Appunti di Biologia cellulare

GEMMAZIONE DI UNA VESCICOLA

Sulla membrana del compartimento di partenza si va ad assemblare il rivestimento grazie alle proteine adattatrici che legano i recettori da trasportare, selezionando quindi il carico.

La vescicola si stacca grazie a proteine (dinamina) che stringono il collo della vescicola fino a separarla dalla membrana. Questa proteina forma degli anelli attorno al colpo della vescicola fino al distacco. La dinamina è una proteina G, scoperta somministrando alla cellula GTPγS, analogo non idrolizzabile del GTP. La dinamina riesce a legare il GTPγS, ma non riesce a idrolizzarlo. La vescicola quindi non si staccherà.

Successivamente il rivestimento viene perso per esporre le proteine presenti sulla superficie della vescicola necessarie al trasporto lungo il citoscheletro e alla fusione con il compartimento bersaglio.

ASSEMBLAGGIO E PERDITA DEL RIVESTIMENTO

L'assemblaggio è regolato da GTPasi monomeriche. Una di queste è la proteina ARF.

ARF è una proteina che presenta una modificazione lipidica per ancorarsi alla membrana. Quando lega il GDP, ARF resta nel citosol mentre, quando lega il GTP, si ancorà alla membrana. Una volta attivato e ancorato alla membrana, ARF andrà a reclutare i trischeli di clatrina e le adattine per formare il rivestimento, la membrana si incurva e la vescicola si forma. Quando la vescicola si forma, ARF idrolizza il GTP stimolato dalla sua proteina GAP, non lega più la clatrina, non resta ancorato alla membrana e quindi il rivestimento viene perso. La centralità dell'idrolisi del GTP da parte di ARF per la perdita del rivestimento è stata dimostrata ricorrendo all'uso di GTPγS. Dato che ARF non riesce a idrolizzare il GTPγS, la vescicola non perde il rivestimento.

FOSFOINOSITIDI

Sono lipidi particolari derivati dal fosfatidil-inositolo. Il fosfatidil-inositolo viene fosforilato prima in posizione 3' e poi in 5', oppure prima il 4', poi in 3' e poi in 5'.

La fosforilazione inoltre è reversibile, con il risultato di avere diversi prodotti con tutte le combinazioni dei fosfati in posizioni 3', 4' e 5'. I fosfoinositidi non si trovano uniformemente in tutte le membrane ma ogni membrana ha un diverso fosfoinositide prevalente. Ad esempio il PI(4,5)P2 si trova nella membrana plasmatica, il PI3P nell'endosoma precoce, il PI(4)P nel Golgi ecc... Il fatto che le membrane hanno fosfoinositidi diversi gioca un ruolo nel traffico vescicolare. Per individuare i diversi fosfoinositidi si sono usate delle sonde proteiche che riconoscono i diversi fosfoinositidi. Le sonde proteiche sono formate da: - GFP: Green Fluorescence Protein, per individuare la localizzazione del fosfoinositide - Dominio che riconosce e lega uno specifico fosfoinositide. Il ruolo del fosfoinositide nel traffico vescicolare è legato ad ARF. Quando ARF lega il GTP e si ancora alla membrana va a interagire e ad attivare una chinasi, la PIP-5K, cheaggiungono specificità al legame tra la vescicola e il compartimento bersaglio. Le proteine Rab sono presenti sulla membrana della vescicola e sulla membrana del compartimento bersaglio e, una volta attivate, interagiscono con proteine effettore che mediano l'attracco e l'ancoraggio della vescicola al compartimento bersaglio. Una volta che la vescicola è attraccata al compartimento bersaglio, avviene la fusione delle membrane. Questo processo è mediato da proteine chiamate SNARE, che si trovano sia sulla membrana della vescicola che sulla membrana del compartimento bersaglio. Le proteine SNARE si legano tra loro formando un complesso che favorisce la fusione delle membrane e il rilascio del contenuto della vescicola nel compartimento bersaglio. Una volta che la fusione delle membrane è avvenuta, la vescicola si separa dal compartimento bersaglio e si libera nel citoplasma. Questo processo è mediato dalla GTPasi chiamata NSF, che idrolizza il GTP e permette il distacco delle proteine SNARE. In conclusione, il processo di trasporto vescicolare è regolato da una serie di proteine che coordinano l'attracco, la fusione e il distacco delle vescicole dai compartimenti bersaglio. Questo meccanismo è fondamentale per il corretto funzionamento delle cellule e per il trasporto di molecole e proteine all'interno della cellula.nell'aggancio e nell'ancoraggio delle vescicole alla membrana bersaglio. Le proteine SNARE si legano tra loro formando un complesso a tre eliche, noto come complesso SNARE, che favorisce la fusione delle membrane vescicolari con la membrana plasmatica. Le proteine Rab e le proteine SNARE sono fondamentali per il corretto funzionamento del trasporto vescicolare all'interno delle cellule. La loro regolazione e coordinazione permette il corretto indirizzamento delle vescicole verso il loro bersaglio e la loro fusione con la membrana plasmatica, consentendo così il trasferimento di molecole e sostanze tra compartimenti cellulari. In conclusione, le proteine Rab e le proteine SNARE svolgono un ruolo cruciale nel processo di trasporto vescicolare all'interno delle cellule, garantendo la corretta localizzazione e fusione delle vescicole con la membrana bersaglio.

