Lizoszóma, endocitózis, hetero- és autofagocitózis Orvosi Biológia (Sejtbiológia) – FOK, I. évfolyam Dr. Lajkó Eszter Genetikai, Sejt- és Immunbiológiai Itézet 2017.10.19. https://clinicalgate.com/endocytosis-and-the-endosomal-membrane-system/

Fehérjék szortírozása és célba-juttatása A fehérjék a szintézis helyéről a megfelelő célkompartmentbe történő szállítása Overview of sorting of nuclear-encoded proteins in eukaryotic cells. All nuclear-encoded mRNAs are translated on cytosolic ribosomes. Ribosomes synthesizing nascent proteins in the secretory pathway 1 are directed to the rough endoplasmic reticulum (ER) by an ER signal sequence 2 . After translation is completed in the ER, these proteins move via transport vesicles to the Golgi complex dlccirc3; from whence they are further sorted to several destinations 4a, 4b, 4c . After synthesis of proteins lacking an ER signal sequence is completed on free ribosomes 1 , the proteins are released into the cytosol 2 . Those with an organelle- specific uptake-targeting sequence are imported into the mitochondrion 3a , chloroplast 3b , peroxisome 3c , or nucleus 3d . Mitochondrial and chloroplast proteins typically pass through the outer and inner membranes to enter the matrix or stromal space, respectively. Some remain there, and some 4a are sorted to other organellar compartments. Unlike mitochondrial and chloroplast proteins, which are imported in a partially unfolded form, most peroxisomal proteins cross the peroxisome membrane as fully folded proteins 4b . Folded nuclear proteins, often in the form of ribonucleoprotein particles, enter through visible nuclear pores by processes discussed in Chapter 11 4c.

Fehérjék szortírozása és szállítása Ko-transzlációs transzmembrán transzport Endoplazmás retikulum (membrán-kötött riboszóma) (N-term. hidrofób as. – szignál szekvencia) Fehérjeszintézis a citoplazmában szabad riboszómákon Kapu transzport Vezikuláris transzport Citoplazma (szignál nélkül) Post-transzlációs transzmembrán transzport Golgi Sejtmag (NLS) Késői endoszóma Szekréciós vezikulum Mitokondrium (N-term. pozitív töltésű as.) Lizoszóma Korai endoszóma Peroxisomes (C-term.) Plazmamembrán

Vezikuláris transzport fő lépései 2.-3. Vezikulum képződés és lefűződése szignál a receptoron burok a citoplazmatikus felszínen speciális foszfolipid összetétel mechanoenzim 4. Burok leválása és a vezikulum szállítása 5. Kihorgonyzás monomer G fehérjék (Rab) 6. Dokkolás monomer G fehérjék (Rab) SNARE 8. Fúzió SNARE-k fúziós fehérjék Cell, Vol. 116, 153–166, January 23, 2004, The Mechanisms of Vesicle Budding and Fusion Juan S. Bonifacino1,* and Benjamin S. Glick2 8. SNARE-k szétválasztása NSF Fehérjék kiválogatása szignál (a fehérjén) receptor (a donor membrán belső felszínén)

Vezikulum képződés Foszfoinozitidek Különböző foszforilációs állapot Adaptor bekötődéséhez szükséges Sorting/osztályozó szignál a receptor citoszol felöli végén: tirozin pl. YXXf (f = nagy hidrofób As) két leucin (LL) foszforilált szerin gazdag domain a C terminálison Sorting szignál Kötődött adaptor Alberts : Molecular Biology of The cell 6th edition, 2014 Adaptor: pl. adaptin 2 Burok fehérjéhez és a receptorhoz is kötődik Receptor + ligand kiválogatása Különböző receptor típusokra specifikus adaptorok vannak a különböző membránokban

Foszfoinozitidek szerepe a vezikulum kialakulásában Különböző partner molekula kötése (pl. adaptor, dynamin, Rab) Alberts : Molecular Biology of The cell 6th edition, 2014 Foszfatidil-inozitol (PI)

