Molecular biology of the cell
Vesiculair transport
Organellen met membranen wisselen
eiwitten en moleculen uit via vesicle. Een
vesicle is een blaasje die afsnoert van een
membraan, getransporteerd wordt en met
een ander membraan gefuseerd wordt. Het
is nodig zodat je moleculen kunt uitwisselen
zonder dat hun identiteit verandert.
Veel reacties vinden plaats op membranen, en
door veel membranen in de cel te gebruiken
vergroot je de oppervlakte.
Eiwitten worden geïmporteerd in ER en vergolgens
gaan ze naar het plasmamembraan: exocytose
Cellen kunnen stoffen opnemen: endocytose
Retrieval: is nodig om het membraantransport in
balans te houden. Zodat je ER niet op raakt en alle
membraancompartiment zijn grootte behoudt.
Vesicles zijn klein en worden omgeven door een
coat met eiwitten. Deze zorgen voor de
selectiviteit van het vesicle en het zorgt
ervoor dat mogelijk is om het membraan
te krommen. COP staat voor coating …
protein. Clathrine heeft belangrijke
functie bij maken van endocytose en bij
vorming van lysosomen. Verschillende
coats zitten op verschillende
membraancompartimenten zodat de
compartimenten vesciles kunnen
uitwisselen.
Een clathrine coat heeft twee lagen. De binnenste laag heeft adaptor eiwitten,
die binden via cargo receptoren aan cargo moleculen en daarnaast zijn ze ook
gebonden aan clathrine triskelion. Clathrine triskelion helpen bij de curvatuur
van het vesicle.
Fosfoinositol lipiden zijn erg belangrijk voor lokalisering van de vesicles. Deze
inosotol kan op verschillende plekken gefosforyleerd worden, wat iedere inositol
uniek maakt. Elk compartiment wordt gelabeld
met zijn eigen lipide.
Clathrine Adaptor AP2 detecteert twee dingen
tegelijk (coincidence detection). Hij heeft een
fosfoinositol nodig en er moeten cargo
receptoren aanwezig zijn. Door de interactie met
,fosfoinosotol wordt de gesloten AP2 geopend zodat de binding sites voor de cargo receptors
beschikbaar worden. Door binding aan cargo receptor kan hij aan clathrine binden.
Coat aantrekking heeft vaan monomere GTPases nodig.
(kleine GTPases). Inactief Sar1-GDP bindt aan Sar1-GEF in het ER membraan, waardoor GDP ingeruild
wordt voor GTP. Hierdoor vindt er een conformatieverandering plaats, wat een alfahelix blootstelt,
wat in het ER membraan gaat steken. GTP-gebonden Sar1 bindt aan een
complex van twee COPII adaptor coat eiwitten, genaamd Sec23 en Sec24.
Deze Sec23/Sec24 laag is de eerste laag van een COPII coat. Sec24 heeft
binding sites voor de cargoreceptoren.
Een complex van twee COPII coat eiwitten, Sec13 en Sec31, vormen de
buitenste laag van de coat. Net als clathrine, vormen ze spontaan
symmetrische ‘kooien’ om het blaasje af te snoeren. Membraan-gebonden
actief Sar1-GTP recruteert COPII adaptor eiwitten naar het membraan. Zij
selecteren bepaalde transmembraaneiwitten en zorgen ervoor dat het
membraan buigt. De adaptor eiwitten recruteren de buitenste coat
eiwitten die helpen met het vormen van een bud. Vervolgens wordt de bud
afgesnoerd en is het een blaasje.
BAR domein eiwitten kunnen goed aan membraan binden, maar hebben
zelf gebogen structuur, hierdoor kan het vesicle helpen met buigen.
Minder kracht is nodig bij membranen die al gebogen zijn.
Vesicles zijn ongeveer 100nm, maar soms moet er grote cargo getransporteerd worden. Hiervoor zijn
packaging eiwitten nodig, waardoor een grotere structuur gebouwd kan worden. Hierbij wordt de
Sar1 cyclus gestimuleerd en wordt de assemblage van de buitenste Sec13/31 laag veranderd.
Het afsnoeren van de vesicle wordt geholpen door dynamine GTPase. Het is een eiwit die GTP
gebruikt om een structuur te bouwen om de nek van vescile. Door hydrolyse van GTP wordt het
vescicle afgeknipt. Dynamine en geassocieerde eiwitten kunnen direct de bilaagstructuur verstoren,
of de lipidecompositie zo veranderen dat het vesicle loslaat.
