Hücre içi Veziküler Taşınım &

Golgi Kompleksi ve Endozom

Arş. Gör. Göktan KUŞPINAR( Yüksek Lisans Öğrencisi )

Doç. Dr. Berrin AVCI( Moderatör )

Seminer Akışı

Golgi Kompleksi Morfolojisi – Hücre içi yerleşimi - Fonksiyonu

Endozom Morfolojisi – Hücre içi yerleşimi – Fonksiyonu

Hücre içi veziküler taşınım Vezikül oluşum moleküler mekanizmaları

Vezikül hedeflenmesi ve hedefe füzyonu

Klinik korelasyonlar

Golgi Kompleksi

Camillo Golgi ( 1898 )

İlk kez nöronlarda tespit edildi

“ internal reticular apparatus “

Nobel Prize in Physiology or Medicine 1906

Nükleus çevresinde yer alır

Hem ekzositoz ile protein salgılayan hücrelerde hem de membran ve membranla ilişkili protein sentezleyen hücrelerde iyi gelişmiş (sinir hücresi)

Golgi Kompleksi

Golgi kompleksi polarite gösterir

Cis yüzü ( giriş veya oluşum yüzü ) cis-Golgi

Trans yüzü ( çıkış veya olgunlaşma yüzü ) trans-Golgi

İki yüz arasında medial-Golgi

Golgi Kompleksi

Hücrenin sentezlediği ürünlerin;

Post-translasyonel modifikasyonlar

(glikozlama, sülfatlama, fosforlama,

hidroksilleme)

Protein seçilimi Paketlenmesi Kargo hedeflenmesi

Golgi’den Protein Sekresyonunu

Apikal Plazma Membranı Çok sayıda ekstrasellüler protein ve membran proteini Kaplı olmayan veziküller

Bazolateral Membran TGN’de eklenmiş spesifik sıralayıcı sinyal taşıyan proteinlerEpitel-spesifik adaptör protein ile ilişkili henüz tanımlanmamış bir protein ile kaplı veziküller

Endozom ve lizozom

Apikal sitoplazma

ENDOZOMLAR

Erken endozom, hücre membranına yakın sitoplazma bölümünde

Geç endozom, sitoplazmanın daha derin kısmında lokalize, erken endozomdan köken alan veziküllerin birleştiği yapı

Geç endozom lizozoma olgunlaşır.

Erken Endozom Geç Endozom

Erken endozom

Plazma membranına yakın yerleşimli

Tubulovesiküler yapı: Lümen membran invajinasyonları ile sisternalara bölünmüş

Tubuler bölüm; membran için ayrılan integral membran proteinlerinin çok büyük kısmını

Veziküler bölüm ise; salgı kargo proteinlerini içerir.

Hafif asitik ortam. (pH 6.2 - 6.5)

Geç endozom

Sitoplazmanın derin kısımlarında yerleşik - Soğan-benzeri iç membranlar

Daha asitik ortam (ortalama pH 5.5)

Multiveziküler cisimler ( MVBs) Erken ve geç endozomlar arasında işlev gören selektif transport vezikülleri

Geç endozomlar lizozoma olgunlaştığı için prelizozom olarak ta adlandırılırlar.

Geç endozomlar, birbirleri ve matür lizozomlar ile birleşebilirler.

1. Sabit (stable) kompartman modeli

Endozomlar, veziküler transport aracılığıyla hücre dışı ile Golgi kompleksi arasındaki ilişkiyi sağlayan sabit hücresel organallerdir.

Plazma membranında oluşan kaplı veziküller eksprese edilen yüzey reseptörleri nedeniyle sadece erken endozom ile birleşir.

Endozom oluşum mekanizmaları

2. Maturasyon modeli

Erken endozomlar plazma membranından köken alan endostatik veziküllerden yeniden oluşurlar.

Erken endozomun membran kompozisyonu derece derece değişir.

Bu olgunlaşma süreci geç endozom ve daha sonra lizozom oluşumuyla sonuçlanır.

Endozom oluşum mekanizmaları

Endositoz alınan proteinlerin seçilimi

Erken endozomdan ortaya çıkan veziküllerin ve tubüllerin şekli ve geometrisi, sıralama mekanizmasının temeli, lokalize pH değişikliklerinin bulunduğu bir ortam

Bu mekanizmada; - Ligant reseptöründen ayrılır. - Dar tubüller ve veziküller, büyük moleküllerin sıralanmasına, bu moleküllerin spesifik seçilim bölümüne girmesini mekanik olarak engelleyerek yardımcı olabilir.

- Seçilimden sonra proteinlerin pek çoğu hızla yeniden dönüştürülür ve fazla membran plazma membranına geri döner.