Burok fehérjék a vezikulumok citoplazmatikus felszínén Changwook Lee, Jonathan Goldberg Structure of Coatomer Cage Proteins and the Relationship among COPI, COPII, and Clathrin Vesicle CoatsCell, Volume 142, Issue 1, 9 July 2010, Pages 123-132

Adaptor fehérjék Burok fehérje szerint különbözőek adaptor fehérjék (clathrin – adaptinok) Különböző membrán felszíneken különböző adaptin fehérjék találhatóak Adaptinok általános szerkezeti elemei membrán kötő régió szállítandó molekula kötő régió burok-fehérje kötő régió Protein sorting at the ER–Golgi interface Natalia Gomez-Navarro, Elizabeth Miller DOI: 10.1083/jcb.201610031 | Published November 30, 2016 Overview of intracellular transport pathways. Schematic view of the secretory pathway and representation of the major coat proteins that mediate protein sorting at different cellular compartments. Secretory cargoes are trafficked in an anterograde direction from the ER to the Golgi in COPII-coated vesicles. Sec24 is the cargo adaptor that contains multiple cargo binding sites (marked A–D in the inset) to drive capture of a diverse set of cargo proteins. The COPI coat mediates retrograde transport from the Golgi to the ER and between Golgi compartments. The cargo-binding subunits of COPI vesicles form an arch-like structure that contacts the membrane through the N-terminal domains that interact with cargo proteins. Clathrin-coated vesicles bud from multiple organelles and transport proteins between the TGN, endosomes, and plasma membrane (PM). Different cargo adaptors function at the different donor membranes (AP1, AP2, and AP3). The general structure of the AP complexes consist of a discretely folded domain comprising the trunk domains of the two large subunits, which interact with the membrane and cargo proteins, and two unstructured sequence motifs, which bind clathrin and other accessory proteins.

Mechanoenzim: dynamin GTPáz aktivitással rendelkezik Membrán remodelling Helikális polimerré épül össze GTP hidrolízis → konformáció változás → vezikulum leválása Shawn M. Ferguson Dynamin, a membrane-remodelling GTPase NATURE REVIEWS | MOLECULAR CELL BIOLOGY VOLUME 13 | FEBRUARY 2012

Dynamin szerkezete és dynamin mediált vezikulum leválás GTPáz aktivitású domain GTPáz aktiváló domain Membrán kötődésért felelős domain Shawn M. Ferguson Dynamin, a membrane-remodelling GTPase NATURE REVIEWS | MOLECULAR CELL BIOLOGY VOLUME 13 | FEBRUARY 2012

Kihorgonyzás és dokkolás Rab fehérjék Kis (monomer) G-fehérje Célbejuttatás specificitása Monomer GTPáz Szelektív elhelyezkedés Membrán kötődését a foszfoinozitidek szabályozzák v és t SNARE fehérje párok Dokkolás Fúzió Rab effektor vagy kihorgonyzó komplex Kihorgonyzás Alberts : Molecular Biology of The cell 6th edition, 2014

Rab monomer G fehérje szerepe a célbajuttatásban Rab fehérje GTP kötött formában beépül a membránba Guanin-nukleotid exchange faktor (GEF): GDP kötött → GTP kötött froma Rab GDP kötött formában szolubilis és inaktív Transzport vezikulum Rab-GDP kötő fehérje GTP hidrolízis a GTPáz aktivitás hatására Kihorgonyzás Dokkolás Rab effektor vagy kihorgonyzó komplex Alberts : Molecular Biology of The cell Fúzió

SNARE fehérjék szerepe a membrán fúzióban SNARE-ciklus tSNARE komplex vSNARE összecipzárazás Fúziós pórus kialakulása NSF SNAP Transz-SNARE SNARES AND MUNC18 IN SYNAPTIC VESICLE FUSION Josep Rizo* and Thomas C. Südhof ‡ NATURE REVIEWS | NEUROSCIENCE VOLUME 3 | AUGUST 2002 NSF – N-ethylmaleimide sensitive factor Adaptor fehérjékkel (pl. SNAP) kötődik a transz-SNARE (NSF-receptor) komplexhez Széttekeri a transz-SNARE komplexet Hexamer ATPáz SNARE: soluble N-ethylmaleimide sensitive factor (NSF) attachment protein receptor

