Traffico vescicolare e ruolo del Golgi nel sistema endomembranoso

TRAFFICO VESCICOLARE

In precedenza abbiamo già accennato che il sistema endomembranoso è un compartimento in continua comunicazione, dove si ha un traffico continuo di vescicole che partono dal RER, vanno al Golgi e poi confluiscono in vescicole che si fonderanno con la membrana plasmatica (vescicole di secrezione) o che andranno a far parte dei CELL EXTERIOR lisosomi (vescicole lisosomiali).

Le vescicole che partono dal RER si originano in dei punti particolari privi di ribosomi chiamati siti di uscita dal RER, anche detti ERES (Endoplasmic Reticulum Exit Sites).

Trans Golgi Network Cis Golgi Network 100 1 Endoplasmic Reticulum-Golgi Intermediate Compartment Queste vescicole di transizione Siti di uscita dal RER (privi di ribosomi) ERES convogliano tutte a formare una regione di transizione fra il RER e il Golgi chiamata NUCLEUS ERGIC _(Endoplasmic Reticulum-Golgi Intermediate Compartment). L'ERGIC a livello molecolare non è né il RER né il Golgi, poiché ha una costituzione molecolare diversa.

Dall'ERGIC partono delle vescicole che si dirigono verso la zona del Golgi chiamata Cis Golgi Network (CGN). Tale zona è la parte del cis del Golgi che non è sotto forma di cisterna ma è sotto forma di rete, perché è in continuo dinamismo (arrivano e partono continuamente le vescicole che la modificano di forma)

Dopodiché troviamo la cisterna cis, le cisterne mediali e la cisterna trans, ed infine troviamo la Trans Golgi Network (TGN), zona come la CGN che è in continua evoluzione perche manda fuori costantemente le varie vescicole.

Vi sono due ipotesi diverse sulla morfologia e sul funzionamento del Golgi

• staticità del Golgi ("modello vescicolare"): le proteine destinate alla TGN sono spostate da una cisterna all'altra mediante vescicole a movimento anterogrado e le proteine specifiche di ogni cisterna che sono state erroneamente portate in cisterne avanti sono riportate indietro mediante vescicole a movimento retrogrado con il passaggio di materiale da una cisterna all'altra
• dinamicità del Golgi ("modello maturazione cisterne"): maturazione progressiva del contenuto delle cisterne > man mano che si spostano verso TGN vengono sostituite da nuove cisterne provenienti dal RER; le proteine specifiche di ogni cisterna sono riportate al loro posto mediante vescicole a movimento retrogrado > non ci sono vescicole a movimento anterogrado, perché è la cisterna stessa a portare le proteine verso TGN

[ non c'è una risposta, poiché probabilmente succedono entrambe le cose; esistono prove a favore per entrambe] 99jauuu COPISTERIA Trại di Leerte cisternae ERGIC medial ER CON cis L, trans TGN matrix proteins (B) CISTERNAL MATURATION MODEL

Formazione delle vescicole

Cosa deve succedere alla formazione di una vescicola?

1. Le molecole destinate allo stesso organulo devono essere raggruppate all'interno dello stesso cargo;
2. Delle molecole speciali devono consentire l'evaginazione della membrana e il distacco della vescicola;
3. Le vescicole devono essere trasportate in prossimità del corretto organulo di destinazione;
4. Le membrane della vescicola e dell'organulo bersaglio devono fondersi.

