1. Figure 13-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

2. Figure 13-2 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

3. Le frecce rosse e verdi indicano rispettivamente le vie di esocitosi ed endocitosi. Le frecce blu indicano le vie di recupero di componenti selezionati (membrane con proteine che vengono riciclate).
Figure 13-3a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

4. Le frecce rosse e verdi indicano rispettivamente le vie di esocitosi ed endocitosi. Le frecce blu indicano le vie di recupero di componenti selezionati (membrane con proteine che vengono riciclate).
Figure 13-3b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

5. Le vescicole che smistano molecole tra i compartimenti cellulari si formano con un “rivestimento” di clatrina o COP-I o Cop-II.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

6. Ogni compartimento donatore adotta un tipo specifico di rivestimento
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

7. Fosse e vescicole rivestite di clatrina
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

8. Triskel di clatrina: 3 catene leggere tengono insieme le estremità di 3 catene pesanti. Le estremità libere non giacciono nel piano della figura, ma sono dirette tutte sopra o tutte sotto, determinando un “incavo” nello spazio.
Figure 13-7a, b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

9. La forma incavata dei triskel fa in modo che l’associazione di più triskel (per sovrapposizione di parte delle catene lunghe) produca una gabbia sferica.
Figure 13-7c, d Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

10. La forma incavata dei triskel costringe la membrana (del Golgi o della superficie cellulare) a curvarsi, formando prima una fossa, poi una gemma; infine, la gemma si stacca sotto forma di una sfera. A questo punto, poiché la sfera si allontana dal compartimento donatore, i triskel vengono rilasciati. Infatti, le sovrapposizioni delle catene lunghe dei triskel sono stabili solo dove la concentrazione di Ca+2 è bassa (cioè in prossimità di RER, Golgi e membrana plasmatica, dove ci sono sistemi di efflusso dello ione dal citosol); allontanandosi dalla membrana donatrice, la sfera trova concentrazioni maggiori di Ca+2, che destabilizzano la struttura della gabbia. Notare che la clatrina riconosce specifici “adattatori”, che sono associati ad altrettanto specifici “recettori di cargo”: così, nella vescicola sono selezionate solo le molecole di un cargo specifico.
Come descritto in seguito, anche COP-I e COP-II sono reclutate da specifici adattatori.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

11. Il distacco della gemma è provocato da un complesso che “strozza” il collegamento tra gemma e membrana donatrice, provocando la fusione di due “doppi strati lipidici”. Dopo che la gemma si è formata e il complesso di fusione ha operato, il rivestimento ha esaurito la sua funzione e la vescicola, migrando verso l’ambiente con maggiore concentrazione di Ca+2, si sveste del rivestimento
Figure 13-12a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

12. Video su clatrina (5V1)
Figure 13-12b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

13. Sulle membrane dei diversi compartimenti sono presenti diversi enzimi che producono diversi fosfoinositidi, cioè molecole di fosfatidil-inositolo con numero e disposizione diversa di gruppi fosfato sull’anello. Come si vede in D, questi enzimi sono specifiche kinasi e fosfatasi e producono repertorio di molecole diverse: in ogni compartimento non ci sono tutti questi enzimi, ma soltanto alcuni che, quindi, fanno accumulare soltanto alcuni fosfoinositidi.
Può darsi che il tipo di attività (kinasi/fosfatasi), che fa accumulare un dato fosfoinositide in un posto specifico, dipenda dal recettore di cargo (che seleziona anche il tipo di adattatore per il rivestimento, cfr. fig. 10). Le proteine citosoliche in E e F devono partecipare al rivestimento.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

14. La distribuzione dei diversi tipi di fosfatidil-inositoli (indicata dai diversi colori in figura) è causata da diverse kinasi e fosfatasi, che sono localizzate in siti specifici di differenti domini di membrana.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

15. La figura descrive la prima tappa del rivestimento con COP-I o COP-II: l’attivazione ed adesione di una GTPasi monomerica.
Sar1-GTP, in particolare, recluta COP-II dal citosol e si associa ad adattatori per recettori di cargo (mostrati nella figura seguente).
Arf (che oltre all’elica anfipatica possiede una catena acilica che stabilizza l’interazione con la membrana) recluta COP-I e si associa ad adattatori per recettori di cargo; questi adattatori possono legare anche Clatrina (a seconda del contesto di PIPn).
Figure 13-13a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

