A sejten belli fehrje transzport mechanizmusok Mi trtnik

A sejten belüli fehérje transzport mechanizmusok

Mi történik a fehérjékkel az ER-ben? • • • Kotranszlációs transzmembrán transzport Transzmembrán fehérjék végleges orientációja Proteolízis (szignál peptidáz) N-glikoziláció és módosítás (szintézis közben) Hajtogatás (PDI –protein diszulfid izomeráz, calnexin, calretikulin, Bi. P) • Multimer protein összeszerelése • Rosszul hajtogatott fehérjék citoszolba történő transzportja Cél: funkcióképes térszerkezet (harmadlagos, negyedleges) kialakítása = Minőség ellenőrzés

ER lumen fő jellemzői: oxidatív magas Ca 2+

Minőség ellenőrzés az ER-ben

Protein degradáció a proteaszómában poli

Unfolded protein response (UPR) Csaperon expresszió A rosszul hajtogatott fehérjék indukálják a hajtogatást segítő csaperonok szintézisét.

Endoplazmás retikulum tárolási betegségek (ERSD)

A fehérje hiánya okozza a betegséget – funkció vesztés (loss of function) A felhalmozódó hibás fehérje okozza a betegséget - toxikus funkció nyerés (gain of toxic function)

Endoplazmás retikulum tárolási betegségek 1. Protein hiány (ER retenció) Cystic fibrosis and associated diseases a 1 -antitrypsin deficiency without liver disease Congenital hypothyroidism: Thyroglobulin deficiency Thyroid peroxidase deficiency Thyroxin binding globulin deficiency Protein C deficiency Disorders of lipid metabolism LDL receptor defect Lipoprotein lipase deficiency Lipoprotein(a) deficiency Hereditary hypoparathyroidism Nephrogenic diabetes insipidus due to mutations in AVP receptor 2 or aquaporin -2 Growth hormone receptor deficiency Osteogenesis imperfecta Procollagen type I, IV deficiency Albinism/tyrosinase deficiency Obesity/elevated prohormone levels: prohormone convertase 1 deficiency 2. Toxikus protein vagy protein aggregátumok Autosomal dominant neurohypophyseal diabetes insipidus (aquaporin-2) Liver disease in a 1 -antitrypsin deficiency ? Creutzfeldt-Jakob disease ? Retinitis pigmentosa 3. Hibás transzport mechanizmus Combined coagulation factor V and VIII deficiency (ERGIC-53 mutation) Abetalipoproteinemia/deficiency of microsomal triglyceride transfer protein.

Cisztás fibrózis (AR) Nincs Cl- és víz transzport, sűrű nyálkaréteg, Fertőzések (tüdő)

Egy génnek különböző mutációi Alléljei vannak (multiplex allélizmus)

CFTR szerkezete NBF = ATP kötőhely F 508 – 508. aminosav hiányzik

CFTR transzport F 508 CFTR fehérje hajtogatódása nem jó, lebomlik a fehérje, nincs CFTR a plazmamembránban Southern K W Arch Dis Child 1997; 76: 278 -282 © 1997 by BMJ Publishing Group Ltd and Royal College of Paediatrics and Child Health

Cisztás fibrózis génterápiája

Endoplazmás retikulum tárolási betegségek 1. Protein hiány (ER retenció) Cystic fibrosis and associated diseases a 1 -antitrypsin deficiency without liver disease Congenital hypothyroidism: Thyroglobulin deficiency Thyroid peroxidase deficiency Thyroxin binding globulin deficiency Protein C deficiency Disorders of lipid metabolism LDL receptor defect Lipoprotein lipase deficiency Lipoprotein(a) deficiency Hereditary hypoparathyroidism Nephrogenic diabetes insipidus due to mutations in AVP receptor 2 or aquaporin -2 Growth hormone receptor deficiency Osteogenesis imperfecta Procollagen type I, IV deficiency Albinism/tyrosinase deficiency Obesity/elevated prohormone levels: prohormone convertase 1 deficiency 2. Toxikus protein vagy protein aggregátumok Autosomal dominant neurohypophyseal diabetes insipidus (aquaporin-2) Liver disease in a 1 -antitrypsin deficiency ? Creutzfeldt-Jakob disease ? Retinitis pigmentosa 3. Hibás transzport mechanizmus Protein hiány(nincs transzport az ER-ből) Combined coagulation factor V and VIII deficiency (ERGIC-53 mutation) Abetalipoproteinemia/deficiency of microsomal triglyceride transfer protein.