Il raggruppamento delle molecole nello stesso cargo e la formazione del cargo (eventi 1 e 2) sono eventi coordinati, dove uno avviene in funzione dell'altro. Ciò avviene anche per l'avvicinamento della vescicola al giusto organulo e la fusione delle due membrane (eventi 3 e 4)

Raggruppamento delle molecole nel cargo

MODI CON CUI MOLECOLE DESTINATE ALLO STESSO ORGANULO VENGONO RAGGRUPPATE NELLO STESSO CARGO

1. grazie a specifiche sequenze segnale
2. grazie a specifiche modificazioni post traduzionali (es glicosilazione)
3. grazie alla dimensione della proteina o del complesso proteico

Grazie a specifiche sequenze segnale

Nelle membrane del sistema endomembranoso sono presenti recettori che riconoscono una particolare sequenza. Questi recettori vengono accumulati ed avvicinano le molecole da trasportare in un punto della membrana e, dopo aver accumulato i recettori con le molecole associate, si farà evaginare quella parte di membrana, formando la vescicola tramite gemmazione che contiene le molecole aventi tutti quella particolare sequenza segnale. Vi sono vari casi in cui si ha il trasporto grazie a specifiche sequenze segnale:

• recettori che dopo aver portato le proteine dal RER all'ERGIC devono tornare al RER: i recettori per le proteine destinate al Golgi devono raggruppare tali proteine nelle vescicole di transizione. Tali recettori viaggeranno quindi fino al Golgi, ma devono poi tornare nel RER -> hanno dei segnali di recupero KKXX, sequenza riconosciuta a livello dell'ERGIC per formare vescicole che le rispediscono immediatamente al RER.
• alcune proteine che devono andare dal RER all'ERGIC: alcune proteine destinate al Golgi hanno una corta sequenza di riconoscimento che viene riconosciuta da una proteina di membrana associata al macchinario di gemmazione. Tale meccanismo non è però così diffuso perché il passaggio dal RER all'ERGIC per la maggior parte delle proteine è casuale, ovvero si formano (A) VESICULAR TRANSPORT MODELCOPISTERIA Test di Leerve Comeofferte vescicole che contengono il materiale generico presente nel RER. Tale passaggio casuale è detto "bulk flow"
• proteine arrivate per errore all'ERGIC e che devono tornare al RER: tra le proteine mandate a caso all'ERGIC tramite bulk flow ci possono essere delle proteine che devono ritornare al RER. Queste proteine hanno un segnale di localizzazione KDEL o HDEL che sono riconosciuti nell'ERGIC da recettori che le raggruppano e le rispediscono indietro al RER.
• proteine transmembrana destinate all'endosoma: le proteine transmembrana destinate agli endosomi hanno una sequenza che le consente di essere riconosciute dal macchinario di gemmazione nel TGN.

Grazie alla dimensione della proteina o del complesso proteico

Le proteine destinate al Golgi sono tutte transmembrana (nel Golgi ci transitano proteine solubili, ma esse confluiranno poi in vescicole). Si pensa che la loro permanenza nel Golgi sia dovuta alla lunghezza del dominio transmembrana: le membrane del Golgi non hanno uno spessore costante, ma esso aumenta progressivamente dal RER verso la membrana plasmatica. Questo perché durante il passaggio dei lipidi attraverso il Golgi viene inserito sempre più colesterolo ed anche sempre più sfingolipidi, che aumentano lo spessore del doppio foglietto.

Si pensa quindi che all'aumentare dello spessore del doppio foglietto, possono spostarsi da una cisterna all'altra solo le proteine che hanno un dominio transmembrana sufficientemente lungo. Se una proteina ha quindi un dominio transmembrana corto, nel momento in cui aumenta lo spessore della membrana essa non potrà attraversarla. Quindi, se ha un dominio transmembrana corto, poiché le vescicole avranno uno spessore di membrana sempre maggiore, essa non riuscirà ad entrare nella vescicola [tale pensiero si adatta molto bene con l'ipotesi della maturazione delle cisterne (Golgi dinamico)]

Inoltre, nel RER vi sono proteine che formano grossi complessi macromolecolari; tali proteine non riescono ad entrare dentro a vescicole a causa della loro grande dimensione e quindi rimangono nel RER.