Erken Endozomların Fonksiyonları

Erken Endozomlarda ligand-reseptör kompleksi

Hücreler :

Besin kaynaklarına erişim

Mikroçevre oluşturma

İletişim

Çevresel etkilere yanıt

Hücre içi Veziküler Taşınım

Hücresel Taşınım Mekanizmaları

II. Hücre iç komponentleri arasında

I. Hücre – Ekstrasellüler alan arasında

Pasif (basit) difüzyon

Kolaylaştırılmış difüzyon

Aktif transport

Endositoza. Fagositozb. Pinositozc. Reseptör–aracılı endositoz

Ekzositoz

Hücre Membranı( Sitomembran )

Hücre içi Membran Sistemleri

Membran kaplı taşıyıcı Vezikül

Transport iki membran arasındaKargo vezikülü

Hücre içi kompartmanlaşma

Yapı, işlev ve içerik farklılaşmaları

İki kompartman arasında taşınım

Mikroçevre ile madde alışverisi

Tek bir çatı altında : Sayısız farklı ürün Hatasız düzen

Veziküler Taşınım :

Endoplazmik Retikulm (ER) - Golgi kompleksi veziküler taşınımı Golgi kompleksinden hedeflenmiş veziküler taşınımı

ER-Golgi Veziküler Taşınım

Vesikül tipi

Örtücü proteinler

GTPaz Yön

COPIISec23/24 &

sec13/31kompleksler, Sec12

Sar1

ER’den cis-Golgi’ye

AnterogrageTransport

COPI 7 farklı subunit ARF

cis-Golgi’den ER’a kadarRetrograde transport

ER - Golgi vezikül oluşumun moleküler mekanizması

SEC23 mutasyonları kollojen salınımı defektleri *

*Boyadjiev, S. A. et al. Cranio-lenticulo-sutural dysplasia is caused by a SEC23A mutation leading to abnormal endoplasmic-reticulum-to‑Golgi trafficking. Nature Genet. 38, 1192–1197 (2006).

SEC31 monoubitinleştirilmesi fare embriyonik kök hücrelerinde prokollojenlerin ER salınımında gerekli *

*Jin, L. et al. Ubiquitin-dependent regulation of COPII coat size and function. Nature 482, 495–500 (2012).

SAR1 mutasyonları büyük lipopretinlerin entorositlerden salınım defektleri sonucu lipit malabsorbsiyonu *

*Jones, B. et al. Mutations in a Sar1 GTPase of COPII vesicles are associated with lipid absorption disorders. Nature Genet. 34, 29–31 (2003).

*Silvain, M. et al. Anderson’s disease (chylomicron retention disease): a new mutation in the SARA2 gene associated with muscular and cardiac abnormalities.Clin. Genet. 74, 546–552 (2008)

ERES ERGİC Cis - Golgi

ERES deki TANGO1– cTAGE5 transmembran protein kompleksi kargo seçilimindeki önemi *SEC23 - SEC24 ile etkileşimi ve prokollojen salınımındaki rolleri *

*Saito, K. et al. cTAGE5 mediates collagen secretion through interaction with TANGO1 at endoplasmicreticulum exit sites. Mol. Biol. Cell 22, 2301–2308 (2011).

Golgi - ER vezikül oluşumun moleküler mekanizması

Golgi kompleksinden hedeflenmiş veziküler taşınımı

Vesikül tipi Örtücü proteinler

GTPaz

klatrin ve adaptor

proteinler

klatrin & AP1 kompleksler

ARF

Klatrin ve Adaptin Kaplı veziküller

İlk olarak tanımlanan vezikül kılıf proteini

3 ağır + 3 hafif Zincir = “ Triskelien “ yapısı

Golgi kompleksinden tomurcuklanan veziküllerin hedefleri

Endozom & Lizozom

Sekresyon

Endozom & Lizozom

GER ‘da sentezlenen lizozomal enzimler (hidrolazlar) enzimatik olarak inaktiftir. ( Prohidrolaz)

Cis – Golgi de glikozillenmiş prohidrolazlar yüzeylerinde açıkta kalacak “signal patch” oluşması için özel bir şekilde katlanırlar.

Signal patch, Trans Golgi ’de M-6-P eklenerek modifiye edilir.

Erken ve geç endozomların M-6-P reseptörleri prohidrolazın yüzeyindeki M-6-P bağlarlar.

Geç endozomun asitik pH’sı M-6-P’ın reseptörden ayrılmasını sağlar.

Her kaplı vezikül kafes şeklinde olmayabilir !

Endozom Golgi

Asit Hidrolaz Reseptörü

Mannoz 6-P Reseptörü

Retromer Vezikül

SekresyonTemel ( constitutive ) salgı : Salgılama

devamlıdır. Proteinler, sentezlenir

sentezlenmez hücreyi terk eder,

depolanmaz.

