Funzioni e dinamica delle proteine intracellulari

MODIFICAZIONI POST-TRADUZIONALI NELLA VIA SECRETORIA

• Formazione di ponti disolfuro (solo nell'ER)
• Ripiegamento assistito da chaperoni (solo nell'ER)
• Assemblaggio delle subunità di proteine oligomeriche (solo nell'ER)
• Addizione e rimaneggiamento di carboidrati (= glicosilazione)
• Maturazione proteolitica mediante proteolisi limitata (rimozione delle sequenze segnale nell'ER e delle prosequenze nelle vescicole secretorie)

Tutto il resto avviene nel golgi, che completa come prima cosa la glicosilazione in N. Il secondo ruolo del golgi è la glicosilazione in O. O-glicosilazione e proteoglicani. Questa tipologia di glicosilazione è importantissima per quelle proteine legate ai glicosamminoglicani. Abbiamo anche qua glicosil transferasi che trasferiscono la catena zuccherina a livello del golgi. Gli zuccheri possono essere anche legati in O alle proteine (su Ser e Thr). La O-glicosilazione delle mucine e delle proteine dei

proteoglicani e catalizzata daglicosil transferasi a partire da zuccheri nel lume del Golgi.I glicosamminoglicani sono degli eteropolisaccaridi, molto lunghi e lineari conelevato peso molecolare e presentano un unità ripetitiva costituita da due unità,quindi un unità disaccaridica ripetitiva. Una di solito è la N-acetilglucosammina oN-acetil galattosamina, l'altra è uno zucchero uronico (come l'acido glucuronico oacido uronico). Questi possiedono dei gruppi carbossilici. Possono essere solfatatie quindi hanno un elevata densità di carica negativa che le rende moltoidrosolubili. Possono esistere così od essere legate a proteine a dare iproteoglicani. La distensione delle mucine (proteoglicani) avviene grazie allecariche negative dei glicosamminoglicani che si respingono.Le mucine per essere secrete sono contenute in vescicole ricche di calcio chefanno si che siano impacchettate, e una volta rilasciate si distendono grazie

allarimozione del calcio e all’effetto del respingimento delle cariche negative. Nel caso della fibrosi cistica questo non accade e si produce muco denso. I GAGs formano dei gel idratati che occupano molto spazio e nel golgi avviene la loro solfatazione. L’aggiunta di gruppi SO4 2- aumenta le cariche negative e il donatore di solfati è la 3’-fosfoadenosina-5’-fosfosolfato (PAPS). I GAGs sono molecole di grandi dimensioni sia come tali, ancora di più quando associate a proteine e la loro funzione può essere svolta quando vengono allungate e idratate. L’acido ialuronico è un esempio, polimero di n-acetilglucosammina e acido glucuronico. Es. Keratan solfato, nelle unghie nei capelli oppure l’eparina che ha un effetto anticoagulante ma fa parte di questa categoria. I proteoglicani sono costituiti da GAGs legati covalentemente a un core proteico, molto spesso è presente un tetrasaccaride linker tra proteina e componente glucidica per fare.da braccio flessibile.

A cosa serve la glicosilazione?

• La N-glicosilazione promuove il folding corretto e rende le proteine più solubili. Permette il controllo del folding nel reticolo.
• Rende le proteine più resistenti all'attacco proteolitico, le rende più resistenti alle proteasi allungandone l'emivita.

Le mucine proteggono polmoni e intestino dai patogeni. Il riconoscimento da parte delle lectine è importante nei processi di sviluppo e riconoscimento cellula-cellula. Hanno un ruolo quindi di riconoscimento cellula-cellula. Gli oligosaccaridi più complessi forniscono una grande variabilità nella proteina, favorendone il riconoscimento.

Proteine che possiedono componente glucidica:

• Le selectine sono EGF-like domain glicoproteine che mediano le interazioni cellula-cellula nel torrente circolatorio. Il loro ruolo è il controllo del traffico dei globuli bianchi e il loro attacco alle cellule endoteliali e il rolling.

1. undominio di lectina che si lega all'oligosaccaride di un'altra proteina. Richiedono Ca2+ per la loro funzione adesiva.
2. Alcune glicoproteine di adesione appartengono alla superfamiglia delle immunoglobuline. Tra di esse le ICAM dell'endotelio che legano i globuli bianchi e le NCAM dei neuroni che inibiscono l'adesione cellulare (perché ricche di acido sialico).
3. Macromolecole della matrice extracellulare. La matrice è prodotta dalle cellule della matrice ed è costituita da 3 diverse componenti:
   1. GAGS
   2. Proteine fibrose
   3. Glicoproteine non collagene
4. Glicoproteine della matrice extracellulare, come la fibronectina che è un dimero. Hanno un ruolo nell'adesione delle cellule ma anche nel movimento cellulare, sfruttato anche nella metastasi dei tumori.
5. Sintesi degli sfingolipidi. Sul Golgi vengono sintetizzati gli sfingolipidi (componenti del gradiente lipidico della via secretoria). Sono glicolipidi con sfingosina con molecola base che