Alfa 1 antitripszin funkciója Proteáz inhibitor, a máj termeli Fertőzések neutrofil granulociták elasztázt (proteáz) bocsájtanak ki elpusztítják a kórokozókat, de ha nincs megfelelő mennyiségben alfa 1 antitripszin, a tüdő szövetei is roncsolódnak (az elasztáz és az alfa 1 antitripszin egyensúlya szükséges) emphysema (csökken a légzőfelület) Homozigótákban expresszálódik

Heterozigótákban a dohányzás kiválthatja Dohányzás – több elasztáz

Alfa 1 antitripszin hiány oka és következményei • Génmutáció következményeként rosszul hajtogatott fehérje keletkezik, ami az ER minőség ellenőrző működése következtében lebomlik – hiányzik a fehérje emphysema alakul ki • A betegek kisebb százalékában májkárosodást is okoz, nehezen vagy egyáltalán nem bomlik le a fehérje (aggregátumok jönnek létre, amelyek gátolják a sejtek működését)

Alpha 1 antitripszin akkumuláció hepatocitákban HE immunohisztokémia

Endoplazmás retikulum tárolási betegségek 1. Protein hiány (ER retenció) Cystic fibrosis and associated diseases a 1 -antitrypsin deficiency without liver disease Congenital hypothyroidism: Thyroglobulin deficiency Thyroid peroxidase deficiency Thyroxin binding globulin deficiency Protein C deficiency Disorders of lipid metabolism LDL receptor defect Lipoprotein lipase deficiency Lipoprotein(a) deficiency Hereditary hypoparathyroidism Nephrogenic diabetes insipidus due to mutations in AVP receptor 2 or aquaporin -2 Growth hormone receptor deficiency Osteogenesis imperfecta Procollagen type I, IV deficiency Albinism/tyrosinase deficiency Obesity/elevated prohormone levels: prohormone convertase 1 deficiency 2. Toxikus protein vagy protein aggregátumok Autosomal dominant neurohypophyseal diabetes insipidus (aquaporin-2) Liver disease in a 1 -antitrypsin deficiency ? Creutzfeldt-Jakob disease ? Retinitis pigmentosa 3. Hibás transzport mechanizmus Combined coagulation factor V and VIII deficiency (ERGIC-53 mutation) Abetalipoproteinemia/deficiency of microsomal triglyceride transfer protein.

A pajzsmirigy jódtartalmú hormonjainak termelése follikulusok • Jodid felvétel, átszállítás és leadás a lumenbe • Tireoglobulin (sok tirozin) szintézis • Peroxidáz (TPO) szintézis és leadás • peroxidáz jódozza a tireoglobulin tirozinjait (MIT, DIT) • tárolás colloid

A pajzsmirigy jódtartalmú hormonjainak termelése follikulusok • Tireoglobulin felvétele, emésztése és a T 3 (trijódtironin) és T 4 (tiroxin) felszabadul • T 3 és T 4 leadása a vérbe • a vérben tiroxin kötő fehérjéhez kötődik (TBG)

A pajzsmirigy jódtartalmú hormonjainak termelése

Veleszületett hypothyroidismus okai A hormonok szintézisében ill. működésében szerepet játszó fehérjék hiánya: pl. a mutáns fehérje rosszul hajtogatódik (ER-ben marad), nem kerül ki a sejtből • Tireoglobulin hiány • Pajzsmirigy (thyroid) peroxidáz (TPO) hiány • Tiroxin kötő fehérje hiány

Endoplazmás retikulum tárolási betegségek 1. Protein hiány (ER retenció) Cystic fibrosis and associated diseases a 1 -antitrypsin deficiency without liver disease Congenital hypothyroidism: Thyroglobulin deficiency Thyroid peroxidase deficiency Thyroxin binding globulin deficiency Protein C deficiency Disorders of lipid metabolism LDL receptor defect Lipoprotein lipase deficiency Lipoprotein(a) deficiency Hereditary hypoparathyroidism Nephrogenic diabetes insipidus due to mutations in AVP receptor 2 or aquaporin -2 Growth hormone receptor deficiency Osteogenesis imperfecta Procollagen type I, IV deficiency Albinism/tyrosinase deficiency Obesity/elevated prohormone levels: prohormone convertase 1 deficiency 2. Toxikus protein vagy protein aggregátumok Autosomal dominant neurohypophyseal diabetes insipidus (aquaporin-2) Liver disease in a 1 -antitrypsin deficiency ? Creutzfeldt-Jakob disease ? Retinitis pigmentosa 3. Hibás transzport mechanizmus Combined coagulation factor V and VIII deficiency (ERGIC-53 mutation) Abetalipoproteinemia/deficiency of microsomal triglyceride transfer protein.

