Vezikuláris transzport Dr. med. habil. Kőhidai László Egyetemi docens Semmelwesi Egyetem, Genetikai, Sejt- és Immunbiológiai Intézet 2014. október 15.

Intracelluláris vezikuláris transzport Kommunikáció – sejten belül; sejt-környezet Belső membránrendszer Anyagok felvétele és emésztés helyére (lizoszómák) szállítása - endocitózis Proteinek szállítása az ER-Golgi útvonalon a felszíni membránhoz - exocitózis

Vezikuláris transzport fő útvonalai a sejtben In the biosynthetic secretory pathway (red arrows), proteins are translocated from the ER to the plasma membrane or (via late endosomes) to lysosomes In the endocytotic pathway (green arrows), molecules are ingested in vesicles derived from the plasma membrane and delivered to early endosomes and then (via late endosomes) to lysosomes Retrieval (Blue arrows) Many endocytosed molecules are retrieved from early endosomes and returned to the cell surface for reuse Some molecules are retrieved from the late endosome and returned to the Gogi Some are retrieved from the Golgi and returned to the ER

Figure 13-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Intracelluláris vezikuláris transzport A kétirányú, kompartmentek közti transzport egyensúlyban van Ezt a membránproteinek folyamatos visszaáramlása biztosítja

Bioszintetikus-szekréciós útvonal Endocitotikus útvonal Helyreállító-fenntartó útvonalak

Transzport vezikulum A membránnal határolt vezikulumok meghatározott anyagokat szállítanak Szekréció Lizoszómális enzimek Membrán és ECM összetevői A szállítás irányát a membrán összetevői határozzák meg ld. donor és target compartmentek

A vezikuláris transzport molekuláris alapjai A bioszintetikus-szekréciós és az endocitotikus útvonalak 10 vagy több kompartment között teremtenek kapcsolatot Megfelelő molekuláris egyezés (receptor/ligand) határozza meg a transzport irányát, a membránok fúzióját.

Burkos vezikulumok A burok szerepe: Egyes membrán-komponenseket (pl. receptorok) meghatározott membrán-foltokba (patch) koncentrál A burokkal fedett felszín lefűződésének elősegítése – vezikulum képzés

Burkos vezikulumok típusai Clathrin-burkos vezikulum COPI-burkos vezikulum COPII-burkos vezikulum Mindegyik típusra eltérő traszport jellemző

Clathrin-burkos vezikulum: Golgi – plazmamembrán transzportok COPI- és COPII-burkos vezikulumok: dER - Golgi közti transzportok

A három burkos vezikulum morfológiailag is megkülönböztethető

Clathrin burkos vezikulumok

A clathrin-burok építőeleme a triskelion Figure 13-7a, b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

A triskelion zikk-zakk és globuláris szerkezeti elemei Clathrin-burok A triskelion zikk-zakk és globuláris szerkezeti elemei

Position of heavy and light chains in the wall Clathrin-coat Position of heavy and light chains in the wall

Clathrin felépítésének összehasonlítása

Összefoglalás: Clathrin-burkos vesiculum

A clathrin-burok kialakulásában résztvevő protein-protein és protein-lipid kapcsolatok

Emlősök clathrin-kötő fehérjéi

Clathrin-burkos vezikulum leválása BUROK KÉPZÉS ÉS CARGO KIVÁLASZTÁS LEFŰZŐDÉS KEZDETE VEZIKULUM KÉPZŐDÉSE BUROK LEVÁLÁSA Alberts et all. Molecular Biology of the cell

Receptor-mediált endocitózis A dynamin szerepe a lefűződés folyamatában A Dinamin egy G-fehérje, GTP-t köt és bont. Alberts et all. Molecular Biology of the cell

Receptor-mediált endocitózis Alberts et all. Molecular Biology of the cell

Vezikuláris transzport: dER - Golgi

Figure 13-24b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

dER-Golgi: Előre haladó transzport – COPII (1)

Előre haladó transzport – COPII (2) dER-Golgi: Előre haladó transzport – COPII (2) Figure 13-20 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

dER-Golgi: Előre haladó transzport – COPII (3) Figure 13-13d Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Összefoglalás: COPII-burkos vesiculum

Figure 13-24b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Golgi- dER: Retrográd transzport – COPI Figure 13-24a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Összefoglalás: COPI-burkos vesiculum

Vezikuláris transzort: A citoplazma egyéb részei

A ‘retromer’-t burkoló molekuláris komplex elemei - Retrográd transzport endoszómákból a TGN-be - SNX1 - Sorting nexin-1 PX – phosphoinositide binding domain BAR – dimerization and membrane binding VPS =vacuolar protein sorting VPS26 VPS29 VPS35

A vezikulum célba juttatás fő lépései SNARE – soluble N-ethylmaleimide sensitive factor attachment protein receptor Figure 13-14 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

A célbajuttató rendszer regenerálása NSF – N-ethylmaleimide sensitive factor Figure 13-18 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

A vezikulumok fúziójának lépései Figure 13-17 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Molekuláris kölcsönhatások a fúzió során – Transz-SNARE - Figure 13-16 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Homotipikus fúzió Figure 13-22 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Figure 13-15 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

SNARE proteinek szubcelluláris megoszlása syntaxin VAMP SNAP-25 egyéb CCP – cl.-coated pit CCV – cl-coated vesic. DCV – dense core vesic. IC – intermed. comp. SNARE – soluble N-ethylmaleimide sensitive factor attachment protein receptor

Figure 13-52 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Figure 13-54 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Endoszómális válogatás: ubiquitinált proteinek Multivezikuláris testek ESCRT - endosomal sorting complex required for transport Figure 13-58 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

A transzport egyéb fontos elemei

G-proteinek szerepe a vezikuláris transzportban (1)

Rab-ciklus docking complex

G-proteinek szerepe a vezikuláris transzportban (2)

Phosphatidylinositol phosphat-ok jelentősége (1)

Phosphatidylinositol phosphat-ok jelentősége (2)

A vezikuláris transzport filogenezise

A vezikuláris transzportért felelős fehérjék génjeinek feltételezett száma

SNARE-ek és az evolúció S. cerevisiae H. sapiens

Exocitózis

Az exocitózis fő lépései Figure 13-66a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Figure 13-66b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

A szállított molekulák koncentrálása membrán leválás révén Figure 13-65a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Figure 13-72a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)