Intracelluláris vezikuláris transzport Bioszintetikus – szekréciós útvonal Endocitotikus útvonal Helyreállító – „újrahasznosító” útvonal Kétirányú kompartmentek közti előre és visszairányuló transzport egyensúlyban van Membrán proteinek folyamatos visszagyűjtése A bioszintetikus-szekréciós és az endocitotikus útvonalak 10 vagy több kompartment között teremtenek kapcsolatot Golgi: kereszteződés Alberts : Molecular Biology of The cell 6th edition, 2014

Golgi-ból (TGN) induló fő transzport útvonalak Fehérjék különböző transzport vezikulumokba történő szétválogatása és útnak indítása Forward – anterograd transzport Szekréció: Különböző molekulák szintézise, átalakítása és kiürítése (exocitózis) Konstitutív szekréció Regulált szekréció Szekréciós vezikulumok Endoszómális-lizoszómális útvonal Lizoszómális fehérjék endoszóma Exocitózis: Extracelluláris mátrix és plazmamembrán fehérjéi Szekréciós fehérje Backward - retrograd transzport M-6-P receptor az endoszómából Transzport vezikulumok membrán komponensei a plazmamembránból ER rezidens fehérjék Golgi ciszternák fehérjéi

Vezikuláris transzport fő útvonalai a sejtben MVB= multivesicular body Endocitózis Szekréció MVB= multivesicular body http://physrev.physiology.org/content/92/1/237

Endocitózis Anyagfelvétel Kompartmentek protein vagy lipid alkotórészeinek transzportja Metabolikus folyamatokat és sejtosztódást befolyásoló szignálok sejtbejuttatása Mikroorganizmusok elleni védelem Formái: Fagocitózis – szilárd fázishoz közel álló anyag felvétele (pl. sejt) Pinocitózis – folyadék fázisú anyagok felvétele (pl. szolubilis makromolekulák) Endocitózis Exocitózis Fagocitózis Pinocitózis

Sejtbejutás/endocitózis főbb formái Fagocitózis Pinocitózis Macropinocitózis Clathrin-függő endocitózis Caveolin-függő endocitózis Clathrin- és caveolin-független endocitózis

Fagocitózis Szolid partikulum felvétele (pl. tápanyag, baktérium, sejt törmelék, halott sejt) Speciális sejtek: egysejtűek Fagocita sejtek: makrofágok neutrophil granulocita, oszteoklaszt, throphoblaszt Funkció: tápanyagok felvétele immunválasz Elöregedett, apoptotizált sejtek eliminálása Élesztő partikulum fagocitózisa neutrophil granulocita által https://cellbiology.med.unsw.edu.au/cellbiology/index.php?title=File:Leukocyte_phagocytosis_of_yeast.jpg http://www.dwsextonlab.com/projects/ Apoptotikus sejt bekebelezése (utólag vörössel színezett )

Fagocitózis folyamata Felveendő partikulum indukált folyamat Partikulum kötődése a membrán receptorhoz Receptor aktiváció és jelátvitel Kortikális aktin háló átrendeződése Pszeudopodia (álláb) képződés Fagoszóma: vezikulum > 250 nm Receptor Fagoszóma Fagolizoszóma Bekebelezés Valentina Mercanti, Steve J. Charette, Nelly Bennett, Jean-Jeacques Ryckewaert, François Letourneur, Pierre Cosson Journal of Cell Science 2006 119: 4079-4087; doi: 10.1242/jcs.03190 Reziduális test

Pinocitózis Clathrin-burkolt vezikulum mediált Nem-klatrin-burkolt vezikulum mediált CKaveolin-burkolt vezikulumok által Potocitózis Nem-clathrin/-caveolin burkolt vezikulumok által Makropinocitózis Szelektív anyagfelvétel Nem szelektív/ folyadékfelvétel Oldott makromolekulák felvétele Minden sejt, folyamatosan Vezikulum mérete kb. 100 nm vagy kisebb Felvett anyag továbbítása az endoszómális-lizoszómális kompartmentbe

