Ciclo cellulare, divisione cellulare e compatimenti intracellulari

RETICOLO ENDOPLASMATICO RUGOSO (RER)

Si distingue per l'aspetto granulare delle sue superfici, dovute alla presenza di ribosomi. Il RER ha una struttura formata da tubuli e sacchi appiattiti interconnessi tra loro che prendono la forma di cisterne. Il RER, inoltre, è strettamente associato con il nucleo cellulare e presenta delle zone di continuità con la membrana nucleare esterna.

Anche il RER ha delle funzioni specifiche, tra le quali troviamo:

• Fase iniziale della glicosilazione delle proteine.
• Assunzione della corretta conformazione da parte delle proteine.
• Assemblaggio delle proteine multimeriche.
• Biosintesi di catene polipeptidiche che vengono smistate a vescicole di secrezione, lisosomi e membrana plasmatica.

Sulla superficie delle cisterne ci sono dei canali di membrana, definiti trasloconi, i quali possono fungere da sito di ancoraggio per i ribosomi. Le proteine che passano attraverso il RER presentano una sequenza segnale all'estremità N-terminale.

Essa viene riconosciuta da recettori associati al traslocone, permettendo alla proteina di entrare nella cisterna o di essere sintetizzata dal ribosoma nello spazio interno, oppure di venire incorporata nella membrana del reticolo. A questo punto avvengono i processi di maturazione delle proteine. La sequenza segnale della proteina appena formata viene rimossa tramite l'enzima peptidasi che troviamo nel lume del reticolo. Le proteine dovranno subire complessi processi di ripiegamento mediato dalle chaperonine, che garantiscono il corretto folding (ripiegamento) formando interazioni tra le parti idrofobiche della proteina e tramite la formazione di ponti di solfuro tra i residui di cisteina nella catena di aminoacidi. Inoltre, all'interno del RER avvengono anche le prime fasi della glicosilazione delle proteine, ovvero l'aggiunta di catene oligosaccaridiche per la formazione di glicoproteine. Alla fine di questi processi le proteine dal RER vengono indirizzate tramite apposite

vescicole verso l'apparato di Golgi, dove avverranno ulteriori modifiche e dove verranno poi smistate verso le loro destinazioni finali. I primi tre di questi processi sono soggetti anche ad un controllo di qualità. Lo smistamento intracellulare delle proteine avviene sin dal momento della loro sintesi da parte dei ribosomi e può avvenire secondo due vie: - Importazione post-traduzionale (proteina assemblata dai ribosomi liberi del citosol, destinata a un compartimento nel nucleo [pori], nel mitocondrio, nel cloroplasto o nel perossisoma) - Importazione co-traduzionale, che avviene in contemporanea al processo di traduzione e riguarda un'altra categoria di proteine, cioè quelle che devono essere inserite nel lume del RE, quindi solubili e le proteine integrali di membrana, che passano dopo la traduzione nel complesso di Golgi. In questo caso, il tipo di mRNA da tradurre, determina l'aggancio del ribosoma alla membrana del RE. La traduzione di questa

La proteina fa sì che essa venga rilasciata, passi nell'apparato di Golgi e finisca in vescicole di secrezione, in lisosomi o nella membrana plasmatica. Questo processo è chiamato IMPORTAZIONE CO-TRADUZIONALE.

Avviene in maniera diversa a seconda che si abbiano proteine rilasciate nel lume del RER o proteine inserite nella membrana del RER.

1. Proteine del lume: avviene l'aggancio di un ribosoma che sta traducendo un mRNA in una proteina destinata al RER. L'mRNA di questo tipo viene riconosciuto tramite una sequenza segnale di 15-30 aa, all'estremità N-terminale della proteina.

Il riconoscimento avviene tramite SRP, una proteina (signal recognition particel), che è formata da 6 polipeptidi e da RNA7s. La SRP si lega alla sequenza segnale per il RE e blocca la traduzione. La SRP si lega al suo recettore, legato a sua volta a una proteina del poro idrofilico e a un recettore del ribosoma. GTP si lega al recettore per la SRP e il polipeptide in sintesi entra nel poro. L'insieme

di questi tre complessi forma una struttura definita traslocone. L'idrolisi del GTP permette il rilascio dell'SRP che viene "riciclata". Il polipeptide si allunga, la traduzione è sbloccata e trasloca nel lume del RER. La sintesi del polipeptide è completata e la sequenza-segnale viene tagliata dalla peptidasi, provocando il suo rilascio dalla membrana. La conformazione di questa proteina non è casuale, ma esiste una famiglia di proteine, le chaperon, altamente conservate tra eucarioti e procarioti, in cui i componenti in genere condividono la capacità di:

1. idrolizzare ATP
2. riconoscere una breve sequenza di aa idrofobici sulla proteina da ripiegare (triptofano, fenilalanina, leucina).

