Az eukarióta sejt legjelentősebb transzportja a vezikuláris transzport

Vezikuláris transzport: szekréciós útvonal Endoplazmás retikulum szabad riboszóma Vezikuláris transzport Golgi Szekréciós vezikulum Plazma membrán Plazmamembrán konstitutív regulált szekréció (exocitózis)

Szénhidrátlánc átalakítás Szénhidrátlánc szintézis Mi történik a Golgiban? ERGIC Cisz Golgi hálózat (CGN) Cisz Golgi Mediális Golgi Transz Golgi Transz Golgi hálózat (TGN) szekréció Szénhidrátlánc átalakítás Szénhidrátlánc szintézis Osztályozás

Néhány genetikai betegség, amely hibás Golgi működésre vezethető vissza

A réz szerepe hasonló a vaséhoz

Cu metabolizmus Bélhámsejt májsejt ATP7B ATP7A Vér Csak májban Minden sejtben ATP7A Vér

Menkes kór - ATP7A mutáció – XR – Cu hiány - enzimek működéséhez kell Wilson kór - ATP7B (máj,idegrendszer) XR – Cu felhalmozódás

Fehérjék, amelyek hibája izomdisztrófiát okoz

Glikoziláció hiányában nincs kapcsolódás A fehérjék glikozilációja a Golgiban történik.

Golgi glikozilációs enzimek, amelyek hibája izomdisztrófiát okoz

I (inclusion) sejt betegség Golgi - foszfotranszferáz hiány – lizoszómális enzimek nem kapnak M-6-P szignált, ezért szekrécióra kerülnek, a sejtbe került anyagok nem tudnak lebomlani =inclusion body-k Főleg fibroblaszt és makrofág ( más sejtekben más útvonal lehet?) letális

Vezikuláris transzport: endocitotikus útvonal Endoplazmás retikulum szabad riboszóma Vezikuláris transzport Transzport vezikulum Lizoszóma Golgi Késői endoszóma Korai endoszóma Plazmamembrán

A vezikulumok membránja nemcsak fehérjéket, de membránlipideket is tartalmaz

Membránlipidek jelentősége, szintézise és transzportja

plazmamembránja az eukarióta membrán felépítéséhez hasonló Baktériumsejt plazmamembránja Gram+ Gram- az eukarióta membrán felépítéséhez hasonló

Plazmamembrán szerkezete Singer-Nicolson (1972) modell=fluid mozaik modell

A sejtalkotók membránja eltérő eredetű Plazmamembrán betűrődés (Sejtmagmembrán, endoplazmás hálózat, lizoszóma, Golgi) Prokarióta sejt bekebelezése (mitokondrium, peroxiszóma)

A plazmamembrán foszfolipidjei Phosphatidylinositol PE PS PC SM PI

Csökkenti a membrán fluiditást Koleszterin is amfipátiás Szterán vázas lipid Csökkenti a membrán fluiditást

A plazmamembrán fehérjék típusai Perifériás fehérje Transzmembrán fehérje Integráns fehérje A plazmamembrán fehérjék típusai hidrofób hidrofil

Plazmamembrán aszimetria Foszfolipidek eloszlása Fehérjék elhelyezkedése (meghatározzák a membrán működését) Glikolipidek és glikoproteinek (kívül)

A foszfolipidek elhelyezkedése a plazmamembránban Negatív töltésű

Az apoptózis első jele a PS externalizációja

Plazmamembrán aszimetria

A membrán komponensek egyenlőtlen eloszlása a (plazma)membránban (pl. egy polarizált sejtben) Konstitutív szekréció (lásd Golgi) alakítja ki

A membrán komponensek egyenlőtlenül oszlanak el a (plazma)membránban - lipid raft (mikrodomének) A Intracellular space or cytosol B Extracellular space or vesicle/Golgi apparatus lumen 1. Non-raft membrane 2. Lipid raft 3. Lipid raft associated transmembrane protein 4. Non-raft membrane protein 5. Glycosylation modifications (on glycoproteins and glycolipids) 6. GPI-anchored protein 7. Cholesterol 8. Glycolipid