Clathrin-burkos gödör/vezikulum polimerizáció Funkció – receptor mediált endocitózis Molekulák szelektív felvétele a membrán receptorok révén Ligand koncentrálás (100x) – alacsony környezeti konc. esetén is https://www.mechanobio.info/topics/cellular-organization/membrane/membrane-trafficking/clathrin-mediated-endocytosis/ http://www.pnas.org/content/98/24/13705/F5.expansion.html

Clathrin-burkos vezikulum és lefűződése Foszfatidil-inozitol-4,5 bisfoszfát (PIP2) receptor Adaptor: adaptin2 Clathrin Aktin asszociált fehérjék Membrán deformáció Vezikulum lefűződésének elősegítése Dynamin Aktin filamentum Burok leválása ATP-függő Chaperon és Lefűződést segítő molekulák BAR-domain fehérjék Membrán meghajlítása, nyél szűkítése The non-canonical roles of clathrin and actin in pathogen internalization, egress and spread Ashley C. Humphries  & Michael Way Nature Reviews Microbiology 11, 551–560 (2013) doi:10.1038/nrmicro3072 Clathrin-mediated endocytosis is defined by stages of nucleation, cargo selection, coat assembly and scission. Nucleation occurs at phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate (PtdIns(4,5)P2)-rich sites in the plasma membrane, with the coordinated arrival of adaptor protein complex 2 (AP2) and clathrin. AP2 selectively sequesters cargo and recruits further accessory proteins. The rim complex proteins localize to the edge of the growing vesicle and promote lattice formation as well as invagination. In turn, the growing clathrin lattice supports membrane invagination to promote vesicle formation. Scission requires the GTPase dynamin and allows the subsequent movement of the vesicle and cargo into the cell. Actin is required during the final stages, and the recruitment of actin coincides with the arrival of dynamin at the vesicle neck. Actin nucleation occurs in an actin-related protein 2/3 (ARP2/3) complex-dependent manner, leading to the formation of branched actin filaments at the vesicle site. ARP2/3 complex activity is regulated indirectly by dynamin and directly through cortactin and neural Wiskott–Aldrich syndrome protein (N-WASP). HIP1 related protein (HIP1R) also interacts with cortactin to modulate actin polymerization. During endocytosis, actin filament barbed ends are focused towards the neck of the vesicle to provide force and promote neck elongation and scission. After scission, actin also promotes the inward propulsion of the vesicle away from the membrane into the cell.  Endoszómális-lizoszómális kompartmentbe szállítás BAR-domain fehérjék

Endoszómális-lizoszómális kompartment Szerkezet Tubuláris, vezikuláris elemek Savas pH – vakuoláris H+ ATPáz (proton pumpa) Korai endoszóma – késői endoszóma – multivezikuláris test – lizoszóma Funkció Osztályozás/sorting: receptor-ligand komplex szétválása vagy együtt maradása Transzport - visszairányítás lebontás csökken a pH Alberts : Molecular Biology of The cell 6th edition, 2014 Vezikulum lefűződése Burok fehérje leválása Hidrolitikus enzimek Fúzió Korai endoszóma Késői endoszóma Lizoszóma

Korai endoszóma Nem tartalmaz lizoszómális membrán fehérjéket és enzimeket Osztályozás Receptor-reciklizáció: ligand disszociál a receptorról (pl. LDL) Receptor down-reguláció: receptor-ligand együtt transzportálódik tovább és bomlik le (pl. EGF – EGF receptor) Transzcitózis: receptor-ligand komplex elkerülve a lebomlást együtt marad és plazmamembrán más részére szállítódik http://www.nature.com/nrm/journal/v3/n12/fig_tab/nrm973_F1.html Alberts : Essential Cell Bilogy 4th edition, 2014

Foszfoinozitidek szerepe az osztályozásban Partner molekulák pl. Rab-fehérjék, adaptinok