16. La figura descrive la seconda tappa del rivestimento con COP-II: la formazione del complesso “recettore di cargo”-adattatore-Sar; Sec24 e Sec23 sono subunità di un adattatore. Nel caso del rivestimento con COP-I, è Arf che è presente nel complesso.
Figure 13-13b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

17. COP II stimola l’attività GTPasica (cioè si comporta da GAP) e, quindi, provoca lo “svestimento” (cioè la vescicola resta nuda).
Anche le vescicole rivestite di COP I si “svestono” allo stesso modo. Invece, le vescicole rivestite di clatrina si svestono perché si inoltrano contro gradiente di calcio: quindi, la clatrina è stabile nei microambienti in cui c’è meno calcio (cioè sotto la membrana plasmatica e vicino al RER e al Golgi, dove lavorano le pompe che allontanano il calcio dal citosol).
Figure 13-13d Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

18. Assetto del rivestimento di COP II; quello di COP-I è simile
Assetto del rivestimento di COP II; quello di COP-I è simile. Notare che, tra le maglie, c’è spazio per il segnale di indirizzo (Rab), che è una GTPasi monomerica simile a Sar e Arf ma con funzione diversa (cioè non partecipa al rivestimento ma ad “indirizzare” la vescicola verso un compartimento accettore). Anche tra le maglie di COP I e di Clatrina c’è spazio per alloggiare una Rab. Siccome il tragitto vescicolare avviene verso uno specifico compartimento accettore, Rab deve essere specifico.
Figure 13-13c Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

19. Come si vede dalla tabella, il tipo di Rab è tipico di un determinato compartimento donatore (cioè di uno specifico sito di vescicolazione).
Table Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

20. La migrazione della vescicola avviene mediante trascinamento di una proteina motrice che si muove su un microtubulo: nel traffico vescicolare, ogni microtubulo rappresenta il binario che collega un compartimento donatore con uno accettore. In questa figura non è mostrato né il binario né il motore, ma il meccanismo di riconoscimento e fusione tra vescicola e compartimento accettore.
Notare che anche il compartimento bersaglio ha bisogno di Rab-GTP (in arancione) perché l’effettore catturi adeguatamente la vescicola.
Mentre Rab è “segnale di indirizzo” (cioè la “chiave” per il riconoscimento da parte del compartimento accettore), le SNARE rappresentano il sistema di giuntura necessario perché la vescicola aderisca alla membrana bersaglio.
Il cargo si “stacca” dal suo recettore a causa di minime variazioni di pH.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

21. Particolare della forzatura meccanica che avvicina la vescicola alla membrana bersaglio.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

22. La trazione delle SNARE-t e SNARE-v intrecciate è una condizione necessaria ma non sufficiente per la fusione. Infatti essa serve a posizionare e forzare l’interazione tra i due compartimenti, ma l’esclusione di acqua richiede la presenza di fosfatidilserina (almeno nel caso dell’esocitosi).
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

23. Dissociazione delle SNARE
Dissociazione delle SNARE. Quelle derivate dalla vescicola (rosse) vengono recuperate dal compartimento donatore mediante un trasporto inverso (gemmazione dal compartimento accettore, migrazione nel citosol, fusione col compartimento donatore di partenza).
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

24. Il virus HIV è dotato di un sistema di fusione simile a quello della SNARE.
Figure 13-19b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

25. Infezione di HIV
Figure 13-19a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

26. Tra RER e Golgi c’è un intenso traffico nelle due opposte direzioni.
Page 766 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

27. Notare che la vescicola cattura anche proteine transmembrana, che però devono avere un domino di riconoscimento per la proteina-adattatore.
Le proteine malformate, selezionate dagli chaperoni (controllo di qualità), sono espulse nel citosol mediante trasportatori ABC e, poi, marcate con ubiquitina per la degradazione proteosomale.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

28. Come già accennato nell’immagine 17, le vescicole “svestite” di COP II si fondono per formare gruppi vescicolari tubulari, che migrano al cis-Golgi. Notare che, sia dal gruppo vescicolare tubulare che dal cis-Golgi, partono vescicole diretta al RER (sempre trascinate da motori su microtubuli, non mostrati in figura).
Figure 13-23b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