Lipid raft összetétele és funkciója Összetétel: több szfingomielin, telített zsírsavlánc koleszterin rendezettebb szerkezet speciális fehérjék (receptorok) vastagabb a membrán Funkció: fertőzés (vírus, bakt), anyagfelvétel (kaveola), receptorok (szignál transzdukció)

Glikozilfoszfatidilinozitol (GPI) kötött fehérjék C-term

Paroxysmal nocturnal hemoglobinuria GPI-protein véd a komplementtel szemben GPI-protein hiányában lízis

Sima felszínű endoplazmás retikulum

Sima felszínű endoplazmás retikulum (SER) funkciói Általános membránlipidek (foszfolipidek koleszterin, ceramid) szintézise Ca ion tárolás Specifikus Szteroidok szintézise Méregtelenítés (máj) Glükóz metabolizmus

A foszfolipidek a SER-ben szintetizálódnak Foszfolipidek szintézise a SER membrán citoszol felöli oldalán Az ATP független aspecifikus flippáz a belső rétegbe teszi a molekulákat.

A specifikus ATP függő flippáz alakítja ki a foszfolipid aszimetriát

A membránlipidek szintézisében még részt vesz Golgi mitokondrium kardiolipin Baktérium membrán Belső mitokondriális membrán

PERCENTAGE OF TOTAL LIPID BY WEIGHT Approximate Lipid Compositions of Different Cell Membranes PERCENTAGE OF TOTAL LIPID BY WEIGHT LIPID LIVER CELL PLASMA MEMBRANE RED BLOOD CELL PLASMA MEMBRANE MYELIN MITOCHONDRION (INNER AND OUTER MEMBRANES) ENDOPLASMIC RETICULUM E. COLI BACTERIUM Cholesterol 17 23 22 3 6 Phosphatidylethanolamine 7 18 15 25 70 Phosphatidylserine 4 9 2 5 trace Phosphatidylcholine 24 10 39 40 Sphingomyelin 19 8 Glycolipids 28 Others 13 21 27 30

Foszfolipidek transzportja SER-ből - membrán kontinuitás (ER, magmembrán) - vezikuláris transzport (Golgi, plazmamembrán stb.) - transzlokátor (mitokondrium, peroxiszóma)

Vezikuláris transzport: endocitotikus útvonal Endoplazmás retikulum szabad riboszóma Vezikuláris transzport Transzport vezikulum Lizoszóma Golgi Késői endoszóma Korai endoszóma Plazmamembrán

Endocitózis Makromolekulák vagy nagyobb részecskéknek a környezetből való felvétele és a korai, a késői endoszómához, majd a lizoszómához való továbbítása vezikulumok segítségével. Két fő forma: fagocitózis (vezikulum mérete 250 nm) pinocitózis (vezikulum mérete = 100 nm)

További csoportosítás

Klatrin és nem klatrin mediált endocitózis

Fagocitózis Egysejtűekben táplálkozási forma Magasabbrendűekben csak bizonyos sejtek (makrofág, granulocita, dendritikus sejt) nagyobb részecskék felvétele (baktérium, sejttörmelék, elhalt sejtek) receptor  szignál transzdukció aktin átrendeződés álláb képződés vezikulum = fagoszóma

Fagocitózis

Apoptotikus sejtek fagocitózisa

Pinocitózis (endocitózis) oldott makromolekulák felvétele minden sejt, folyamatosan vezikulum mérete kb. 100 nm Típusai: Makropinocitózis receptor mediált (klatrin mediált) kaveolin mediált klatrin és kaveolin független transzcitózis

A kaveola és kaveolin Főleg endothél sejteken és adipocitákon Lipid raftok területén

Klatrin szerkezete és a klatrin burkos vezikulum

Receptor (klatrin) mediált endocitózis LDL= Low density lipoprotein

és az LDL lizoszómális emésztése Receptor mediált endocitózis és az LDL lizoszómális emésztése pH  7,0 Reciklizáló endoszóma Korai endoszóma pH  6,0 pH  5,5 Késői endoszóma (multivezikuláris test=MVB) Lizoszóma pH  5,0

Michael S. Brown and Joseph L Michael S. Brown and Joseph L. Goldstein 1985-ben Nobel díjat kapott a koleszterin metabolizmus szabályozásának felderítéséért Az ábrák a Nobel díj átadásakor elmondott előadás ábrái.

