Patologie sekrece Sekretorická dráha ER, Golgi Vesikulární transport Proteostáza
cell nucleus (transport regulated also by nuclear pores) mitochondria
peroxisome
ribosom ER membrane contacts Golgi
lyso exocytosis transcytosis endocytosis regulated
PM
constitutional
cílený transport proteinů
Signální AMK sekvence
cell nucleus (transport regulated also by nuclear pores) mitochondria
peroxisome
ribosom ER membrane contacts Golgi
lyso exocytosis transcytosis endocytosis regulated
constitutional
cílený transport proteinů
Signální peptid pro ER.
Molecular Biology of the Cell, Bruce Alberts, 2002
Sekretorická dráha LE
PM
trigger
ER,Golgi
(rozsáhlé postranslační modifikace) proteinů
Vesikulární transport → remodelace a biogenesa buněčných membrán včetně PM
e x o c y t o s i s
EC
lipoproteiny, hemokoagulační faktory, CRP, složky EC matrix, lysosomální enzymy, protilátky, cytokiny, IL, GF, některé hormony, proteiny a lipidy plasmatické membrány
continuous s.
exokrinní zymogenní a mucinosní granula, endokrinní granula,
cytotoxická granula T-lymfocytů, NK, primární granula granulocytů, densní granula trombocytů, granula heparinocytů, granula pneumonocytů II, melanosomy v sekrečních melanocytech, synaptické váčky
triggered secretion
Mucinosní buňka sliznice žaludku
Fibroblast
Osteoblast
hepatocyte
fibroblast
hepatocyt – buňka s intensivní konstitutivní sekrecí
synapse
exokrinní granula
endokrinní granula
Protein trafficking disorders
a. Poruchy vstupu proteinu do ER, poruchy jeho prostupu via ER b. Další postranslační úpravy c. Poruchy mechanismů vesikulárního transportu
Poruchy vstupu proteinu do ER • •
mutace v signální sekvenci proteinu mutace ve složce translokonu
→ absence fce. proteinu → mutovaný protein relokován v buňce do jiného místa než ER Zejména konstitutivní sekrece.
klinický fenotyp: malá velikost ledvin, chronická progresivní renální insuficience, renální selhání mezi 50-60 rokem věku, časná hypouricosurická hyperurikemie, anemie, mírná hyperkalemie, normotense
(Živná M et al. APMIS 2009)
Konformace proteinu; protein folding diseases
• interakce molekul se odehrávají v trojrozměrném prostoru • sekundární a terciární struktura proteinu s nejnižší volnou energií je za fyziolog. podmínek nejstabilnější • prevence hydrofobních interakcí (→ agregace) • onemocnění z patologických konformerů (toxicita)
ER
Molecular Biology of the Cell, Bruce Alberts, 2002
ER
Ubi=signální polypeptid
ERAF, ERAD Molecular Biology of the Cell, Bruce Alberts, 2002
Poruchy sbalování proteinu v ER • •
mutace (cargo) → alterace struktury proteinu→ a narušení jeho sbalení v ER mutace v chaperonech
→ absence funkce proteinu → poškození buňky s intensivní syntézou a sekrecí proteinu
ER Zejména konstitutivní sekrece.
retention in the endoplasmic reticulum „endoplasmic reticulum storage disease“
rer
* rer
*transport to the cytosolic proteasom
aggregation of the mutant protein
* Golgi
ER storage + decreased secretion ER stress of the mutant protein
histologically - hyalin dropplets in hepatocytes
ER stress ER stress = zvýšený přísun misfoldovaných nebo nesbalených proteinů do lumina ER vedoucí k aktivaci ERAF/ERAD (ER residentní chaperony) přísun převyšující kapacitu ER
ER storage
UPR (unfolded protein response) = set specifických signálních drah
• iniciace apoptózy • odpověď akutní fáze • kalciová intracelulární homeostáza
změna transkripčního a translačního programu buňky
emfyzém plic + hepatopatie
↓ hladina α1-antitrypsinu dPAS
AAT deficit (AAT storage disorder)
Další postranslační úpravy
glykosylace, sulfonace, proteolytické procesování, asemblace + protein sorting → dysfunkce skupiny proteinů Glykosidázy,transferázy,sulfatázy. Golgiho aparát (zejména).