29. KDEL (Lys-Asp-Glu-Leu) è una sequenza tipica della proteine che risiedono nel RER per attività locali. Se una proteina con KDEL viene trasportata nel Golgi, perché casualmente inclusa in una vescicola diretta dal RER al Golgi, recettori specifici la catturano e si assemblano con adattatori e COP-II per formare vescicole che la riportano indietro al RER.
Figure 13-24a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

30. Sistema di recupero al RER delle proteine che sfuggono verso il Golgi.
Figure 13-24b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

31. Assetto del compartimento del Golgi
Assetto del compartimento del Golgi. Notare che ci sono canali di collegamento tra le cisterne.
Figure 13-25a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

32. Immagine al microscopio elettronico della polarizzazione Nucleo → RER → gruppo vescicolare tubulare → cis-Golgi.
Figure 13-25b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

33. Particolare, al microscopio elettronico, delle cisterne del Golgi.
Figure 13-25c Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

34. Il macchinario biochimico, che modifica le proteine giunte dal RER, funzione come una catena di operazioni che sono sequenzialmente e temporalmente separate. Benché ci siano collegamenti fisici (continuità nello spazio) dalla rete cis a quella trans, le proteine sono trasportate da vescicole, perché il trasporto è più rapido della diffusione attraverso i canali di collegamento tra le cisterne.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

35. Alcuni tipi di glicani che sono “costruiti” nel Golgi, legati a residui di Asparagina (Asn).
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

36. Modalità di costruzione di un glicano complesso legato a Asn.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

37. Oltre alla costruzione di glicani sul residuo di Asn, nel Golgi si costruiscono lunghi polisaccaridi legati a Ser o Thr.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

38. Il gruppo solfato viene generalmente legato a GAG, che sono catene lineari (di dimeri ripetuti) agganciate via xilosio ad un residuo amminoacidico Ser.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

39. La struttura di un glicano complesso, dovuta al numero ed alla disposizione dei residui di carboidrati e risultante in una tipiche organizzazione stereochimica, costituisce un codice per l’interazione specifica della proteina “glicanata” con un’altra proteina (es. recettore cellulare).
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

40. Modelli (che possono coesistere) sulla formazione/mantenimento del Golgi: trasporto vescicolare e maturazione delle cisterne.
In entrambi i casi di trasporto “in avanti” (cioè da CGN a TGN), ogni proteina è selezionata come cargo ad un pH tipico della pila donatrice e, poi, rilasciata nella pila successiva perché il pH diminuisce. Il pH, da CGN a TGN, varia da circa 7 a circa 6,5. In entrambi i modelli proposti, gli enzimi specifici di ciascuna cisterna sono recuperati col trasporto retrogrado (con COP I, in blu).
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

41. Page 779 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

42. QUESTA FIGURA E’ FATTA MALE
L’endosoma tardivo (pH 6) si forma dall’endosoma precoce e, poi, si fonde col lisosoma oppure, per arrivo di vescicole con pompe protoniche, si acidifica: ne risulta l’endolisosoma, che matura a lisosoma. L’endosoma tardivo riceve anche enzimi lisosomiali dal Golgi: al suo pH (6), gli enzimi si separano dal recettore di cargo.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

43. Funzione di vari tipi di vescicole.
Figure 13-42a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

44. La catalasi distrugge H2O2 in eccesso, trasformandola in H2O e O2.
Autofagosoma: notare che, nella formazione vacuolare, resta opportunamente intrappolato un perossisoma. Nel perossisoma, RH2 e O2 sono convertiti in R e H2O2 da enzimi specifici. H2O2 viene fatto reagire (dalla catalasi del perossisoma) con altro RH2, per dare R + 2 H2O.
L’ossidazione di RH2 dà inizio al processo di degradazione del mitocondrio.
La catalasi distrugge H2O2 in eccesso, trasformandola in H2O e O2.
Figure 13-42b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

45. Corredo enzimatico del lisosoma
Corredo enzimatico del lisosoma. Gli enzimi lisosomiali sono attivi a pH 5 (e quindi, se si “rompe” un lisosoma non possono danneggiare proteine citosoliche perché il pH citosolico è 7,2). Il pH lisosomiale è dovuto al pompaggio di protoni dentro la vescicola.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

