Riassunto esame Biologia applicata, prof. Ceccarelli

EFFETTORI DI PROTEINE RAB

Proteine Rab regolano i loro rispettivi percorsi interagendo con varie proteine effettrici. Effettori

sono generalmente definiti come proteine che interagiscono preferenzialmente con la forma attiva

dei rispettivi Rab. Diversi effettori Rab agiscono durante la formazione di vescicole, movimento,

connessione, e la fusione, con ogni percorso con la propria serie unica di effettori.

A. Rab Proteine e Cargo Selezione / Formazione Vesicle

Una parte significativa del traffico di membrana intracellulare utilizza vescicole rivestite da proteine

di rivestimento COPI (media il traffico all’interno del Golgi e il traffico retrogrado dal Golgi al

RE), COPII (media il traffico dal RE al Golgi), o la varietà clatrina. Le proteine Rab hanno anche

dimostrato di partecipare a questo processo di riconoscimento di elementi specifici del carico da

trasportare.

Il miglior esempio di questo lo fornisce la Rab9, che regola il traffico di membrana tra endosomi

tardivi e la zona trans del Golgi (TGN). TIP47 è un effettore di Rab9 che interagisce con il dominio

citoplasmatico di recettori mannosio-6-fosfato. L'interazione di Rab9 con TIP47 migliora

l'interazione tra il recettore del mannosio-6-fosfato e TIP47 durante la formazione della vescicola di

trasporto.

B. Proteine Rab e movimento delle vescicole

Proteine Rab sono anche coinvolte nel movimento di organelli. Rab6 si localizza al Golgi e regola

principalmente il traffico retrogrado tra endosomi, Golgi, e RE. Rab6 interagisce direttamente con

Rabkinesin-6 (chinesina membro della famiglia 20A) per facilitare il trasporto all’interno del

Golgi.

C. Rabs e connessione delle vescicole alle membrane

Per assicurare la fedeltà dei trasporti, la maggior parte dei percorsi di trasporto di membrana

richiedono fattori che connettono le vescicole alla membrana bersaglio prima che si fondino.

Questi fattori di legame gli assicurano fedeltà nel trasporto poiché regolano fusione SNARE (la

fusione delle vescicole è realizzata dalle proteine SNARE che agganciano e trascinano la vescicola

verso la membrana a cui è destinata e poi aiutano la fusione dei doppi strati lipidici delle due

membrane).

Nella maggior parte dei casi, la connessione della vescicola alla membrana viene eseguita da

complessi multisubunità. Ci sono molti complessi noti:

- complessi TRAPP

I complessi TRAPP regolano il traffico in diverse parti del Golgi. I complessi TRAPP agiscono su

Rab1, permettendogli di interagire con effettori per coordinare il traffico di membrana. Nel lievito,

il complesso TRAPP I incide nel traffico dal RE al Golgi; mentre il complesso TRAPP II (che

contiene tutte le subunità TRAPP I e altre tre subunità) regola il traffico all’interno del Golgi.

- complesso COG

Il complesso COG comprende otto subunità e regola il traffico retrogrado nel Golgi nonché tra

endosomi e Golgi. COG è un effettore e agisce come fattore di connessione.

D. Rabs e fusione con la membrana

Le proteine Rab regolano anche la fusione SNARE-dipendente delle membrane di trasporto e di

destinazione. Rabs può o interagire direttamente con le proteine SNARE o con proteine che

regolano la funzione SNARE per eseguire questa funzione regolatrice.

Rab5, per esempio, si trova su endosomi precoci e svolge un ruolo fondamentale

nell’ottimizzazione del traffico endosomiale verso i lisosomi attraverso la funzione dei suoi

numerosi effettori.