Az LDL-R mutációi és következményeik Nincs receptor szintézis Nem jut el a membránba Nem tudja a az LDL-t megkötni Nem marad a receptor a membránban Nincs endocitózis

Familiáris hiperkoleszterinémia (leggyakoribb AD betegség) főbb tünetei Atherosclerosis szívinfarktus atheromák xanthomák

Ferrotranszferrin receptor mediált endocitózisa

Öröklődő haemochromatosis (a vas lerakódása) típusai   Mutated gene Type 1 Adult HFE Type 2A Juvenile Hemojuvelin Type 2B Hepcidin Type 3 Transferrin receptor-2 Type 4 Ferroportin Ha nem funkcióképes a transzferrin receptor-2 a szervezetben lerakódik a vas: szív, máj, endokrin mirigyek.

Szénhidrátlánc átalakítás Szénhidrátlánc szintézis Mi történik a Golgiban? ERGIC Cisz Golgi hálózat (CGN) Cisz Golgi Mediális Golgi Transz Golgi Transz Golgi hálózat (TGN) szekréció Szénhidrátlánc átalakítás Szénhidrátlánc szintézis Osztályozás

A lizoszómális enzimek M-6-PO4 jelet kapnak a CGN-ben

A Golgi és a késői endoszóma között kétirányú a transzport I (inclusion)-sejt betegség – a lizoszómális enzimek nem kapnak M-6-P szignált és nem szállítódnak a lizoszómába. Az endocitózissal bekerült anyagok nem tudnak lebomlani - letális

A transzport vezikulumok és a lizoszóma Transzport proteinek (monomerek kiszállítása)

A savas pH-t a proton pumpa biztosítja Endoszóma , lizoszóma belseje

Plazmamembrán komponensek lizoszómális lebontása (mono)

A lizoszómában megemésztődő anyagok különböző eredetűek

Autofágia Mitokondrium ER Membrán Lizoszóma

Autofágia 30 ATG (autofágiával kapcsolatos) gén 3 forma mikroautofágia makroautofágia csaperon közvetített autofágia Funkció – éhezés - szövetspecifikus funkciók – vvt - sejten belüli patogének eltávolítása - sérült sejtkomponensek eltávolítása - programozott sejthalál egyik formája

Az autofágia formái

Az autofágia kettős szerepe a betegségekben

Autofágia szerepe a betegségekben LAMP2 (lysosome associated membrane protein) mutációja okozza a Danon betegséget (igen ritka) – váz és szívizomban autofág vakuolumok halmozódnak fel – X-hez kötött GSDtypeIIb

Az endocitózis speciális formája és speciális szerepei

Az anyai immunglobulin transzcitózisa

Plazmamembrán receptor szám regulálása Szignál transzdukció Csak a ligand bomlik le, a receptor reciklizálódik A ligand és a receptor is lebomlik sejtválasz

Lizoszóma tárolási betegségek

Lizoszóma tárolási betegségek (kb. 50) Defective metabolism of glycosaminoglycans (11 enzim) (also known as the “mucopolysaccharidoses”) MPS I | MPS II | MPS III | MPS IV | MPS VI | MPS VII Defective degradation of glycan portion of glycoproteins aspartylglucosaminuria | fucosidosis, type I | fucosidosis, type II | mannosidosis | sialidosis, type I | sialidosis, type II Defective degradation of glycogen Pompe disease Defective degradation of sphingolipid components acid sphingomyelinase deficiency | Fabry disease | Farber disease | Gaucher disease, type I | Gaucher disease, type II | Gaucher disease, type III | GM1 gangliosidosis, type I | GM1 gangliosidosis, type II | GM1 gangliosidosis, type III | Tay-Sachs disease, type I | Tay-Sachs disease, type II | Tay-Sachs disease, type III | Sandhoff disease | Krabbé disease | metachromatic leukodystrophy, type I | metachromatic leukodystrophy, type II | metachromatic leukodystrophy, type III Defective degradation of polypeptides pycnodysostosis Defective degradation or transport of cholesterol, cholesterol esters, or other complex lipids neuronal ceroid lipofuscinosis, type I | neuronal ceroid lipofuscinosis, type II | neuronal ceroid lipofuscinosis, type III | neuronal ceroid lipofuscinosis, type IV Multiple deficiencies of lysosomal enzymes galactosialidosis | mucolipidosis II | mucolipidosis III Transport and trafficking defects cystinosis | mucolipidosis IV | infantile sialic acid storage disease (ISSD) | Salla disease