Örn; fibroblastlardan tropokollagen sentezi

Düzenli salgı : Proteinler, konsantre edilir ve geçici bir süre sekretuvar granüllerde depolanır. Sekresyon için uyarı (hormonal veya nöral stimulus) gereklidir. Örn; gastrik mukozadaki esas hücrelerden veya pankreasın asiner hücrelerinden zimogen granüllerin salınması

• Temel salgı yolağı

• Düzenli salgı yolağı

Temel (constitutive) salgılama yolağı

Veziküller ile Golgi’den ayrılma

Hücre yüzeyine bırakılma

Buradan endositoz ile alınma

Erken endozom

Geç endozom

Lizozom

Golgiden kaplı vezikül salgılama yolağı

Klatrin kaplı veziküller ile Golgi’den çıkış

Geç endozom ile füzyon

Lizozomal membran proteinlerinin hedeflerine ulaşması:

Fosfoinositol

Kaplı vezikül – GTPaz’ları

Dynamin

Vezikül Oluşum Kontrol Mekanizmaları

I. Fosfoinositol

Farklı organeller için farklı

fosfoinositol fosfoinostiol kinaz fosfoinostol fosfataz

II.Kaplı vezikül – GTPaz’ları

Vesikül tipi GTPaz

COPII Sar1

COPI ARF

klatrin ARF

III.Dynamin

Vesikül Tomurcuklanması

Vezikül Hedeflenmesi ve Membran Füzyonu

Membran Hedeflenmesi RAB – GTP protein ailesi

Membran FüzyonuSNARE protein ailesiNSF protein ailesi

Homofilik Füzyon

SNARE – SNF araçılı geri dönüşümü

Füzyon

Veziküler Taşınım Klinik Yaklaşımlar

Pelizaeus-Merzbacher (Hipomiyelinazsyon)

PLP1 mutasyonu

Mutant PLP1 ( proteolipid protein 1 )

retrograde taşınım bloklanması

Golgi frangmantasyonu

Veziküler Taşınım Klinik Yaklaşımlar

Dyschromatosis universalis hereditaria

ABCB6 gen mutasyonu ( missence )

Asemptomatik hiper – veya hipo pigmentasyon

Proksimal spinal muscular atrofi

SMN1 yetersiz ekspresyonu

Trans-golgi granül salınım bloklanır

Golgi Kompleksi Klinik Yaklaşımlar

Parkinson

Pre - sinaptik protein a-synuclein birikimi ER – Golgi transport bloklanması

RAB1-RAB2 -SNARE ailesinden syntaxin-5 (STX5) yokluğu ve RAB8 overekspresyonu

Golgi fragmantasyonu

Smith-McCort dysplasia

RAB33B mutasyonu Golgi şismesi (swelling) - fragmantasyonu

Golgi Kompleksi Klinik Yaklaşımlar

MACS Sendromu (macrocephaly, alopecia, cutis laxa ve scoliosis)

RIN2 sendromu

RAB5 – RIN2 birikimi

Angeleman Sendromu

UBE3A – ubikitin ligaz ekpresyon artışı Golgi PH artışı – Golgi sisterna ozmotik şişme Protein silasyonun da defektler

Golgi Kompleksi Klinik Yaklaşımlar

Duchenne muscular dystrophy

Hatalı Golgi kompleksi organizasyonu

Dystrophin proteini yokluğu

GV oositlerde hücre merkezinde, perifere göre yoğun dağınık yerleşimli düzenli – düz yüzlü sisternalı membran sistemleri

GVBD sırasında fragmante,noktasal yapılar olarak hücre merkezinde

Golgi Kompleksi

FPB atılım aşamasında yeniden gözlemlenebilir ve kortital granüller salınımından sorumludur.

Brefeldin – A ( membran trafik inhibitörü ) GV oositlere

Fare GV oositlerinde MI mayotik ağ oluşumunu blok – GVBD arrest

Bovine GV oositlerinde 8- blastomer aşamasına kadar gelişim

İşlevsel golgi kompeksi GVBD ve 8 – blastomerli gelişim aşamasından sonrası için gerekli

GM130 ( cis-Golgi protein ) Mikotubül organizasyonu – mayotik ağ ( spindle ) organizasyonu, göç ve asimetrik bölünme

İnsan GV oositi - gelişen kortikal granüller (transmission electron microscopy, 35,700x)

SMAP2 Arf GTPaz aktive edici protein, klatrin kaplı vezikül oluşumu

SMAP2 mutasyonları – sağlıklı erkek fareler Infertil ve globozospermi

Spermiyogenezin ilk basamağı – Golgi evresinde defektler – akrozom formasyonu defektleri

Kaynaklar

Histoloji Konu Anlatım ve Atlas – Micheal H. Ross, Wojciech Pawlina

Organization of the ER–Golgi İnterface for membrane traffic control*

Nature - JUNE 2013 | VOLUME 14 Federica Brandizzi1 and Charles Barlowe

Prof. Dr. F. Zehra MİNBAY – Uludağ Tıp Fakültesi Ders Notları

Prof. Dr. A. Sahin SIRMALI – Uludağ Tıp Fakültesi Ders Notları

Moleculer Biology of the the Cell – Bruce Alberts, Alexande Jrohnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Pete Wr alter

Histoloji ve Hücre Biyolojisine Giriş – Abraham L. Kierszenbaum