Als je een vescicle hebt moet je bij fusie weer de coat eraf halen. Alle reacties moeten in omgekeerde
richting weer terug. Eerst wordt PI(4,5)P2 gehydrolyseerd door een specifieke fosfatase, hierdoor
wordt de AP2 binding verzwakt. GTP hydrolyse van Sar1 bijvoorbeeld, waardoor coat kan loslaten.
Membraan buiging kan een GAP activeren voor een GTPase. Als laatste kan een uncoating ATPase
actief worden (hsp70 chaperone).
,Monomeer GTPase van de Rab familie
controleren vesicle transport en docking. Rab
effectoreiwitten interacten met actieve Rab-
GTPs om de eerste connectie te maken tussen
de membranen die gaan fuseren. In dit
voorbeeld is de Rab effector een tethering
eiwit. Vervolgens paren de SNARE eiwitten van
de twee membranen, wat zorgt dat het blaasje
dichtbij het doelmembraan komt en de fusie
gekatalyseerd wordt. Gedurende de landing,
induceert Rab-GAP de hydrolyse van het GTP,
wat ervoor zorgt dat Rab dissociëerd van het
membraan en terug het cytosol in gaat waar
het GDI eiwit het oplosbaar en inactief houdt.
Rab eiwitten bepalen met lipiden de identiteit van compartimenten en helpen het vangen van
endosomen. Een Rab5-GEF op het endosoommembraan bindt een Rab5 eiwit en activeert het. GDI
raakt los en door binding van GTP verandert de conformatie van Rab5, waardoor zijn amfipatische
helix in het membraan kan gaan zitten. Actief Rab5-GTP activeert PI3-kinase, wat PI kan fosforyleren
tot PI(3)P. PI(3)P en Rab5-GTP binden een scala aan Rab effector eiwitten die PI(3)P-binding sites
bevatten.
Organellen matureren, endosoom is bijvoorbeeld maar
tijdelijk. Op een bepaald moment gaat een endosoom
schakelen naar lysosoom. Een Rab5 recruteert
bijvoorbeeld een GEF voor Rab7. Rab7 recruteert een
GAP voor Rab5, waardoor Rab5 inactief gemaakt wordt
en zal verdwijnen.
Om fusie mogelijk te maken heb je SNAREs nodig. Dit is
de machine voor fusie. Het zijn coiled coil eiwitten die
spontaan assembleren in bundeltjes die membranen
samen brengen. V snare zit op vesicle en t snare op
target membraan. SNARes kunnen door Rabs gereguleerd worden en door ATP hydrolyse door NSF
wordt de energie geleverd voor disassemblage.
Bilaag fusie vindt plaats in meerdere stappen. Een dichte paring tussen v- en t-SNAREs forceert de
lipide bilagen om dicht bij elkaar te zitten en water weg te drukken in het tussenvlak. Lipid moleculen
van de cytosolysche kant van de bilagen vloeien dan in elkaar over en vormen een connecting stalk.
Lipiden van de twee niet-cytolosiche kanten vormen vervolgens een connectie met elkaar, waardoor
, een nieuwe bilaag wordt gevormd, die de fusion zone vergroot. Wanneer deze nieuwe bilaag
verdwijnt is de fusie compleet.
Nadat een v- en T-SNARE de fusie van een vesicle hebben afgerond, bindt NSFaan het SNARE
complex en met de hulp van andere eiwitten hydrolyseert het ATP om de SNAREs uit elkaar te
halen. NSF is dus een ATPase die SNAREs dissembleert en reactiveert.
Homotypische fusie: wanneer vesicles van hetzelfde type met dezelfde SNAREs fuseren. Maar
meestal zijn de vesciles en compartimenten erg verschillend. SNAREs werken daarom op zeer
gereguleerde manier. De fusie van synaptische vesicles met plasmembraan wordt bijvoorbeeld
regeguleerd door calcium.
Bij de synaps wordt de SNARE machinerie gereguleerd door de Ca2+ sensor synaptotagmine en door
complexine. Eerst docken de vesicles bij het membraan en assembleren de SNAREs in een SNARE
bundel, waardoor er een ‘primed vesicle’ ontstaat die al dichtbij het membraan ligt. De SNARE
bundel assembleert verder, maar complexin voorkomt fusie. Pas wanneer er calcium binnenkomt, na
een actiepotentiaal, bindt het calcium aan synaptotagmine, waardoor de blokkade opgeheven wordt
en er een porie ontstaat. Door dit systeem staat de machinerie wel klaar en heeft het weinig tijd
nodig na een calcium signaal om te reageren.
Toxines die tetanus en botulism verzoorzaken, breken SNARE eiwitten af. Hierdoor blokkeert het
neuromusculaire synapsen, wat leidt tot spierzwakte.
