clatrina si trova uno spazio di 20 nm contenente particelle di assemblaggio rappresentate da una copia di quattro diverse proteine adattatrici. Sono noti tre tipi di particelle di montaggio - ap1, ap2, ap3 e proteine adattatrici Le particelle di assemblaggio legano il trischelion nel dominio globulare della catena pesante di clatrina e promuovono la polimerizzazione del trischelion di clatrina in gabbie. Grazie al legame con la faccia citosolica di proteine di membrana, le particelle di assemblaggio determinano quali proteine devono essere trasportate.

Distribuzione dei complessi di adattamento negli organelli

Lisosoma specializzato Reticolo trans del Golgi AP-1 AP-3 Lisosoma AP-1 Endosoma tardivo AP-3 CITOSOL AP-3 Endosoma primario MEMBRANA PLASMATICA AP-2 Fossetta rivestita di clatrina

Struttura dei complessi di adattamento

AP-2 Orecchio Cerniera ₿2 M2 ơ2 Tronco Altri complessi di adattamento Subunità AP-1 ₿1 μι σι Y AP-3 ฿ 3 3 63 8 AP-4 ₿4 µ4 54

Modello di formazione di una fossetta rivestita di clatrina

Integral proteins excluded from transport vesicles Exoplasmic face Fibrous clathrin coat Cytosolic face Assembly particle GTP Dynamin GDP 4 Modello per la formazione di una fossetta rivestita di clatrina e l'incorporazione selettiva di proteine integrali di membrana in vescicole rivestite di clatrina I domini citosolici di alcune proteine di membrana si legano specificamente alle particelle di assemblaggio che si legano alla clatrina quando polimerizza spontaneamente su una zona della membrana. Le proteine che non si legano alle particelle di assemblaggio sono escluse da queste vescicole. Clathrin-coated vesicle La Dinamina polimerizza sul collo della fossetta, catalizza l'idrolisi del GTP e consente la formazione di una vescicola rivestita di clatrina.

Interazione tra recettori e proteine adattatrici

Molti recettori della superficie cellulare che vengono internalizzati nelle fossette rivestite di clatrina e contengono una sequenza Tyr-XX-ø (ø = amminoacido idrofobico) o una sequenza Leu-Leu nei loro domini citosolici. Tali sequenze segnale sono necessarie per interagire con la subunità u2 di particelle di assemblaggio AP2. Proteine della membrana plasmatica prive di tali segnali non interagiscono con AP2 e quindi non vengono internalizzate. Le proteine adattatrici si legano ai recettori e alla clatrina Membrana plasmatica FOSSETTA RIVESTITA Membrana plasmatica LIGANDO RECETTORE COMPLESSO DI ADATTAMENTO RIVESTIMENTO DI CLATRINA CLATRINA CITOPLASMA I recettori LDL e transferrina sono esempi di proteine plasmatiche membrana che interagiscono con la particella di assemblaggio AP2. AP1, si lega ai domini citosolici di proteine che germogliano dalla rete trans-Golgi Il recettore mannosio 6-fosfato (M6P) si trova nelle fossette di clatrina rivestite che germogliano dalla membrana plasmatica o dalla rete del trans-Golgi