МедУнивер - MedUniver.com Все разделы сайта Видео по медицине Книги по медицине Форум консультаций врачей  
Рекомендуем:
Генетика:
Генетика
Аномалии хромосом
Биология клетки
Генетика врожденных пороков
Генетика рака - опухолей
Молекулярная генетика
Наследственные синдромы
Цитогенетика - исследование хромосом
Лечение наследственных болезней
Фармакогенетика
Форум
 

Механизм транспорта COPII окаймленными везикулами

COPII везикулы представляют собой единственный тип транспортных везикул, которые происходят из эндоплазматического ретикулума

• Для сборки COPII окаймляющих белков на экспортных сайтах в эндоплазматическом ретикулуме необходима ГТФаза и структурные белки

• Сигналы для экспорта мембранных белков эндоплазматического ретикулума обычно находятся в их цитоплазматическом участке

• После отшнуровывания COPII везикулы образуют кластеры, сливаются и мигрируют по микротрубочкам в цис-участок аппарата Гольджи

В ЭПР происходит синтез и структурирование секреторных и других белков, предназначенных для различных компартментов экзо- и эндоцитоза. Белок выходит из ЭПР после того, как сформировалась его нативная структура, а в случае белковых комплексов, состоящих из субъединиц, только после их окончательной сборки. Белки, предназначенные на экспорт, собираются на сайтах ЭПР, в которых образуются везикулы, транспортирующие вновь синтезированные белки в аппарат Гольджи.

(В секреторных клетках экспортные сайты ЭПР определяются как сайты, в которых происходит интенсивный процесс отшнуровывания везикул, которые называются «переходные элементы».)

Транспортные везикулы называются везикулы COPII (англ, coat protein — белок окаймления, СОР). Они представляют собой единственный путь везикулярного экспорта материалов из ЭПР. Компоненты COPII способствуют выпячиванию мембраны, необходимому для образования везикулы, и могут взаимодействовать специфически с некоторыми трансмембранными карго-белками для их отбора на экспорт. Основные закономерности образования везикул COPII такие же, как и для других окаймленных везикул.

Процесс образования везикулы COPII представлен на рисунке ниже. Образование везикулы начинается с последовательного отбора растворимых цитозольных компонентов COPII, Sar1p, Sec23/Sec24 и See13/31. Sar1p представляет собой небольшую ГТФазу, которая находится в цитозоле в неактивной, связанной с ГДФ форме. Она связывается с мембранами ЭПР, взаимодействуя с фактором обмена гуаниловых нуклеотидов, Sec12p (иначе называемый Sar-GEF), который представляет собой интегральный мембранный белок.
See12р активирует Sar1p, обменивая ГДФ на ГТФ.

Связывание Sar1p-ГТФ с мембраной активирует два структурных компонента белкового окаймления, гетеродимеры Sec23/Sec24 и Sec13/Sec31. По форме кристаллическая структура комплекса Sarlp-ГТФ-Sec23/24 напоминает галстук-бабочку и хорошо подходит к искривленной поверхности везикулы COPII. Поэтому полимеризацией этих комплексов с Sec13/31 можно объяснить деформацию и отпочковывание везикулы. Sec24 связывается с белком карго, заключенным в везикулу COPI. Наличие большого количества молекул карго, способных включиться в везикулу, можно объяснить присутствием множественных перекрывающихся сайтов связывания.

Транспорт окаймленными везикулами
Три основных типа покрытий, характерных для процесса везикулярного транспорта,
представляют собой COPI, COPII и клатриновое окаймление.

Sec23 связывается непосредственно с Sar1p и стимулирует гидролиз связанного ГТФ при образовании везикулы или сразу после этого. Поэтому Sec23 действует как белок, активирующий ГТФазу (GAP), раздевающий везикулу и высвобождающий субъединицы окаймляющих белков для следующих циклов образования новой везикулы.

Большинство белков карго включаются в везикулы COPII либо за счет неизбирательного потока, либо используя сигналы сортировки. По механизму неизбирательного потока включается большинство растворимых секреторных белков, которые синтезируются в секреторных клетках в больших количествах.

Сигналы на экспорт белков из ЭПР обычно представляют собой короткие последовательности аминокислот, расположенные в цитоплазматическом участке молекулы мембранных белков. Из всех сигналов сортировки белков сигналы экспорта из ЭПР охарактеризованы наименее полно. Одним из примеров является последовательность, состоящая преимущественно из дикарбоновых аминокислот, присутствующая, например, в VSV G белке — гликопротеине оболочки вируса везикулярного стоматита, который широко использовался в исследованиях по биогенезу плазматической мембраны.

Наличие экспортного дикарбонового сигнала увеличивает эффективность экспорта белков из ЭПР, поскольку он связывается с компонентом Sec24 окаймляющего комплекса COPII.

Экспорт мутантного VSV G белка, в котором этот сигнал отсутствует, происходит в 2-3 раза медленнее, чем экспорт белка дикого типа.

Другим примером сигнала экспорта из ЭПР служит трансмембранный белок ERGIC-53 (ER, Golgi, белок промежуточного компартмента, с мол. массой 53 кДа). Предполагается, что этот белок переносит растворимые гликопротеины из ЭПР в аппарат Гольджи. Цитоплазматический участок молекулы белка содержит сигнал, представленный двумя остатками фенилаланина, который взаимодействует с компонентом Sec23/24 комплекса COPII. Существование этого сигнала необходимо для того, чтобы ERGIC-53 мог выйти из ЭПР.