Vezikulumok targetálása G-proteins (Rab) SNARE proteins RAB PROTEINS AS MEMBRANE ORGANIZERS Marino Zerial and Heidi McBride*NATURE REVIEWS | MOLECULAR CELL BIOLOGY VOLUME 2 | FEBRUARY 2001 | SNARE-MEDIATED MEMBRANE FUSION Yu A. Chen* and Richard H. Scheller‡ NATURE REVIEWS | MOLECULAR CELL BIOLOGY VOLUME 2 | FEBRUARY 2001 It was initially believed that specific interactions of vSNAREs and t-SNAREs confer specificity on intracellular membrane trafficking (BOX 1). Intuitively, however, the specificity of membrane trafficking is most probably defined at the vesicle targeting and tethering stages, during which vesicles are captured and tethered by long extended proteins from the target membrane2 . Small GTPases of the Rab family have been proposed to be important in the early stage of vesicle targeting and tethering, and many of them have been found to localize to distinct cellular compartments (see the review by Zerial and McBride on page 107 in this issue). Therefore, it is likely that Rab proteins are important in determining vesicular transport specificity. Most of the recent studies indicate that SNAREs might mediate membrane fusion and not docking. Is it possible, then, that the SNARE-mediated fusion specificity is superimposed on the Rab-mediated docking specificity to make the system even more reliable? Current evidence indicates that small GTPases of the Rab protein family might be crucial for docking or tethering vesicles (see the review by Zerial and McBride on page 107 in this issue), whereas SNARE pairing is involved at a later step of membrane fusion. Moreover, it is the assembly, not disassembly, of the core complex that probably drives lipid fusion (FIG. 4).

Receptor mediált endocitózis Receptor reciklizáció pl.: LDL Hormonok (pl. inzulin) Receptor reciklizáció http://www.nature.com/nrm/journal/v3/n12/fig_tab/nrm973_F1.html Recycling endosome

Transferrin-ciklus Receptor-ligand komplex újrahasznosításra kerül vastatalmú transferrin Apotransferrin http://www.pathologyoutlines.com/topic/cdmarkerscd71.html

Plazmamembrán receptor down-reguláció (leszábályozás) Aktivált EGF receptor Endocitózis: Gyors jel-deszenzitizáció Receptor visszaszállítódik, ligand lebomlik Intracelluláris jelátvitel aktiválódása → sejtosztódás szabályozás A ligand és a receptor egyaránt lebomlik David J. Katzmann*, Greg Odorizzi‡ and Scott D. Emr§ RECEPTOR DOWNREGULATION AND MULTIVESICULAR-BODY SORTING NATURE REVIEWS | MOLECULAR CELL BIOLOGY VOLUME 3 | DECEMBER 2002 |

Transzcitózis (pl. anyai immunglobulinok) Placenta Trophoblast sejt Anyai vér Magzati vér Fc receptor Endoszóma Immunglobulin Fc rész Bazáli membrán Apikális membrán Tight junction

Késői endoszóma Kialakulásában részt vesz a korai endoszóma, TGN-ből származó transzport vezikulum, autofagoszóma Lizoszómális membránfehérjéket és enzimeket tartalmaz Lizoszómális enzimek M6P-szignálja módosul  foszfát csoport lehasad  enzim nem kötődik a receptorhoz Korai endoszóma mikrotubulus Mikrotubulus mediált transzport Multivezikuláris test Transzport vezikulum Alberts : Molecular Biology of The cell 4th edition Késői endoszóma Transz Golgi hálózat lizoszóma

Kétirányú transzport a Golgi és a késői endoszóma között Lizoszómális fehérjéket tartalmazó transzport vezikulum Visszairányuló, M6P-receptort tartalmazó vezikulum Golgi Késői endosome Clathrin burok: anterograd Retromer burok: retrograd transzport az endoszómából a TGN-be Lizoszómális fehérjék M6P M6P receptor Adaptor protein Clathrin Citoplazma felszín Golgi lumene TGN Alberts : Molecular Biology of The cell 6th edition, 2014

Endocitózissal bekerült fehérjék és a lizoszómális enzimek útvonala

Endoszóma-érés Modell, hogy a szállított molekula hogyan jut el a korai endoszómától a lizoszómáig Endocytosis at the nanoscalew Irene Canton* and Giuseppe Battaglia* Received 11th November 2011 DOI: 10.1039/c2cs15309b Cite this: Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 2718–2739