Vese eredetű diabetes insipidus nem megfelelő a vesében a víz visszaszívása ok: - nem működik a vazopresszin receptor - aquaporin nem működik A víz diffúzióval és fehérje (aquaporin) segítségével mehet át a membránon.

(AVP) Under normal physiological conditions, decreases in blood pressure or blood volume and increases in extracellular sodium cc. Arginine vasopressin (AVP) is released into circulation, causing water retention in the renal collecting duct cell. In the collecting duct cell, AVP targets the V 2 receptor, activating protein kinase by way of c. AMP and phosphorylates aquaporins that insert into the luminal cell membrane of the collecting duct. With aquaporins in place, large volumes of water are reabsorbed from the tubular fluid, subsequently increasing body water, blood pressure, and blood volume. Blood Collecting Duct lumen In the case of given mutation of AVP receptor OR aquaporin causing misfolding of the proteins in ER, the proteins are degraded and not transported to plasmamembrane.

Rosszul hajtogatott fehérjék szerepe a neurodegeneratív betegségekben

Summary of proposed involvement of protein misfolding in neurodegenerative diseases

Az eukarióta sejt legjelentősebb transzportja a vezikuláris transzport

Vezikuláris transzport mechanizmusa

Vezikuláris transzport főbb lépései 1. Fehérjék kiválogatása, majd vezikulumba csomagolása ligand – receptor – burok képző fehérje (+adaptor) kis G protein

A vezikulumok tartalma specifikus citoszol Specifikus kapcsolódás Burok fehérje Adaptor fehérje lumen Receptorok és burkok biztosítják

A burok fehérjék (kívül) • Klatrin • COPI és II • kaveolin A vezikulum burkai előbb (klatrin) vagy utóbb (COP) leválnak. leválás kialakulás energiaigényes

A burkok útvonal specifikusak

Klatrin szerkezete és a klatrin burkos vezikulum

Vezikuláris transzport főbb lépései 1. Fehérjék kiválogatása, majd vezikulumba csomagolása ligand – receptor – burok képző fehérje (adaptor) kis G protein 2. Vezikulum lefűződése speciális foszfolipid összetétel (a membránban) mechanoenzim (a vezikulum lefűzéséhez)

A klatrin burkos vezikulumok lefűződése egy mechanoenzim, a dinamin (monomer G protein) segítségével történik

Vezikuláris transzport főbb lépései 1. Fehérjék kiválogatása, majd vezikulumba csomagolása ligand – receptor – burok képző fehérje (adaptor) kis G protein 2. Vezikulum lefűződése speciális foszfolipid összetétel (a membránban) mechanoenzim (a vezikulum lefűzéséhez) 3. A vezikulum szállítása diffúzió, citoszkeleton

A vezikulumok a citoszkeleton segítségével szállítódnak Aktin filamentum (miozin) mikrotubulus (dinein vagy kinezin)

Vezikuláris transzport főbb lépései 1. Fehérjék kiválogatása, majd vezikulumba csomagolása ligand – receptor – burok képző fehérje (adaptor) kis G protein 2. Vezikulum lefűződése speciális foszfolipid összetétel (a membránban) mechanoenzim (a vezikulum lefűzéséhez) 3. A vezikulum szállítása diffúzió, citoszkeleton 4. Célmembrán megtalálása és dokkolás komplemeter v és t. SNARE-k Rab (monomer G) fehérjék

Hogyan találják meg a vezikulumok a célmembránjukat? Donor kompartment Célkompartment 1 Dokkolás fúzió Célkompartment 2

Monomer (kis) G-fehérjék

Rab monomer G fehérje szerepe a dokkolásban Rab fehérje: GTP kötött formában beépül a membránba GDP kötött formában szolubilis