Rabs e cancro

Diversi Rabs sono anche stati implicati nella progressione di tumori multipli in quanto il traffico di

membrana gioca un ruolo significativo nella biologia del cancro, principalmente nella perdita della

polarità cellulare e nella trasformazione metastatica delle cellule tumorali. Rab5 è un obiettivo

appropriato per il suo ruolo nella endocitosi mediata da recettori. Modulazione della funzione Rab5

può significativamente alterare la segnalazione da fattori di crescita per promuovere la tumori

genesi. Il miglior esempio di un caratterizzato Rab implicata nel cancro è Rab25, una Rab

strettamente legata alla Rab11 che regola l’endocitosi apicale e la transcitosi nelle cellule

epiteliali. La sovraespressione di Rab25 è associata a forme più aggressive di cancro associato e un

basso tasso di sopravvivenza dei pazienti. Rab25 non gioca un ruolo nello stato iniziale del tumore,

ma facilita la sua progressione permettendogli così di essere invasivo.

Rabs e malattie neurologiche

Recenti scoperte implicano Rabs in diverse patologie neurologiche. I neuroni possono essere più

sensibili alle perturbazioni nel traffico di membrana a causa della loro struttura

polarizzata. Funzioni specialistiche di Rabs sono di fondamentale importanza per la funzione

sinaptica (Rab3), la crescita dei neuriti, e lo sviluppo del sistema nervoso generale (Rab23). Alcune

patologie derivanti dal malfunzionamento di queste proteine sono: il Morbo di Parkinson, la

malattia di Huntington e la sindrome di Carpenter, una malattia autosomica recessiva con sintomi

che comprendono anomalie del cranio, brachidattilia (brevità delle dita delle mani e dei piedi),

l'obesità, cardiopatie congenite e ritardo mentale.

PROTEINE RAN

Introduzione proteina Ran

RAN (proteina nucleare RAS-correlata), nota anche come-GTP binding nuclear protein. Ran è una

proteina che nell'uomo è codificata dal gene RAN. Ran è una piccola proteina di 25 kDa che è

coinvolto nel trasporto in e fuori dal nucleo cellulare durante interfase e anche coinvolto nella

mitosi. Si tratta di un membro della superfamiglia Ras.

Ran è una piccola proteina G che è essenziale per la traslocazione di RNA e proteine attraverso il

complesso del poro nucleare. La proteina Ran è anche coinvolto nel controllo della sintesi del DNA

e la progressione del ciclo cellulare. La localizzazione nucleare di Ran richiede la presenza del

regolatore di condensazione cromosomica 1 (RCC1). Mutazioni in Ran interrompono la sintesi del

DNA. Per le sue molteplici funzioni, è probabile che Ran interagisce con diverse altre proteine.

Ciclo Ran

Ran esiste nella cellula in due forme nucleotide-bound: GDP-bound e GTP-bound. RanGDP viene

convertito in RanGTP attraverso l'azione di RCC1, il fattore di scambio nucleotidico per Ran.

RCC1 è anche conosciuto come RanGEF (Ran nucleotide guanina scambio Factor). L'attività

intrinseca GTPasi di Ran viene attivata attraverso l'interazione con Ran GTPase che attiva la

proteina (RanGAP), facilitata dalla formazione di complessi con Ran-binding protein (RanBP).

GTPasi attivazione porta alla conversione di RanGTP a RanGDP, chiudendo così il ciclo Ran.

Ran può diffondersi liberamente all'interno della cellula , ma perché RCC1 e RanGAP sono situati

in luoghi diversi nella cellula , la concentrazione di RanGTP e RanGDP differisce pure localmente,

creando gradienti di concentrazione che agiscono come segnali di altri processi cellulari . RCC1 è

destinata a cromatina e quindi si trova all'interno del nucleo . RanGAP è citoplasmatico nel lievito e

legato alla membrana nucleare in piante e animali . Nelle cellule di mammifero , è SUMO

modificato e attaccato al lato citoplasmatico del complesso del poro nucleare mediante l'interazione

con la nucleoporina RANBP2 ( Nup358 ) . Questa differenza di posizione delle proteine accessorie