Příklady poruch na úrovni postranslačních modifikací a sortingu • poruchy glykosylace CDG sy. = multiorgánové postižení glykoproteiny, muciny, proteoglykany, glykolipidy, GAGs • polysulfatázový deficit (postranslační modifikace v ER → aktivní centrum sulfatáz) • galaktosialidóza (deficit protektivního enzymu stabilizujícího komplex galaktosidáza/sialidáza) • M-6-P deficit → MLII (není inserce M-6-P značky do membrány transportní vesikuly v Golgiho aparátu)
Molecular Biology of the Cell, Bruce Alberts, 2002
sukcesivní enzymatická aktivita neutrálních glykosidas a glykosyltransferas
Golgi sorting
CDG = kongenitální poruchy glykosylace (ER nebo ER/Golgi)
• • • • • • •
PM retardace ataxie epileptické ataky retinopatie strabismus fibrosa jater dysmorfické rysy
glykoproteiny, muciny, proteoglykany, glykolipidy, GAGs
Regulace vesikulárního transportu
Cargo ovlivňuje transport vesikuly prostřednictvím asociace cytosolických proteinů (sekvence AMK v cytosolové části TM carga, cytosolová část receptoru pro cargo) Molekulární pláště transportních váčků („coated vesicles“)
membránové/s membránami asociované proteiny
identifikace a cílení váčků
Defekt fosforylace mannosového zbytku→ absence specifické značky pro transport enzymů do lysosomálního systému. ↑ hladina lysosomálních enzymů v EC prostoru. Generalizovaná porucha degradace substrátů v lysosomech.
mucolipidosa II, III
•Griscelli’s syndrome (ashen mouse) Rab27a-/Clinical: CTL and NK deficient; white hair; HLH (hemofagocytická lymfohistiocytosa)
Movement from MTOC to plasma membrane impaired
Target Rab27a-/CTL Rab27a is critical for the granules to reach the plasma membrane
CTL-mediated killing granzymes caspases etc
Death
perforin pore
CTL Fas ligand TcR
Fas
Apoptosis
MHCI
caspases etc Target
P815 targets labelled with YFP-mem CTL granules labelled with Lysotracker
•Griscelli’s syndrome Rab27a-/- ; Clinical: CTL and NK deficient; white hair; HLH Wild-type
+/ash LG
Rab27-/- granules do not dock at the immunological synapse
e
a ash/ash LG LG LG
ash/ash LG LG
LG
e
protein-trafficking disorders • mutations that alter protein structure and disrupt trafficking of the protein (the cargo); including mutations in protein signal sequence (→ block of the translocon) + chaperone network insufficiency • mutations in the genes encoding components of the vesicular transport machinery responsible for normal protein trafficking (inherited disorders of the vesicular trafficking-IDT)
Gissen and Maher 2007
Konec The end
vesikulární transport
targeted transport
docking and fusion
Fig 13-2 Vesicular transport. Trasport vesicles bud off from one compartment and fuse with another. As they do so, they carry material as cargo from the lumen and membrane of the donor compartment to the lumen and membrane of the target compartment, as shown.
Molecular Biology of the Cell, Bruce Alberts, 2002
pučení
odškrcení
oplášťující proteiny
transport po cytoskleletu
Molecular Biology of the Cell, Bruce Alberts, 2002
SNARE komplexy
Interakce komplementárních SNARE → specifické usazení (docking), svázání (tethering) a iniciální propojení membrán (porus formation)
Molecular Biology of the Cell, Bruce Alberts, 2002
Biochim Biophys Acta 2005;1744(3):465-517.
ERGIC (ER-Golgi transport container)
Regulují iniciální interakce a fúze SNARE proteinů a následné fúze membrán.
Rab proteiny
Rab proteiny
malé monomerní cytosolické GTPasy
heparinocyt
pneumonocyt typu II
LRO
trombocyt lymfocyt (CTL)
neutrofilní granulocyt melanocyt
Cells with secretory lysosomes use specialised secretion-regulating proteins
• Cytotoxic T lymphocytes • Natural killer cells • Mast cells • Neutrophils • Platelets • Pneumonocytes II secretory lysosomes (LRO)
• Melanocytes
melanosomes
syndrom Chediak-Higashi: (cytosolický LYST protein) syndrom Heřmanský - Pudlák (AP třída proteinů) syndrom Griscelli : Rab 27a
Kombinace poruch:
• snížená pigmentace (melanosomy) • zvýšená krvácivost (trombocyty) • lysosomální dysfunkce (makrofágy, renální PT) • immunodeficit (CTL, NK, PMN, makrofágy) • neurologické poruchy (synaptické váčky ?)
•Griscelli’s syndrome (ashen mouse) Rab27a-/Clinical: CTL and NK deficient; white hair; HLH (hemofagocytická lymfohistiocytosa)
Movement from MTOC to plasma membrane impaired
Target Rab27a-/CTL Rab27a is critical for the granules to reach the plasma membrane
CTL-mediated killing granzymes caspases etc
Death
perforin pore
CTL Fas ligand TcR
Fas
Apoptosis
MHCI
caspases etc Target
P815 targets labelled with YFP-mem CTL granules labelled with Lysotracker
•Griscelli’s syndrome Rab27a-/- ; Clinical: CTL and NK deficient; white hair; HLH Wild-type
+/ash LG
Rab27-/- granules do not dock at the immunological synapse
e
a ash/ash LG LG LG
ash/ash LG LG
LG
e
