Concetti Chiave
- Le alterazioni proteiche possono verificarsi sia nel cargo che nel macchinario molecolare, influenzando la funzionalità delle proteine.
- Le mutazioni "loss of function" possono portare a proteine tronche o degradate, impedendo il corretto smistamento e la funzionalità, come nel Diabete Insipido Nefrogenico.
- Le mutazioni "gain of function" modificano la funzione delle proteine, rendendole tossiche e attivando vie non desiderate, come nella Fibrosi Cistica.
- Il macchinario molecolare è responsabile della formazione e trasporto delle vescicole, con meccanismi di Bulk Flow e Selective Reuptake che influenzano il traffico proteico.
- Le proteine Rab svolgono un ruolo cruciale nel riconoscimento e nella regolazione del traffico vescicolare, attivandosi in base alla loro associazione con GTP e GDP.
Indice
Alterazioni proteiche e loro effetti
L’alterazione può esistere sia nel cargo sia nel macchinario molecolare.
- loss of function: la proteina è tronca o degrada rapidamente, oppure ha segnali di smistamento alterati che le impediscono di raggiungere la destinazione.
- Gain of function: la mutazione modifica la funzione della proteina, rendendola tossica, magari attivando vie non volute.
Un esempio di mutazione del cargo è il Diabete Insipido Nefrogenico: è dovuto ad una mutazione dell'Acquaporina-2, una proteina canale che permette il riassorbimento dell'acqua nel rene. La mutazione non le consente di essere riconosciuta ed essere portata sulla membrana, ma viene portata nei lisosomi per essere degradata. Di conseguenza il rene non ha abbastanza canali (acquaporine) sulla sua superficie esterna per recuperare l'acqua. L'acqua non viene riassorbita e viene persa con l'urina, causando la tipica sete eccessiva e la produzione di grandi quantità di urina del diabete insipido. Altra causa di questa malattia può anche trovarsi nel recettore V2 che riconosce la Vasopressina. La Vasopressina è un ormone che segnala quanta acqua tenere nel corpo, ma senza recettore, l’ormone non viene riconosciuto e quindi le Acquaporine delle cellule renali non ricevono mai il segnale di posizionarsi sulla membrana. Anche qui l’acqua non viene trattenuta dal corpo e l’individuo ha sempre sete e senso di urina. Altro esempio è la Fibrosi Cistica: la proteina CFTR (canale del cloro) è difettosa e non raggiunge la membrana plasmatica. Senza questo canale in superficie, il muco nei polmoni diventa denso e viscoso.
- loss of function: una proteina che gestisce il traffico (Snare, Rab, COPI) determina vescicole che non si formano o non arrivano a destinazione e conseguente accumulo di proteine e stress cellulare. Oppure si può anche avere il non riconoscimento del cargo. Il macchinario è diverso da tessuto a tessuto, per cui l’alterazione di un macchinario è specifica di quel tessuto.
Meccanismi di trasporto cellulare
Il macchinario molecolare si occupa del riconoscimento del cargo, formare e trasportare la vescicola, fonderla col bersaglio. Il primo step è il RE, dove la proteina acquisisce il corretto folding. Dopodiché viene indirizzata verso il Golgi attraverso due meccanismi:
1) Bulk Flow: è un meccanismo passivo con cui le proteine vengono trasportate semplicemente perché si trovano nel fluido che viene racchiuso dalla vescicola mentre si forma, senza bisogno di segnali specifici.
2) Selective Reuptake: la cellula seleziona attivamente le proteine che hanno dei segnali specifici che vengono riconosciuti da recettori di membrana.
Formazione delle vescicole e malattie
La selezione avviene negli ERES, cioè punti specializzati sulla membrana del Reticolo Endoplasmatico dove avviene fisicamente la formazione delle vescicole destinate al Golgi, mediante un macchinario che forma vescicole COPII. Inizia tutto con una Sar1, una proteina GTPasica, che legata a GTP riesce a inserirsi nel foglietto citosolico della membrana del RE. A questo punto recluta il complesso Sec23/Sec24. Sec23 si lega a Sar1 e Sec24 riconosce il cargo. Questo costituisce il rivestimento interno della vescicola.
Le proteine all’interno del lume del RE non saranno mai in contatto col citosol (ma stanno sempre all’interno della vescicola) per cui ci sono dei recettori/adattatori che le legano e poi saranno proprio questi recettori/adattatori a legarsi con Sec24. Il complesso Sec23/24 inizia a curvare la membrana per formare la vescicola. Dopodiché sul complesso Sec23/24 si legano Sec13/31 che formano una specie di gabbia che deforma e dà la struttura alla vescicola COPII. Questo meccanismo è importante poiché la sua alterazioni porta malattie.
Ad esempio, Sar1B (codificata dal gene SARA2) è quella che dà inizio alla formazione delle vescicole nelle cellule intestinali. Quando mangi grassi, l'intestino li impacchetta in chilomicroni. Per far uscire queste sfere dalle cellule intestinali e mandarle nel sangue tramite gemmazione serve Sar1B. Visto che Sar1B non funziona bene, i grassi restano bloccati dentro le cellule dell'intestino, il corpo non riceve energia e i grassi si accumulano dove non dovrebbero. Le malattie correlate sono CMRD (Chylomicron retention disease), Anderson Disease (AD) e la variante CMRD-MSS.
Ruolo delle proteine Rab
Le proteine Rab sono piccole GTPasi monomeriche. Si attivano quando sono legate a GTP (tramite GEF) e si disattivano quando legate a GDP (tramite GAP). Sono molto specifiche purché le varie isoforme si trovano su vie diverse. Ad esempio Rab5 si trova sugli endosomi precoci e diventerà Rab7 quando maturerà in lisosoma.
Domande da interrogazione
- Quali sono le conseguenze delle alterazioni proteiche nel cargo e nel macchinario molecolare?
- Come avviene il trasporto delle proteine nel reticolo endoplasmatico?
- Qual è il ruolo di Sar1 nella formazione delle vescicole?
- Quali malattie possono derivare da alterazioni nel meccanismo di formazione delle vescicole?
- Che ruolo hanno le proteine Rab nel trasporto cellulare?
Le alterazioni possono portare a una perdita di funzione, dove la proteina è tronca o degradata rapidamente, o a un guadagno di funzione, dove la mutazione rende la proteina tossica, come nel caso del Diabete Insipido Nefrogenico e della Fibrosi Cistica.
Il trasporto avviene attraverso due meccanismi: il Bulk Flow, che è passivo e non richiede segnali specifici, e il Selective Reuptake, dove la cellula seleziona attivamente le proteine con segnali specifici riconosciuti da recettori di membrana.
Sar1 è una proteina GTPasica che, legata a GTP, si inserisce nella membrana del reticolo endoplasmatico e recluta il complesso Sec23/Sec24, avviando così la curvatura della membrana per formare la vescicola COPII.
Alterazioni nel meccanismo di formazione delle vescicole possono portare a malattie come la Chylomicron Retention Disease (CMRD) e l'Anderson Disease, dove i grassi non vengono trasportati correttamente e si accumulano nelle cellule intestinali.
Le proteine Rab sono GTPasi monomeriche che regolano il trasporto cellulare attivandosi quando legate a GTP e disattivandosi con GDP, e sono specifiche per diverse vie, come Rab5 sugli endosomi precoci che diventa Rab7 nei lisosomi.
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