Lizoszóma Savas hidrolázokat tartalmaz: pl. proteázok, nukleázok, glikozidázok, lipázok Vakuoláris H+ ATPáz: savas pH-t biztosit a lumenben Erősen glikozilált membránfehérjék Membrán transzport molekulái Lebomlási termékek szállítása a citoplazmába Heterogén morfológia lysosome Transzport vezikulum proton aminosav/peptid ko-transzporter http://www.biochemj.org/content/474/12/1935.figures-only

Számos útvonalon keresztül kerülnek anyagok a lizoszómába Fagocitózis Endocitózis Makropinocitózis Autofagocitózis Clathrin-mediált Nem-clathrin mediált Caveola Nem clathrin, nem caveolin mediált Makropinocitózis Alberts : Molecular Biology of The cell 6th edition, 2014

Makropinocitózis Membrán nyúlványok/fodrozódás vezikulumok kialakulásához vezet (vezikulumok mérete: 0.2-5 μm) Nem specifikus és nincs receptor Folyadékfázisú felvételt jelent (relatíve nagy mennyiségben) Szondázás: mintavételek a környezetből 3. Plazmamembrán fodrozódás Aktiváció Receptor-ligand kölcsönhatás 4. Záródás http://am.celllibrary.org/ascb_il/render_image/11135/0/0/?c=1|0:255$FF0000&m=g&p=normal&ia=0&zm=100&x=0&y=0 Alberts : Molecular Biology of The cell 6th edition, 2014 2. Aktin átrendeződés 5. Makropinoszóma Endoszómális-lizoszómális útvonal

Caveola Palack-szerű betüremkedései a plazmamembránnak Lipid-tutajok területén alakulnak ki jellemzően Szerkezeti fehérje: caveolin

Caveola szintézise, összeszerelődése és transzportja Caveola összeszerelődés http://pharmrev.aspetjournals.org/content/54/3/431/tab-figures-data The multiple faces of caveolae Robert G. Parton* and Kai Simons NATURE REVIEWS | MOLECULAR CELL BIOLOGY VOLUME 8 | MARCH 2007 |

Caveola-mediált endocitózis 1. Potocitózis 2. Caveola bezárol, de nem internalizálódik, az anyagok speciális hordozó molekulák révén jutnak a citoplazmába Endocitózis http://pharmrev.aspetjournals.org/content/54/3/431/tab-figures-data 3. Transzcitózis

Plazmamembrán védelem a caveolák által Caveola ellapulás Caveola közvetített membrán javítás Caveolae as plasma membrane sensors, protectors and organizers Robert G. Parton1 and Miguel A. del Pozo NATURE REVIEWS | MOLECULAR CELL BIOLOGY VOLUME 14 | FEBRUARY 2013

Saját/intracelluláris fehérjék lebontásának lehetséges útjai 1. Lizoszómában 2. Proteaszómában Proteostasis and aging Susmita Kaushik & Ana Maria Cuervo Nature Medicine 21, 1406–1415 (2015) doi:10.1038/nm.4001 3. Egyéb kompartmentekben pl. Golgi, szekréciós vezikulum

Autofágia - Autofagocitózis Saját komponensek (pl. fehérjék, sejtalkotók) felvétele és bontása a lizoszómába Fiziológiai folyamat 3 formája makroautofágia mikroautofágia Chaperon-mediált autofágia Funkciói: Éhezésben tápanyagot biztosít Szövet/sejt specifikus funkciók (pl. vörösvértest) Sejten belüli pathogének eltávolítása Sérült sejtorganellumok/fehérjék eltávolítása Programozott sejthalál egyik formája Autolízis: különbözik az autofagocitózistól nem szabályozott, pathológiás folyamat 2016 Fiziológiai és orvostudományi Nobel-díj a „Az autofágia mechanizmusának felfedezéséért” 30 autophagy related gént (ATG) azonosított mutagenezis vizsgálatokban Yoshinori Oshumi