interagire con i domini coiled coil dell'altra SNARE. L'interazione tra i domini coiled coil continua nel tempo per avvicinare la vescicola alla membrana bersaglio fino alla fusione. Dopo la fusione, la proteina Rab si stacca idrolizzando il GTP grazie alla stimolazione da parte della sua proteina GAP. Da uno stesso compartimento possono partire vescicole destinate a compartimenti diversi. Queste vescicole presentano diverse proteine Rab e diverse proteine SNARE. Inoltre, uno stesso compartimento accetta vescicole provenienti da compartimenti diversi e quindi ha proteine Rab e proteine SNARE diverse.

MODELLI PER IL TRASPORTO ATTRAVERSO IL GOLGI

MODELLO DEL TRAFFICO VESCICOLARE

Ci sono vescicole che vanno dal RE al reticolo del Golgi cis, che vanno da quest'ultimo alla cisterna cis e così via tra le cisterne mediali e poi altre vescicole che vanno dalle cisterne mediali al reticolo del Golgi trans. Contemporaneamente c'è anche un trasporto retrogrado.

DELLA PROGRESSIONE DELLE CISTERNE In questo modello le varie cisterne del Golgi non sono fisse ma sono ognuna la maturazione della precedente. Quindi il CGN diventa cisterna cis, che diventa poi cisterna mediale, che diventa poi cisterna trans, e così via. L'unico traffico vescicolare presente è il traffico retrogrado. Per confermare questo modello i ricercatori hanno usato un polimero di dimensioni elevate che può entrare nel Golgi ma che, a causa delle sue dimensioni, non può entrare in delle vescicole di trasporto. Nonostante ciò il polimero si sposta attraverso il Golgi. ENDOCITOSI Per endocitosi si intende l'internalizzazione di materiale dall'esterno all'interno della cellula tramite la formazione di vescicole o comunque compartimenti delimitati da membrana. L'endocitosi comprende: - PINOCITOSI: internalizzazione di molecole che entrano insieme a un fluido. Comprende: - Endocitosi mediata da clatrina - Endocitosi mediata da

caveolina

• Endocitosi non mediata né da clatrina né da caveolina
• Macropinocitosi: la membrana si estroflette formando pseudopodi per inglobare varie molecole
• FAGOCITOSI: internalizzazione di materiale particolato (cellule, pezzi di cellule, batteri). È caratterizzata da pseudopodi.

