Az eukarióta sejt legjelentősebb transzportja a vezikuláris transzport

Az előadások a következő témára: "Az eukarióta sejt legjelentősebb transzportja a vezikuláris transzport"— Előadás másolata:

1 Az eukarióta sejt legjelentősebb transzportja a vezikuláris transzport

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

3 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

4 Néhány genetikai betegség, amely hibás Golgi működésre vezethető vissza

5 A réz szerepe hasonló a vaséhoz

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

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

8 Fehérjék, amelyek hibája izomdisztrófiát okoz

9 Glikoziláció hiányában nincs kapcsolódás
A fehérjék glikozilációja a Golgiban történik.

10 Golgi glikozilációs enzimek, amelyek hibája izomdisztrófiát okoz

11 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

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

13 A vezikulumok membránja nemcsak fehérjéket, de membránlipideket is tartalmaz

14 Membránlipidek jelentősége,
szintézise és transzportja

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

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

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

18 A plazmamembrán foszfolipidjei
Phosphatidylinositol PE PS PC SM PI

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

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

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

22 A foszfolipidek elhelyezkedése a plazmamembránban
Negatív töltésű

23 Az apoptózis első jele a PS externalizációja

24 Plazmamembrán aszimetria

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

26 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

27 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)

28 Glikozilfoszfatidilinozitol (GPI) kötött fehérjék
C-term

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

30 Sima felszínű endoplazmás retikulum

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

32 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.

33 A specifikus ATP függő flippáz alakítja ki a foszfolipid aszimetriát

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

35 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

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

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

38 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)

39 További csoportosítás

40 Klatrin és nem klatrin mediált endocitózis

41 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

42 Fagocitózis

43 Apoptotikus sejtek fagocitózisa

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

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

46 Klatrin szerkezete és a
klatrin burkos vezikulum

47 Receptor (klatrin) mediált endocitózis
LDL= Low density lipoprotein

48 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

49 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.

50 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

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

52 Ferrotranszferrin receptor mediált endocitózisa

53 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.

54 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

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

56 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

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

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

59 Plazmamembrán komponensek lizoszómális lebontása
(mono)

60 A lizoszómában megemésztődő anyagok
különböző eredetűek

61 Autofágia Mitokondrium ER Membrán Lizoszóma

62 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

63 Az autofágia formái

64 Az autofágia kettős szerepe a betegségekben

65 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

66 Az endocitózis speciális formája és speciális szerepei

67 Az anyai immunglobulin transzcitózisa

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

69 Lizoszóma tárolási betegségek

70 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

71

72 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.

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

74 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

75 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

76 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.

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

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

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

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