Le chaperon possono distinguersi in:

• Chaperon molecolari (hsp70 nel citosol e matrice mitocondriale, Bip nel RE)
• Chaperonine (hsp60 che forma una struttura multimerica a baule, chiamato TCip nella matrice mitocondriale, con 8 subunità, e GroEL nei

batteri con 14 subunità; TRIC, sempre multimerico, nel citosol).
Gli chaperon, quindi, sono proteine, o meglio complessi proteici, in grado di riconoscere e legare proteine neosintetizzate nella cellula, interagendo con esse per permettere l'assunzione della corretta conformazione finale.
Il lume del RER contiene:
- chaperon per il ripiegamento proteico corretto
- disolfuro isomerasi per la formazione e rottura di ponti disolfuro tra i residui di cisteina delle proteine.
È necessario che si instaurino una serie di legami covalenti (disolfuro, solo nel lume del RE) e legami non covalenti perché la proteina raggiunga la sua conformazione. Una proteina si ripiega attraverso una fase intermedia detta "globulo fuso". Gli chaperon possono aiutare nel raggiungimento della conformazione. Una proteina che non raggiunge la sua corretta conformazione viene eliminata. Questo significa che ritorna nel citosol, dove viene ubiquinata per l'indirizzamento aiproteasomi.
Ubiquitina: piccola proteina di 76 aa che marca le proteine da degradare. Certe catene di ub vengono legate ai residui di lisina della proteina da degradare. Questa marcatura indirizza la proteina verso i proteasomi.
Proteasoma: struttura "a barile" fatta da diverse subunità chiuse da ambo i lati dalle subunità cappuccio, al livello delle quali sono riconosciute le ubiquitine. Tramite questo riconoscimento, la proteina da degradare entra nel barilotto, mentre le ubiquitine vengono riciclate. Nel barile, a livello della subunità β viene degradata la proteina, cioè disassemblate. I frammenti peptidici o amminoacidici ottenuti possono essere riciclati. Tutto questo processo avviene con utilizzo di ATP.
2. Proteine inserite nella membrana del RER. Anche in questo caso, la struttura del traslocone è presente. Sono sempre presenti sequenze segnale all'estremità N-terminale, che permette la traslocazione nel lume del RER.

Queste proteine che devono restare inserite nella membrana, esiste più a valle della sequenza segnale, una sequenza di stop del trasferimento. La traduzione continua, ma la parte terminale della proteina rimane nella parte citosolica della membrana. La peptidasi del segnale taglia la porzione iniziale della proteina rilasciando l'estremità N-terminale, diventando una proteina integrale di membrana con N-terminale nel lume del RER e C-terminale nel citosol. Esiste anche l'inverso (C-terminale nel lume e N-terminale nel citosol), in questo caso la sequenza di trasferimento non è iniziale è, ma interna alla sequenza di traduzione. Una volta assunta una data posizione, con oligosaccaridi che sporgono nel lume del sistema membranoso, la proteina la mantiene. L'aggancio di gruppi glucidici sulla proteina avviene a livello di superfici amminoacidici mediante legami di due tipi: - N-glicosidici [asparagina] - O-glicosidici [serina, treonina, idrossilisina]

La N-glicosilazione comincia sempre nel RER per terminare nell'apparato di Golgi. Si parte da un lipide dimembrana (dolicolo fosfato), che ha un gruppo P a cui si aggancia un altro gruppo P e qui inizia l'aggancio, grazie a enzimi citosolici, dei glucidi (mannosio e n-acetil-glucosamine). Dopo il trasferimento della struttura glucidica nel lume del RE; questa si stacca dal dolicolo e viene trasferita alla proteina da glicosilare. Poi, nell'apparato di Golgi, la struttura glucidica può essere modificata per ogni amminoacido.

L'APPARATO DI GOLGI

Dal nome di Camillo Golgi, l'istologo che scoprì e studiò questo sistema di cisterne appiattite esterno al RE.

L'apparato di Golgi è un organello fondamentale, perché una delle principali attività svolte nella cellula eucariotica è sicuramente l'attività di sintesi proteica e questo organulo è assolutamente necessario in questo processo.

Nella produzione di una proteina ci sono diverse fasi che portano alla maturazione di questa nella sua forma più completa e funzionale. L'apparato di Golgi è necessario in questo processo. Qui le proteine neosintetizzate giungono in vescicole dal reticolo endoplasmatico e si rielaborano e si smistano ai diversi compartimenti cellulari o alla membrana plasmatica. L'apparato di Golgi è un vero e proprio centro di smistamento, che allo stesso tempo permette i processi maturativi delle proteine, occupandosi quindi delle modificazioni post-traduzionali. I compartimenti di questa struttura sono differenziati funzionalmente, permettendo di destinare le proteine a differenti localizzazioni intra ed extracellulari. Questo complesso è localizzato a ridosso dell'involucro nucleare, infatti, funzionalmente è come se prendesse materiale dal RER per operare modificazioni su di esso. Si può descrivere come l'insieme di 4, 5 o 6 cisterne appiattite.

che hanno le propaggini esterne circondate da vari tipi di vescicole, dette di transizione; tipi dipendenti dal versante dell'apparato che si considera, infatti, l'insieme di cisterne ha un verso, indicato con TGN e CGN nelle immagini. Si distingue una faccia prossimale, rivolta verso il RER, chiamata anche faccia cis, che è il versante di entrata del materiale e una distale, o faccia trans, di maturazione e uscita del materiale. Questa si rivolge verso la superficie della cellula. Quelle che si pongono tra i due versanti sono dette cisterne mediane, in cui il materiale può essere variamente modificato.

Il materiale rilasciato dall'apparato di Golgi può andare a costituire il set di enzimi dei lisosomi o essere secreto dalla cellula o costituire proteine recettoriali sulla membrana cellulare.

Al TEM è colorabile, tramite immunoistochimica, nel seguente modo:

• CGN: anticorpi anti-mannossidasi I
• mediane: anticorpi anti-mannossidasi II
• TGN: anticorpi

anti-nucleotide difosfatasi. Tramite eventi di gemmazione ed endocitosi, le vescicole