A Rab monomer G proteinek specifikusak az adott vezikuláris transzportra

Vezikuláris transzport főbb lépései 1. Fehérjék kiválogatása, majd vezikulumba csomagolása ligand – receptor – burok képző fehérje (adaptor) kis G protein 2. Vezikulum lefűződése speciális foszfolipid összetétel (a membránban) mechanoenzim (a vezikulum lefűzéséhez) 3. A vezikulum szállítása diffúzió, citoszkeleton 4. Célmembrán megtalálása és dokkolás komplemeter v és t. SNARE-k Rab (monomer G) fehérjék 5. Fúzió SNARE-ek és fúziós fehérjék SNARE-ek szétválasztása (NSF)

Membrán fúzió Nature Medicine 8, 1059 - 1062 (2002)

Kapcsolódó SNARE-eket az NSF választja szét

Neurotoxinok amelyek az idegsejtek vezikuláris transzportját (SNARE-ket) gátolják • Tetanus toxin (Clostridium tetani) gátló neurotranszmitterek nem tudnak kiürülni (nincs exocitózis) • Botulinum toxin (Clostridium botulinum) stimuláló neurotranszmitterek nem tudnak kiürülni

Az eukarióta sejt legjelentősebb transzportja a vezikuláris transzport

A szekréciós útvonal Golgi

A Golgi készüléket Camillo Golgi fedezte fel Internal reticular apparatus (1897) – Golgi komplex – Golgi Nobel díj 1906 Fém impregnáció

A Golgi szerkezete polarizált (szerkezet és funkció) Transzmissziós elektron mikroszkópos kép Fénymikroszkópos kép (immuncitokémia) Sémás kép

A Golgi alkompartmentjei

Golgi ER-Golgi intermedier kompartment (ERGIC-53) Endoplazmás retikulum

A véralvadás sémája X-kromoszómához kötött Kombinált hiányuk oka, az ERGIC-53 fehérje mutációja (csaperon fehérje, amely a VIII és V faktor szekréciójához kell) A faktorok a májban termelődnek

Mikrotubulusok szerepe a Golgi szerkezet fenntartásában 2002 by Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter. Intakt MT Golgi- zöld Mikrotubulus (MT) - piros depolimerizált MT

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

Golgi funkciói • N- oligoszacharid lánc módosítása, új oligo- vagy poliszacharid láncok kötése - M-6 -PO 4 csoport (lizoszómális enzimek) - nincs változtatás (sok mannóz) - mannózok cseréje más monoszacharidokra - O-glikoziláció - proteoglikán szintézis • SO 4 csoport kötése aminosavakra vagy szénhidrátláncra • lipidek módosítása – glikolipidek, - szfingomielin • proteolízis • osztályozás – vissza az ER-be - Golgi proteinek visszatartása - TGN – lizoszóma, plazmamembrán

Glikoziláció • Oligoszacharid lánc kapcsolása fehérjéhez (lipidhez) • Glikozil transzferázok katalizálják • N-glikoziláció (Asn) ER-ben történik, ER-ben és Golgiban módosul (hosszabb lánc) • O-glikoziláció (Ser, Thr) Golgiban történik (rövidebb láncok)

Glikoziláció

Proteoglikánok Plazmamembrán ECM N and O oligosaccharides are not shown A fehérjéhez ismétlődő diszacharidokból (negatív töltésű - COOH, -SO 4) álló glükózaminoglikánok (pl. hialuronsav, kondroitin szulfát, dermatán szulfát és heparán szulfát) poliszacharidok kapcsolódnak.

Membránlipid szintézis

Kétirányú transzport a d. ER és a Golgi között anterográd retrográd ER retenciós szignál KDEL a C terminális végen

A plazmamembrán felé irányuló transzport: konstitutív és a regulált szekréció (exocitózis) Minden sejt állandóan pl. membrán pótlás, ECM szignál Csak bizonyos sejtek, ingerre idegsejtek és mirigy sejtek

Polarizált sejtben a konstitutív szekrécióval a megfelelő helyre kell eljuttatni a membránkomponenseket

Néhány genetikai betegség, amely hibás Golgi működésre vezethető vissza

Cu metabolizmus Bélhámsejt májsejt ATP 7 B ATP 7 A Vér

Menkes kór - ATP 7 A mutáció – XR – Cu hiány - enzimek működéséhez kell Wilson kór - ATP 7 B (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