Autofágia formái Makroautofágia Mikroautofágia Szignál: KFERQ (Lys-Phe- Glu-Arg-Gln) Heat shock protein 70: chaperon Lizoszóma asszociált fehérje (LAMP): transzlokon http://varuncnmicro.blogspot.hu/2016/10/understanding-autophagy-nobel-winning.html Microautophagy is associated with the formation of invaginations in the lysosomal membrane and could also contribute to the delivery of proteins into the lysosome. Chaperon-mediált autofágia

Makroautofágia Izolációs membrán kialakulása Indukció pl. sejt metabolikus állapota Vezikulum képződés Autofagoszóma Autofagolizoszóma Lizoszóma Lizoszómális hidroláz Dokkolás és fúzió a lizoszómával Vezikulum lebontása http://www.wormbook.org/chapters/www_autophagy/autophagyfig1leg.jpg

Autofagocitózis Mitokondrium autofagoszóma peroxiszóma A megemésztendő saját organellumot kettős izolációs membrán (eredete: sER és/vagy mitokondrium külső membránja veszi körül Fúzionál a késői endoszómával Anyagai megemésztődnek

A lizoszómában megemésztődő anyagok különböző eredetűek A megemészthetetlen anyagok a reziduális testben találhatók kiürülnek (exocitózis) felhalmozódnak (öreg sejtek) Reziduális test

Proteaszóma Kompartmentalizált proteáz A. Ciechanover, A. Hershko és I Rose Nobel díj, 2004 Kompartmentalizált proteáz Henger-alakú, multienzim komplex Regulált proteolízis Nem megfelelően hajtogatott, vagy sérült fehérjék Szabályozó szerep: a sejtciklus, DNS szintézis, transzkripció, stressz válasz, immunválasz Elhelyezkedése: citoplazmában, közel az ER-translokon külső részénél

Proteaszóma szerkezete Fedő: szubsztrát kötés Alap: ATPáz aktivitás fehérjék magasabb rendű szerkezetének megbontása α-gyűrű: szerkezeti szerep β-gyűrű: katalitikus alegység Note that only the step of substrate unfolding requires energy from ATP hydrolysis, while ATP-binding alone can support all the other steps required for protein degradation (e.g., complex assembly, gate opening, translocation, and proteolysis)

Fehérje degradáció a proteaszómában 1. Ubiquitinálás 2. Fehérje kötődése és denaturálása Poliubiquitin lánc 3. Lebontás The proteasome cap recognizes proteins marked by a polyubiquitin chain (see Figure 3–70), and subsequently translocates them into the proteasome core, where they are digested. At an early stage, the ubiquitin is cleaved from the substrate protein and is recycled. Translocation into the core of the proteasome is mediated by a ring of ATPases that unfold the substrate protein as it is threaded through the ring and into the proteasome core. This unfoldase ring is depicted in Figure 6–85).

Ubiquitin szerepe a receptor leszabályozásban Neurotranszmitter monoubiquitin Endocitózis befűződés Korai endoszóma Visszavonás. leválás http://learnmem.cshlp.org/content/17/7/314/F4.expansion.html Ubiquitin and endocytosis. Receptors on the plasma membrane undergo monoubiquitination as a result of ligand (e.g., neurotransmitter) binding to them. Ubiquitinated receptors bind to proteins called epsins through a ubiquitin-interacting motif (UIM). The epsins in turn interact with adaptor proteins (adaptin) bound to clathrin-coated pits. Ubiquitination also functions to sort the internalized membrane protein into early endosomes, which directs them to degradation by lysosome via the multivesicular body. If ubiquitin from the endocytosed receptors is removed by a UBP, the receptor recycles back to the membrane. Proteasome inhibitors block endocytotic degradation of some proteins, such as glutamate receptor subunits, indicating a possible role for the proteasome. In several cases, a Lys-63-linked polyubiquitin chain attachment (instead of monoubiquitination) plays a role in endocytosis (not depicted). (Figure modified from Hegde 2004 and reprinted with permission from Elsevier © 2004.) Lizoszóma Multivezikuláris test

Plazmamembrán fehérjék osztályozása és transzportja a polarizált sejtben