L'endocitosi è ulteriormente divisa in:

1. Endocitosi in FASE LIQUIDA: nella vescicola che si forma entra tutto quello che è presente nel fluido extracellulare, senza selezione del carico. L'internalizzazione di una determinata molecola è direttamente correlata alla sua concentrazione nel mezzo extracellulare (A).
2. Endocitosi MEDIATA DA RECETTORE: recettori ad alta affinità concentrano nella vescicola le molecole che legano, selezionando quindi il carico (B). In questo caso quindi l'internalizzazione è molto efficiente anche in presenza di basse concentrazioni delle molecole da internalizzare.

COMPARTIMENTI DELLA VIA ENDOCITICA

Endosomi precoci di smistamento: ai quali arriva tutto il materiale che proviene dalle vescicole che vengono dalla membrana plasmatica

Endosomi precoci di riciclo: dove vanno tutte le molecole che devono ritornare alla membrana plasmatica

Corpo multivescicolare: dove vanno tutte le molecole destinate alla degradazione

Endosomi tardivi: sono i compartimenti

Lisosomi degradativi

ENDOCITOSI MEDIATA DA RECETTORE E DA CLATRINA

Nonostante il processo sia sempre lo stesso, la natura del recettore internalizzato implica un processo diverso in termini di riciclo o degradazione del complesso recettore/ligando.

1. La transferrina si lega al ferro quando è presente un pH=7 e diventa ferrotransferrina.
2. La ferrotransferrina si lega poi al suo recettore e viene endocitata in una vescicola rivestita da clatrina.
3. Dopo la perdita del rivestimento, la vescicola si fonde con l'endosoma precoce di smistamento. Qui il pH ha un valore di 6/6,5, il ferro si stacca dalla transferrina e

viene trasportato nel citosol. La trasferrina resta legata invece al recettore.

Il complesso recettore/transferrina viene mandato con delle vescicole all'endosoma precoce di riciclo, dal quale vanno poi alla membrana. A questo punto la transferrina si stacca dal recettore perché incapace di restare legata a pH 7 se non ha il ferro legato.

In questo caso l'endocitosi si ferma all'endosoma precoce di smistamento perché il recettore e il ligando non si separano e non proseguono lungo la via endocitica.

Le LDL sono lipoproteine a bassa densità che legano il colesterolo e lo trasportano a tutte le cellule del corpo.

1. La cellula presenta il recettore LDL, che lega le LDL e le trasporta in cellula grazie a vescicole rivestite da clatrina.

2. Dopo la perdita del rivestimento, la vescicola si fonde con l'endosoma precoce di smistamento.

3. Qui il recettore si stacca dalla LDL e ritorna alla membrana plasmatica passando per l'endosoma precoce di riciclo.

ipercolesterolemia familiare e hanno scoperto che alcune di queste cellule presentavano una quantità normale di recettori per le LDL, ma non erano in grado di internalizzare correttamente il complesso recettore-LDL. Questo ha portato alla scoperta di un secondo difetto nella via endocitica delle LDL, che coinvolge il traffico intracellulare delle vescicole contenenti il complesso recettore-LDL. In particolare, è stato identificato un gene chiamato PCSK9 che codifica per una proteina coinvolta nella degradazione del recettore-LDL. Mutazioni in questo gene possono portare ad un aumento dei livelli di PCSK9 e quindi ad una diminuzione dei recettori per le LDL sulla superficie cellulare. Questo meccanismo contribuisce all'accumulo di colesterolo nel sangue e alla formazione di placche nelle arterie, caratteristiche dell'ipercolesterolemia familiare. La scoperta di questo secondo difetto ha aperto nuove prospettive per lo sviluppo di terapie mirate per l'ipercolesterolemia familiare, come ad esempio l'inibizione di PCSK9 per aumentare i livelli di recettori per le LDL sulla superficie cellulare.le, è possibile utilizzare il tag per evidenziare le parole "ipercolesterolemia familiare" e "LDL". Inoltre, è possibile utilizzare il tag per enfatizzare la parola "recettore". Ecco come potrebbe apparire il testo formattato: ipercolesterolemia familiare per poi notare che il legame delle LDL al recettore avveniva come nel caso delle cellule sane. Per distinguere questi due casi di cel