Organización de la interfaz de ER-Golgi para el control del tráfico de membrana

Organización de la interfaz de ER-Golgi para el control del tráfico de membrana

Federica Brandizzi 1 y Charles Barlowe 2

Datos del autor ► Información de copyright y licencia ►

Versión editada definitiva del editor de este artículo está disponible en Nat Rev Mol Cell Biol

Ver otros artículos en PMC que citar el artículo publicado.

Resumen

La vía secretora en células eucariotas es responsable de la biogénesis y la distribución intracelular apropiado de una amplia gama de proteínas, hidratos de carbono complejos y lípidos. El tráfico de la vía secretora es muy dinámico y sensible a las demandas funcionales celulares específicos. El transporte directo (también conocido como transporte anterógrado) de proteínas y lípidos recién sintetizados se inicia en el retículo endoplásmico (ER) y, como tal, el transporte-ER-Golgi representa a una puerta de enlace vital para el sistema endomembrane.

El tráfico de membrana entre el ER y el Golgi es bidireccional y se produce a través de mecanismos similares. En ambos casos, se forma un portador sobre el orgánulo donante y luego correas de sujeción a y se fusiona con el orgánulo diana ( . figura 1 ). Distintos mecanismos facilitan la formación de portadores para anterógrada y retrógrada de transporte, que se cree para asegurar la fidelidad y la direccionalidad del tráfico: escudo complejo de proteínas II (COPII) opera en la vía anterógrada de la ER, y las funciones COPI en la ruta retrógrada desde el aparato de Golgi . Aunque in vitro estudios sugieren que la formación de COPI- y portadores COPII recubierto es mecánicamente similar y puede ocurrir a través de la acción de componentes mínimos (incluyendo complejos de cubierta heteroméricos, factor de ADP-ribosilación (ARF) y SAR1 (secreción asociada relacionadas con ras 1) GTPasas y sus factores de nucleótidos de guanina reguladora de cambio (GEFs) y proteínas GTPasa de la activación (BPA) ( RECUADRO 1 ;RECUADRO 2 ), otros elementos son necesarios para coordinar las dos rutas de tráfico en vivo y por lo tanto mantener la estructura y función de los orgánulos Este. es apoyado por evidencia que demuestra que la interrupción química de la ruta COPI con el inhibidor de ARF GEF brefeldina A conduce al colapso de ER exportación 1 , 2 , que puede ser debido al agotamiento de las proteínas necesarias para la formación de los portadores COPII que se produce porque Golgi -a ER recuperación está bloqueado. Del mismo modo, las versiones dominantnegative de SAR1 que perturban conjunto de bloque de COPII rápidamente la estructura y función de Golgi 1 . Mientras que las funciones celulares de COPI y COPII así como la interdependencia de la anterógrada y retrógrada rutas de tráfico que generalmente se conservan en todos los eucariotas, la organización de la interfaz de ER-Golgi varía mucho en diferentes especies. Por ejemplo, las plantas y algunas especies de levaduras tienen una organización compacta de la ER y Golgi, mientras que en las células animales los dos orgánulos están separados por un compartimento intermedio pleomórfico.La distribución de COPII sitios en ciernes en el ER, la naturaleza de las vesículas de transporte sí mismos y la dependencia de los componentes del citoesqueleto también varían. Además, parece que hay una enorme plasticidad en la interfaz de ER-Golgi, que puede adaptarse para dar cabida a variaciones en tamaño COPII portador y número acorde con las dimensiones y la cantidad de carga.

Recuadro 1

El complejo abrigo COPII y transporte anterógrado

[pic 1]

El complejo de proteína de la cubierta II (COPII) maquinaria consiste en la SAR1 (relacionado RAS-1 secreción asociada) GTPasa y los dos subcomplexes Sec23-Sec24 y SEC13-Sec31 (. REF 34 ) (ver la figura, panel izquierdo). La activación de SAR1 es coordinado por el retículo endoplasmático (ER) factor de intercambio de nucleótidos de guanina anclado a la membrana (FMAM) SEC12 (panel superior derecho), que produce la forma unida a GTP de SAR1. Activo SAR1 se une la membrana del ER a través de una α-hélice amino-terminal 112 . SAR1 recluta heterodímeros-Sec23 Sec24 través de la interacción con la subunidad Sec23 113 , 114 , que funciona como una proteína GTPasa de la activación (GAP) para SAR1 (REF. 113 ). Aunque la difusión o "mayor flujo 'de la carga se produce en portadores COPII 115 , se ha demostrado que las subunidades COPII pueden reconocer señales de exportación ER específicos en las proteínas de membrana para captación selectiva 116 , 117 , y que es la principal Sec24 adaptador COPII que reconoce específica clasificación de secuencias en la carga 118 , 119 . La capa COPII se completa cuando heterodímeros-SEC13 Sec31 polimerizan en los complejos SAR1-Sec23-Sec24-carga subyacentes. Sec31 interactúa directamente con SAR1 y Sec23 (REF. 120 ), y subcomplexes-SEC13 Sec31 polimerizadas proporcionar un andamio que impone la curvatura de la vesícula naciente ya que las yemas desde el ER por fisión membrana 37 , 121 . Biogénesis de vesículas COPII y uncoating de la compañía de transporte están reguladas por la actividad GTPasa SAR1 y reclutamiento de la capa de recubrimiento exterior 120 . Portadores ER derivados retienen subunidades capa hasta llegar a su objetivo de membrana, y la fosforilación abrigo y desfosforilación son necesarios para la fusión de vesículas y en ciernes, respectivamente 102 . COPII gemación de vesículas parece ser independiente de GTPasas-dynamin similares, como componentes COPII purificados son suficientes para generar vesículas (60-90 nm) a partir de liposomas sintéticos 122 , 123 . SEC12 y los componentes de la capa COPII están altamente conservadas con un mayor número de paralogues en Arabidopsis thaliana en comparación con los seres humanos 89 . Paralogues COPII muestran complejidad funcional distinta como lo demuestra la especificidad en el reconocimiento de señales de exportación de carga entre paralogues Sec24 humanos 118 , así como en las enfermedades humanas específicas causadas por mutaciones en el SAR1B, SEC23A y SEC24B isoformas 124 . Del mismo modo, A. thaliana SEC24A, en contraste con A. thaliana SEC24B y SEC24C, es esencial, y la pérdida parcial de la función de SEC24A causa defectos morfológicos ER única 94 .

...