Grazie a modificazioni post traduzionali

Le proteine residenti nel Golgi sono di due tipi: o sono glicosil-transferasi (aggiungono gruppi glucidici) o glicosidasi (tolgono gruppi glucidici). La glicosilazione nel Golgi è un processo graduale ed accompagna la proteina dalla cisterna cis a quella trans. Questo processo non è uguale per tutte le proteine: gli enzimi lisosomiali solubili subiscono la fosforilazione sul residuo di mannosio; questa aggiunta di fosfato blocca la glicosilazione e quindi queste proteine arriveranno alla cisterna trans del Golgi con ancora il mannosio 6-fosfato. Sulla cisterna sono presenti recettori per il mannosio 6- fosfato > gli enzimi lisosomiali si raggrupperanno e la vescicola che si originerà in quel punto conterrà solo questi enzimi lisosomiali e sarà destinata agli endosomi.

EVAGINAZIONE DELLA MEMBRANA E DISTACCO DELLA VESCICOLA

Una volta che i recettori legano le proprie proteine, essi richiamano delle proteine di rivestimento che si andranno ad attaccare nella zona contenente questi recettori. Tali proteine di rivestimento formeranno una gabbia intorno ai recettori e, grazie alla loro struttura, inizieranno a tirare verso 1COPISTERIA --- l'esterno la membrana. Per completare l'evaginazione interverano delle dinamine che formeranno un anello che staccherà la vescicola.

DINAMINA

La proteina di rivestimento è diversa a seconda dell'organulo e della destinazione del cargo. Le principali sono:

• COP II, da ERES a ERGIC
• COP I, si trovano nel Golgi: pensando al modello di maturazione delle cisterne sono quelle di trasporto retrogrado (da TGN a RER) , mentre se pensiamo al modello vescicolare sono sia retrogrado (da TGN al RER) che anterogrado (da ERGIC al TGN)
• Clatrina, da TGN a secrezione o da TGN a endosomi
• Complessi del retromero, dall'endosoma al TGN

RECLUTAMENTO DEI COMPLESSI DI RIVESTIMENTO

IN CHE MODO I COMPLESSI DI RIVESTIMENTO SONO RECLUTATI SUL GIUSTO ORGANULO?

I motori della formazione delle vescicole sono delle GTPasi monomeriche. Queste GTPasi normalmente sono situate nel citosol e non sono capaci di interagire con la membrana. Sulla membrana dell'organulo che deve gemmare la vescicola sono presenti i GEF di queste proteine monomeriche; quando un GEF incontra la GTPasi gli scambia il GDP con il GTP. A questo punto il recettore si attiva esponendo un gruppo prenilico e va ad infilarsi nella membrana. (per la formazione di ogni diverso tipo di complesso esiste un diverso tipo di GTPasi con il suo specifico GEF)

Una volta infilato nella membrana richiamerà una serie di proteine adattatrici dove:

• alcune raggruppano i recettori che portano le molecole da spostare;
• altre raggruppano le proteine di rivestimento
• altre richiamano il suo GAP

> si forma così la gabbia della vescicola e si staccherà dalla membrana

Appena le dinamine staccano la vescicola dalla membrana, la GTPasi idrolizzerà la GTP in GDP e in tal modo il rivestimento si staccherà dalla vescicola > il rivestimento è transitorio (serve solo per far staccare la vescicola dalla membrana)

MOVIMENTO VERSO L'ORGANULO TARGET E FUSIONE DELLE DUE MEMBRANE

L'eliminazione del rivestimento espone la membrana della vescicola: sulla membrana sono presenti altre proteine G monomeriche (proteine RAB, ne esistono 40 tipi e sono vescicola-specifiche) che sono state richiamate su quella membrana da dei loro GEF. Questa seconda proteina G monomerica è responsabile di attaccare la vescicola sopra ad una proteina motrice di diverso tipo come kinesine, dineine e miosine (la proteina motrice cambia a seconda della vescicola e della specifica RAB). La proteina RAB va anche poi a legarsi a delle proteine di ormeggio, proteine che vanno a legarsi ad