sono danneggiati o non necessari. I lipidi sono importanti componenti delle membrane cellulari e svolgono molte funzioni vitali nel corpo umano.devono essere degradati. La sfingomielina sintasi (sul lato luminale del Golgi) catalizza la sintesi dell'asfingomielina. La maggior parte dei fosfolipidi di membrana è sintetizzata nel RE. Il fosfolipide principale è la fosfatidilcolina. La sintesi avviene solo nel foglietto citosolico della membrana del RE. (I passaggi non li chiede) Il trasporto attraverso il Golgi può avvenire per maturazione delle cisterne. Secondo l'ipotesi della maturazione delle cisterne, nuove cisterne cis si formano continuamente dai gruppi vescicolari tubulari e maturano diventando cisterne mediali e poi cisterne trans. Quindi vanno a rimpiazzare piano piano le cisterne della faccia trans, che poi si disgrega formando le vescicole. Quindi si tratta di un organello estremamente dinamico. Secondo il modello del trasporto vescicolare, le cisterne sono stabili e le proteine cargo sono trasportate da una cisterna alla successiva mediante vescicole. Si ottiene un flusso direzionale perché lemolecole sono impacchettate selettivamente in vescicole contenenti proteine adattatrici diverse. Oppure le vescicole potrebbero non essere direzionali e il flusso sarebbe mantenuto dall'ingresso in cis e dall'uscita in trans. Entrambi sono veri, validati da studi, che dimostrano come le proteine si spostano tra le cisterne validando l'ipotesi che le cisterne si muovano, però è stato confermato anche il fatto che le cisterne sono anche stabili almeno in parte. E' possibile che entrambi i modelli siano in parte veri: le cisterne avrebbero un nucleo centrale stabile e delle regioni laterali in maturazione. Un'altra possibilità è che la ripartizione delle proteine cargo nei domini lipidici privi di enzimi del Golgi residenti costituisca la modalità di selezione per export dal Golgi. La situazione però non è chiarissima. Le golgine, proteine della matrice ricche di regioni coiled-coil intervallate da regioni cerniera, formano una.

Foresta di tentacoli sulla superficie del Golgi etrattengono le vescicole vicino al Golgi durante il trasporto grazie all'interazione con Rab su di esse. Il taglio proteolitico delle golgine promuove la frammentazione del Golgi durante la divisione cellulare e l'apoptosi.

Sorting del trans-golgi

Le proteine escono da una regione chiamata TGN (Trans Golgi Network) e sono destinate a:

• Membrana plasmatica e esterno della cellula
• Sistema lisosomi/endosomi
• Superficie delle cellule polarizzate e organelli/granuli secretori

Trasporto dal trans Golgi ai lisosomi

Tutte le proteine che escono dal Golgi vengono smistate dal reticolo del trans Golgi. Lo smistamento ai lisosomi è ben conosciuto, è uno dei primi ad essere stato chiarito. C'è sempre una via di recupero.

I lisosomi contengono le idrolasi acide, che devono essere attivate mediante proteolisi e hanno il ruolo di degradare differenti macromolecole, proteine, lipidi ecc. distaccando vari gruppi chimici.

Le proteine di membrana dei lisosomi sono altamente glicosilate. Il pH acido è mantenuto da una H+ ATPasi vacuolare, anche questa deriva dal golgi e viene inserita nel lisosoma, assomiglia molto a quella del mitocondrio. Questo gradiente di pH fornisce l'energia per il trasporto di metaboliti. I lisosomi sono eterogenei dal punto di vista morfologico. Questa diversità riflette l'eterogeneità delle funzioni digestive e il modo in cui si formano. Gli endosomi tardivi si fondono con i lisosomi a dare gli endolisosomi che si fondono tra di loro. Completata la digestione del materiale interno ridiventano lisosomi con una dimensione più piccola. Le malattie lisosomiali causano un accumulo di materiale nei lisosomi che arrivano ad occupare gran parte della cellula. I vacuoli delle cellule vegetali e dei funghi sono lisosomi, occupano quasi tutta la cellula e hanno delle funzioni in più:

1. Deposito di nutrienti o di rifiuti
2. Compartimento degradativo
3. Sistema

per aumentare le dimensioni della cellula

Controllo della pressione di turgore

Controllo del pH

Nei lisosomi convergono vari flussi di molecole:

1. Gli enzimi digestivi arrivano dal RE via Golgi
2. Le sostanze da digerire arrivano da 4 vie diverse:
   1. Autofagia
   2. Endocitosi
   3. Macropinocitosi
   4. Fagocitosi

Le idrolasi lisosomiali vengono riconosciute dal recettore del mannosio-6-fosfato.

Le idrolasi arrivano in vescicole che gemmano dal TGN e che contengono anche proteine con altre destinazioni.

Nelle cellule animali le idrolasi sono riconosciute dalla presenza del mannosio-6-fosfato (M6P). L'M6P viene aggiunto nel cis Golgi a oligosaccaridi legati in N.I gruppi M6P sono riconosciuti da recettori proteici di M6P transmembrana nel TGN, quindi la regione da cui gemmano le vescicole. Questi recettori si legano agli enzimi lisosomiali sul lato del lume e a proteine adattatrici sul rivestimento.