nel ciclo Ran porta ad un elevato rapporto tra RanGTP e RanGDP all'interno del nucleo e un basso

rapporto tra RanGTP e RanGDP fuori del nucleo . Oltre ad un gradiente di nucleotide vincolato allo

stato di Ran , vi è un gradiente di proteina stessa , con una maggiore concentrazione di Ran nel

nucleo che nel citoplasma . La RanGDP citoplasmatica viene importata nel nucleo dalla piccola

proteina NTF2 ( Nuclear Transport Factor 2 ) , dove RCC1 può catalizzare lo scambio di PIL per il

GTP su Ran .

La piccola GTPasi Ran ha funzioni nella duplicazione del centrosoma ,

nella dinamica dei microtubuli , nelll'allineamento dei cromosomi ,

nell'attaccamento con i cinetocori dei microtubuli , e nella

dinamica membrana nucleare, in aggiunta ai suoi ruoli caratteristici nel

trasporto nucleo-citoplasmatico.

Ran è stato identificato come un cofattore essenziale per l'importazione nucleare

di segnale di localizzazione nucleare ( NLS ) contenenti proteine

che interagiscono con i fattori di trasporto della superfamiglia delle importina

note anche come le carioperine (240) .

Le proteine associate alle importine, contenenti NLS legano

direttamente la proteina Ran GTP -bound nel nucleo , e questa

interazione stimola il rilascio della proteina NLS contenuta

nel complesso importato. Il complesso Ran - GTP - importina #

torna al citoplasma , e l'importina è smontata

da Ran - GTP su Ran - GAP1 – attraverso l'idrolisi

di GTP a GDP . Ran- GDP libero viene poi importato

nel nucleo da un meccanismo che coinvolge il trasporto nucleare

fattore - 2 ( 390 , 453 ) , dove viene caricato con GTP dal

fattore Ran scambio nucleotide guanina RCC1 ( 46 ) . RCC1

è limitato al nucleo , mentre il Ran- GAP1 è concentrato

nel citoplasma . A causa di questa compartimentazione

dei regolatori Ran , la concentrazione della forma GTP -bound di

Ran è prevalentemente localizzata nel nucleo mentre l'

Forma GDP- bound è prevalentemente citoplasmatica e l'energia

fornito da GTP idrolisi nel citosol aziona i trasporti nucleari.

Trasporti nucleo-citoplasma. Il ciclo delle importine

Macromolecole, come l'RNA e le proteine vengono attivamente trasportate attraverso la membrana

nucleare

È infatti noto che proteine e molte delle strutture utilizzate nel nucleo non vengono sintetizzate in

loco ma vengono create nel citosol e importate all'interno. Basti pensare alla sintesi dei ribosomi, in

cui le proteine ribosomali create nel citosol vengono portate all'interno del nucleo, complessate con

rRNA e riesportate nuovamente. Come è possibile tutto questo se il poro è largo al massimo 9 nm?

Il trucco c'è ed è stato visto al microscopio elettronico.

Le molecole più grandi, sia per entrare che per uscire dal nucleo, hanno bisogno di particolari

recettori proteici, detti Recettori di Importazione Nucleare (o Importine), e Recettori di

Esportazione Nucleare (o Esportine), che indicano al poro di allargarsi ulteriormente (fino a 26 nm)

per permetterne il passaggio. Il meccanismo dipende inoltre dalla piccola GTPasi monomerica Ran.

Come tutte le proteine G, Ran è attiva quando legata a GTP, e inattiva quando legata a GDP. GAP

(GTPase Activator Protein) è l'enzima che "spegne" Ran, attivandone l'attività GTPasica; la stimola

cioè ad idrolizzare il GTP a GDP+Pi. GEF (Guanilic nucleotide Exchange Factor), al contrario,

stimola Ran a scambiare GDP con GTP (ATTENZIONE! GEF non è una chinasi, cioè n