Растворимые белки карго также могут использовать сигналы экспорта, однако непосредственно с ними не связываются. Вместо этого они связываются с рецепторами, которые находятся на COPII везикулах. Такой сигнал содержат растворимые белки, которые переносятся ERGIC-53 от ЭПР в аппарат Гольджи. Домен ERGIC-53, расположенный со стороны люмена, связывается с этими белками через богатые маннозой олигосахариды, которые находятся в большинстве гликопротеинов, выходящих из ЭПР. Однако, поскольку ERGIC-53 не связывает все гликопротеиды с повышенным содержанием маннозы, сигнал содержит и другие компоненты.

У больных с дефицитом белка ERGIC-53 развивается повышенная кровоточивость, связанная с пониженным содержанием факторов свертывания крови V и VIII. Или ERGIC-53 способен лишь к ограниченному транспорту других белков, или иные белки каким-то образом компенсируют его отсутствие.

Модель сборки окаймления COPII
Модель, описывающая последовательность этапов сборки COPII везикул,
с участием белков окаймления и молекул карго (v-SNARE и рецептор карго).

Еще один пример растворимого белка, который экспортируется из ЭПР под действием сигнала, представляет собой а-фактор — гликопротеин, секретируемый дрожжами S. cerevisiae и обеспечивающий их конъюгацию. Недавно идентифицирован белковый рецептор, пронизывающий мембрану, который концентрирует а-фактор в везикулах COPII.

Другой путь включения белков карго в COPII везикулы состоит в использовании белка упаковки, который сам в везикулу не поступает. Например, в плазматической мембране дрожжей содержится пермеаза аминокислот. Новосинтезированные пермеазы транспортируются по экзоцитозному пути к клеточной поверхности. Включение этих пермеаз в COPII везикулы ЭПР требует присутствия упаковочного белка (Shr3p), хотя механизм его действия неизвестен. Так же как и экспортные сигналы, упаковочные белки, по-видимо-му, лишь увеличивают эффективность процессов экспорта из ЭПР, хотя сами по себе не являются для них абсолютно необходимыми.

Компоненты транспортного механизма, такие как белки SNARE, которые обеспечивают причаливание и слияние везикул с мембранами, должны также включаться в везикулы. Каким образом SNARE, которые являются интегральными мембранными белками, включаются в везикулы COPII? Два белка из группы SNARE, участвующие в транспортных процессах из ЭПР в аппарат Гольджи (Betlp и Bos1p), связываются с мембранными формами Sar1p и Sec23/24. Это приводит к активации белка Sec 13/31, что свидетельствует о том, что белки SNARE включаются в механизм на стадии образования везикулы.

Одно из предположений заключается в том, что при образовании везикулы SNARE играют роль затравки и таким образом гарантируют наличие сигналов адресования во всех образующихся везикулах СОРИ. Однако данные, подтверждающие это заманчивое предположение, отсутствуют.

После отшнуровывания от ЭПР везикула COPII мигрирует в аппарат Гольджи, где происходит слияние. Везикулы COPII формируют кластеры и, возможно, сливаются друг с другом в экспортных сайтах ЭПР (образование «везикулярно-тубулярных кластеров» (VTC). Когда везикулы COPII образуются на экспортных сайтах, удаленных от аппарата Гольджи, VTC могут перемещаться до места назначения вдоль микротрубочек. Таким образом, пространственное расположение (близость ЭПР к аппарату Гольджи) и транспорт вдоль микротрубочек сказываются на эффективности, с которой везикулы COPII находят свое окончательное местоположение.

У почкующихся дрожжей ЭПР не обладает отдельными экспортными сайтами, и везикулы COPII могут образовываться в любом месте ЭПР. В отличие от клеток млекопитающих цистерны аппарата Гольджи находятся в цитоплазме, в основном в виде отдельных дисков. Таким образом, в почкующихся дрожжах везикулы COPII могут просто выбирать кратчайшее расстояние между сайтом своего образования в ЭПР и первой ближайшей цистерной.

Белки карго COPII везикул
Белки карго включаются в образующиеся COPII-везикулы по разным механизмам.
Сигнал экспорта из эндоплазматического ретикулума (ЭПР)
Сигнал экспорта из ЭПР включает последовательности,
содержащие остатки дикарбоновых аминокислот или два остатка фенилаланина.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

- Также рекомендуем "Механизм возврата резидентных белков эндоплазматического ретикулума (ЭПР)"

Оглавление темы "Транспорт белка в клетке":
  1. Механизм везикулярного транспорта белков
  2. Сигнальный транспорт и неизбирательный поток белков
  3. Механизм транспорта COPII окаймленными везикулами
  4. Механизм возврата резидентных белков эндоплазматического ретикулума (ЭПР)
  5. Механизм ретроградного транспорта белков COPI везикулами
  6. Механизм транспорта белков через аппарат Гольджи
  7. Механизм удержания белков в аппарате Гольджи
  8. Функции Rab-белков и Rab-ГТФазы в адресовании белков
  9. Локализация и функции белков SNARE в транспорте белка
  10. Строение и функции клатриновых везикул в эндоцитозе
Медунивер Мы в Telegram Мы в YouTube Мы в VK Форум консультаций врачей Контакты, реклама
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.