Appunti di citologia: macromolecole, tutti gli organelli cellulari e le loro funzioni

6 AGGIUNTA E RIELABORAZIONE DI OLIGOSACCARIDI (GLICOSILAZIONE)

7 CONTROLLO DI QUALITÀ

8 OPPORTUNI TAGLI PROTEOLITICI E ASSEMBLAGGIO DI PROTEINE MULTIMERICHE

Apparato di Golgi

Le proteine e i lipidi vengono veicolati in vescicole all’apparato di Golgi. Questo

organello è costituito da una serie di cisterne appiattite e impilate le une sulle altre.

Il movimento delle molecole nelle cisterne ha una polarità: vanno dalle cisterne più

vicine al reticolo endoplasmatico, denominate cis, a quelle più vicine alla membrana

plasmatica , denominate trans, passando per cisterne intermedie, denominate

mediane. Sono anche presenti due regioni addizionali, da ambedue i lati del

complesso, denominate cis Golgi network, quella che si forma per fusione delle

vescicole che vengono dal reticolo, e trans Golgi network, quella da cui partono le

vescicole per i lisosomi o per la membrana plasmatica. L’apparato di Golgi deve il

suo nome a Camillo Golgi che per primo, utilizzando una colorazione,

l’impregnazione argentica, lo descrisse al microscopio ottico come un organello a

forma reticolare nelle cellule nervose.

Glicosilazione nell’apparato di Golgi

In ognuna delle cisterne sono presenti particolari enzimi, che permettono la

sequenzialità maturativa delle proteine. In particolare, cisterne cis, mediane e trans

hanno enzimi specifici per la glicosilazione che assicurano che le catene

oligosaccaridi vengano maturate.

Ciò che accade alla catena oligosaccaridica è la rimozione di tre mannosi a opera

della mannosidasi I, poi quando la catena ha solo 5 mannosi, viene trasferita su uno

dei rami una N-acetilglucosammina. Questo è il segnale perché la catena, giunta

nelle cisterne mediane, subisca la rimozione di altri due mannosi e il successivo

trasferimento di due N-acetilglucosammina sui mannosi liberi. Nelle cisterne trans

alle tre N-acetilglucosammina verranno legati tre galattosi e a questi tre acidi sialici.

Viene così formata la catena oligosaccaridica complessa. Se i mannosi non vengono

rimossi o solo parzialmente rimossi si formerà la catena ad alto mannosio. Se invece

N-acetilglucosammina viene legata solo a un mannosio, un ramo rimarrà con soli

mannosi e un ramo subirà tutte le trasformazioni si formerà una catena

oligosaccaridica di tipo ibrido. La differenza dipende da come le proteine arrivano

ripiegate e quale parte viene esposta.

Nell’apparto di Golgi le proteine possono andare in contro a glicosilazione di tipo O

che consiste nel legame covalente di carboidrati al gruppo idrossilico della serina e

della prolina. Le catene oligosaccaridiche che ne derivano sono, in genere, molto più

corte di quelle di tipo N. Sia la glicosilazione di tipo N che di tipo O avviene nel lume

delle cisterne. Le glicoproteine possono avere le catene oligosaccaridi che di tipo sia

N che O.

La modalità con la quale le proteine e i lipidi proseguono il loro cammino dopo il cis

Golgi network è in dibattito: esistono due teorie.

1- Proteine e lipidi si muovono dall’una all’altra cisterna sempre veicolati da

vescicole

2- Sono le cisterne a maturare trasformandosi nella cisterna successiva. In

questo caso l’individualità delle cisterne sarebbe mantenuta da vescicole che

con andamento retrgrado trasportano indietro enzimi che appartengono alle

cisterne precedenti. Questa è la più favorita.

I GRUPPI SANGUIGNI: UN ESEMPIO DI GLICOSILAZIONE REALIZZATA NELL’APPARATO

DI GOLGI: L’enzima fucosiltransferasi aggiunge un fucosio ad un precursore prodotto

ad opera di altri enzimi con formazione dell’ANTIGENE H (gruppo sanguigno 0).



Riassumendo il ruolo strutturale degli oligosaccaridi:

- Proteggono il polipeptide dall’azione delle proteasi

- Favoriscono il corretto ripiegamento della proteina

- Mediano l’interazione proteina-proteina

Ruolo biologico degli oligosaccaridi:

- sono ligandi specifici di recettori esogeni e mediano l’interazione con batteri,

virus e parassiti.

- sono ligandi specifici di recettori endogeni e mediano interazione cellula-

cellula, interazioni cellula-matrice, traffico intracellulare (enzimi lisosomiali).

Traffico vescicolare

La formazione delle vescicole è basata su un meccanismo che permette alla

membrana i introflettersi per generare una vescicola che poi, dopo essersi

distaccata, può essere trasportata fino ad arrivare in contatto con un’altra

membrana e fondersi. Il movimento delle vescicole avviene grazie all’intervento del

citoscheletro e di proteine motrici.

Si definisce gemmazione la produzione di una vescicola che si distacca da una

membrana: estremamente comuni sono i fenomeni di gemmazione, a partire dal

reticolo endoplasmatico e dall’apparato di Golgi, che formano le vescicole destinate

al trasporto del materiale sintetizzato nel RE e al suo smistamento verso altri

distretti. Le gemmazione è frequente anche sulla membrana plasmatica. La maggior

parte dei fenomeni di formazione di vescicole utilizza gli stessi tipi di meccanismi.

