Concetti Chiave
- Le alterazioni proteiche possono causare perdita o guadagno di funzione, portando a malattie come il Diabete Insipido Nefrogenico e la Fibrosi Cistica.
- Il trasporto cellulare avviene attraverso meccanismi di Bulk Flow, che è passivo, e Selective Reuptake, che richiede segnali specifici.
- La formazione delle vescicole nel reticolo endoplasmatico è avviata dalla proteina Sar1, che recluta complessi necessari per la curvatura della membrana.
- Alterazioni nel meccanismo di formazione delle vescicole possono causare malattie come la Chylomicron Retention Disease, con accumulo di grassi nelle cellule intestinali.
- Le proteine Rab sono GTPasi che regolano il trasporto cellulare e sono specifiche per diverse vie endocellulari, cambiando funzione in base alla loro attivazione.
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 trasporto cellulare?
- Come avviene il trasporto delle proteine dal Reticolo Endoplasmatico al Golgi?
- Qual è il ruolo di Sar1 nella formazione delle vescicole?
- Quali malattie possono derivare da alterazioni nel meccanismo di formazione delle vescicole?
- Cosa sono le proteine Rab e qual è la loro funzione?
Le alterazioni proteiche possono portare a una perdita di funzione, dove le proteine non raggiungono la loro destinazione, o a un guadagno di funzione, dove le mutazioni rendono le proteine tossiche. Ad esempio, nel Diabete Insipido Nefrogenico, la mutazione dell'Acquaporina-2 impedisce il riassorbimento dell'acqua nei reni.
Il trasporto avviene attraverso due meccanismi: il Bulk Flow, un processo passivo, e il Selective Reuptake, dove la cellula seleziona attivamente le proteine con segnali specifici. Questi processi sono fondamentali per il corretto funzionamento cellulare.
Sar1 è una proteina GTPasica che inizia la formazione delle vescicole nel Reticolo Endoplasmatico. Si lega a GTP e recluta il complesso Sec23/Sec24, che curvando la membrana, permette la formazione delle vescicole COPII destinate al Golgi.
Alterazioni nel meccanismo di formazione delle vescicole possono portare a malattie come la Chylomicron Retention Disease e l'Anderson Disease, dove i grassi non vengono correttamente trasportati e si accumulano nelle cellule intestinali.
Le proteine Rab sono piccole GTPasi monomeriche che regolano il traffico vescicolare. Si attivano legandosi a GTP e sono specifiche per diverse vie di trasporto, come nel caso di Rab5 che si trova sugli endosomi precoci e diventa Rab7 nei lisosomi.
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