A lizoszóma defektusok sejttani okai Cathepsin A (eg.Tay-Sachs) Most mutations in 'classic' lysosomal storage disorders (LSDs) result in the delivery of a defective enzyme that has a reduced catalytic activity to lysosomes (label 1). In some cases, another protein that is required for optimal hydrolase activity is defective or absent (label 2). An LSD can be caused by the defective transport of a lysosomal hydrolase out of the endoplasmic reticulum (ER) due to a mutation that causes misfolding (label 3). Alternatively, an LSD can be caused by the defective transport of a lysosomal hydrolase out of the ER because a multi-enzyme complex that is required for transport cannot form (label 4). In the Golgi, defective glycosylation could result in an enzyme with reduced catalytic activity (label 5). Alternatively, defective glycosylation in the Golgi could produce an enzyme that cannot reach lysosomes because it cannot bind to mannose-6-phosphate receptors (due to defective glycosylation with mannose-6-phosphate; label 6). Defects in other transport steps from the Golgi could also lead to an LSD (label 7). Several LSDs are caused by defects in integral lysosomal membrane proteins. These include defects in transporters (label 8), or in proteins that are involved in other vital regulatory events of lysosomal function (label 9). In this figure lysosomal hydrolases are shown in various shades of blue, and a relevant LSD example is shown for each defect when one is known. For further details, please refer to the main text.

Pompe betegség (AR) 1-2% Lizoszómális alfa glikozidáz hiány – miopátia (szív, vázizmok), máj és idegrendszeri problémák GSDtypeII Enzim helyettesítés

Tay Sachs betegség (AR) Hexózaminidáz A(alfa) - lizoszómális enzim, ami a glikolipidek (gangliozidok - az idegsejtek membránjában nagyon sok található) lebontását végzi Hiányában a glikolipidek felhalmozódnak a sejtekben letális

Gaucher betegség (AR) Leggyakoribb lizoszóma tárolási betegség Glikozilceramid (főleg vvt és fehérvérsejtek membránjában) lebontásához szükséges glikozilcerebrozidáz (béta glikozidáz hiányzik) Fehér vérsejtek Lép, máj, agy, vese Bizonyos formáiban enzim helyettesítés Gaucher sejt

Lizoszóma tárolási betegségek terápiás lehetőségei Lysosomal storage disorder (LSD) treatments can be divided into those that directly modify the defective enzyme (red), those that reduce the levels of biosynthesis of the accumulating substrate (yellow), general treatments that deal mainly with the symptoms (green) and potential new therapies that will be based on intervening in downstream cellular pathways that are modified in LSDs (blue). Treatments that are framed in purple are in clinical use at present. With respect to treatments that directly modify the defective lysosomal hydrolase, recent studies have focused on the design of small molecules that are able to reactivate defective enzymes90, 91. The study of these so-called 'chemical chaperones' has received impetus from work showing that defective - glucosidase could be reactivated in a Gaucher-disease model107. However, a significant amount of work is still required before this approach can become a real therapeutic option for LSDs.

A fehérjék szintézise és szortírozása I. SRP szabad riboszóma (szintézis közben) Membránhoz kötött riboszóma Endoplazmás retikulum Ko-transzlációs transzmembrán transzport

A fehérjék szintézise és szortírozása II. Endoplazmás retikulum Vezikuláris transzport Golgi Transzport vezikulum Szekréciós vezikulum lizoszóma Reziduális test Plazmamembrán endoszóma

A fehérjék szintézise és szortírozása III. Sejtmag Kapu transzport szabad riboszóma (szintézis után) NLS

A fehérjék szintézise és szortírozása IV. szabad riboszóma (szintézis után) N-term. szignál nélkül C term. Mitokondrium Peroxiszóma Poszttranszlációs transzmembrán transzport Citoszol