Inizialmente si forma una fossetta di invaginazione caratterizzata da un aspetto

ispessito del lato citoplasmatico della membrana, dovuto all’assemblaggio di un

complesso rivestimento proteico; queste fossette si definiscono perciò fossette

rivestire. In seguito le fossette diventano sempre più profonde, mantenendo sempre

il rivestimento geometrico regolare, fino a distaccarsi per formare vescicole

rivestite. Vanno a costituire il rivestimento delle vescicole tre famiglie di proteine:

- Clatrina: riveste le vescicole che vanno dal trans Golgi network ai lisosomi e

quelle di endocitosi. La clatrina forma un esamero, costituito da tre catene

pesanti e tre catene leggere, unite insieme a formare una struttura regolare

simile a una svastica a tre braccia detta triscele. I trisceli si uniscono in una

struttura convessa a forma di canestro, formando esagoni e pentagoni

alternati.

Il meccanismo che avvia la formazione del rivestimento di clastrina è

innescato dal legame del recettore di membrana con la molecola da

trasportare: il legame induce nel recettore un cambiamento di conformazione

che lo rende in grado di interagire con la clatrina grazie a proteine

intermediarie, dette adaptine. Il legame tra il recettore e il carico, oltre ad

attivare il legame con adaptine e clatrina, determina spesso un fenomeno

detto reclutamento dei recettori: i recettori attivati diffondono lateralmente

per concentrarsi un un’area della membrana dove si formerà la fossetta

rivestita.

La formazione del rivestimento e il suo disassemblaggio richiedono

l’intervento di GTPasi di reclutamento come Sar1 nelle vescicole COP II e ARF

nelle vescicole COP I ed in quelle rivestite di clatrina.

Nel distacco della vescicola rivestita della membrana interviene un’ulteriore

proteina detta dinamina. Numerose subunità di dinamina formano un

avvolgimento a spirale attorno alla base della vescicola e, con l’intervento di

altre proteine, ne determinano un restringimento creando un collo e infine il

distacco della vescicola.

Dopo il distacco della vescicola e la perdita del rivestimento, l’acidificazione

dell’endosoma determina il distacco del carico dai recettori. I recettori scarichi

in molti casi diffondono lateralmente nella membrana dell’endosoma per

concentrarsi in una zona formando una vescicola che torna a fondersi con la

membrana plasmatica allo scopo di riciclare i recettori stessi.

Dopo il distacco dalla membrana di origine, le vescicole neoformate, devono

essere smistate al corretto compartimento cellulare in base al loro contenuto.

Numerosi studi hanno evidenziato il ruolo di una famiglia di proteine dette

SNARE. Queste forniscono specificità nell’indirizzamento e contribuiscono

anche la fusione della vescicola con la membrana.

Esistono numerose e diverse SNARE in serie di coppie complementari: vSANRE

(vescicola) e tSNARE (target, o bersaglio). È probabile che la presenza di una

particolare vSNARE dipenda dalle caratteristiche del recettore del carico: il

recettore garantisce il corretto contenuto della vescicola e anche controlla

tramite la SNARE l’indirizzamento della vescicola.

Riassumendo:

-il legame del recettore al carico avvia la formazione del rivestimento di

clatrina e la formazione della vescicola.

-le caratteristiche del recettore determinano il collegamento alla vescicola di

una specifica vSNARE.

-il rivestimento di clatrina si disassembla lasciando la vescicola nuda ma

sempre dotata della sua vSNARE.

-la vSNARE riconosce la sua complementare tSNARE e determina l’attacco

della vescicola alla membrana bersaglio.

-le SNARE con il contributo di altre proteine, mediano la fusione della

vescicola con la membrana e infine si liberano per un nuovo ciclo di eventi.

Fusione delle membrana: dopo il riconoscimento tra vSNARE e tSNARE si

verifica l’attracco della vescicola al bersaglio grazie a queste proteine che si

avvolgono reciprocamente per formare un fascio di quattro eliche (vSNARE

costituita da quattro eliche, tSNARE da tre). Questo fascio si spira lizza

contribuendo anche all’avvicinamento forzato delle due membrane ai fini

della fusione. È possibile che lo stretto avvolgimento delle SNARE contribuisca

meccanicamente a spingere l’acqua fuori dall’interfaccio tra le membrane.

- COPII: riveste le vescicole che dal RE vanno al Golgi.

- COPI: riveste quelle che riportano le vescicole dal trans Golgi verso le cisterne

precedenti o verso il RE.

Traffico vescicolare tra il reticolo endoplasmatico e il Golgi

Oltre alla direzione anterograda del traffico vescicolare tra il RER e il Golgi e tra le

diverse cisterne del Golgi, esiste un flusso retrogrado, secondo il quale le vescicole

trasportano il contenuto a ritroso tra le cisterne fino al rientro nel RE. Infatti, la

composizione del RE è mantenuta costante, e questo è possibile sia impedendo che

alcune proteine si trasferiscano all’apparato d Golgi, sia recuperando proteine che,

raggiunto l’apparato di Golgi e avendo subito le opportune maturazioni, vengano

riportate al RE tramite vescicole. Mentre non è chiaro quali segnali trattengano le

proteine nel RE.

Con quale indirizzo le proteine del RE migrate nel Golgi ritornano con le vescicole

retrograde nel RE? Le proteine residenti nel RE restano in questo compartimento,

ma se erroneamente passano nel Golgi, possono tornare al RE grazie alle COP I e alle

sequenze KDEL (lys-asp-glu-leu) al C-terminale di alcune proteine solubili e KKXX

(lys-lys-x-x) al C-terminale di alcune proteine transmembrana.

Per quanto riguarda le proteine destinate a rimanere nel Golgi è possibile che

esistano sequenze segnale specifiche, ma è anche probabile che n ruolo importante

sia esercitato dal legame delle proteine ad aree particolari della membrana,