46. Tutti gli enzimi lisosomiali hanno un residuo di Man6-P su un glicano
Tutti gli enzimi lisosomiali hanno un residuo di Man6-P su un glicano. Questo residuo è necessario perché un recettore di cargo selezioni l’enzima per il trasporto verso un lisosoma.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

47. Nella malattia di Hurler, non sono sintetizzate idrolasi per GAG (conseguenze patologiche nel SNC). In I-cell disease, il mannosio non è fosfatato in alcuni tipi cellulari e, quindi, le idrolasi non sono indirizzate ai lisosomi (però possono essere secrete dagli epatociti, riprese dalle cellule difettive per pinocitosi ed inviate ai loro lisosomi; questo recupero non funziona nei fibroblasti). In alcune cellule (melanociti), i lisosomi (melanosomi) incorporano pigmenti (melanine) dal citosol e, nell’uomo, li rilasciano all’esterno, mediante esocitosi.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

48. Macrofago che endocita cellule
Macrofago che endocita cellule. Le frecce indicano pseudopodi di avvolgimento su eritrociti danneggiati
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

49. Neutrofilo in endocitosi di batteri.
Figure 13-47a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

50. Può darsi che PIP3 (che è un’ àncora di proteine) recluti motori di spinta per filamenti di actina, come la miosina-I. Certamente PIP3 àncora Rho (GTPasi monomerica della famiglia Ras) che blocca l’estensione degli pseudopodi, attivando la contrazione dei filamenti di actina.
Figure 13-47b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

51. Endocitosi con clatrina
Endocitosi con clatrina. Un macrofago a riposo, in mezzora, endocita il 12-13% del suo volume ed il 100% della membrana plasmatica. Un macrofago attivato può riciclare in 2-4 minuti tutta la sua membrana plasmatica.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

52. Pinocitosi (endocitosi costitutiva) con caveolina
Pinocitosi (endocitosi costitutiva) con caveolina. Le caveoline (a differenza di clatrina, COP-I e COP-II, che sono utilizzate nell’endocitosi regolata) sono utilizzate nella endocitosi costitutiva, cioè non regolata: in altri termini, non viene selezionato un cargo specifico da endocitare.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

53. LDL. Tener presente che trasportano anche vitamine liposolubili come tocoferolo (Vit. E) e retinolo (Vit. A).
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

54. Mostrare il video 5V2.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

55. Il cargo si separa dal recettore perché il pH diminuisce da 7,4 a circa 7-6,5. Nel caso della Transferrina-Fe, anche la transferrina viene riciclata, mentre il Fe si stacca: infatti Fe si stacca a pH7-6,5, mentre l’apotransferrina no; la proteina viene rilasciata solo quando il pH è 7,4 (cioè nell’ambiente extracellulare). Perché, allora, a questo pH la proteina viene catturata per endocitosi? Perché alcune proteine (in particolare segnali di differenziamento o mitosi) sono endocitati e non riciclati, ma piuttosto distrutti assieme al recettore?
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

56. Smistamento di traffico da parte dell’endosoma precoce
Smistamento di traffico da parte dell’endosoma precoce. Notare che, oltre alle vie di degradazione e riciclo (già viste), c’è una via di transcitosi, con cui materiale endocitato attraversa una cellula polarizzata per essere poi esocitato sul versante opposto.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

57. Esempio di trans-citosi
Esempio di trans-citosi. Si tratta di un processo di “attraversamento” della cellula da parte di una proteina che, così, non incontra lisosomi che possano distruggerla e può, dunque, essere rilasciata integra sul lato opposto della cellula. Così il neonato, succhiando colostro, prende anticorpi dalla mamma.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

58. Modalità di rilascio di virus da una cellula infettata: il virus “entra” nell’endosoma e poi segue la via del trasporto vescicolare verso la membrana plasmatica. Dunque l’endosoma non serve solo al riciclo dei recettori, ma è utilizzato anche dai virus.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

59. ESOCITOSI
Page 799 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

60. Ricordare il ruolo della fosfatidilserina nell’esclusione di acqua tra i due bilayer che si avvicinano e si posizionano come piani paralleli (infatti la curvatura della membrana vescicolare tende ad appiattirsi contro la membrana plasmatica).
Figure 13-66a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

61. La modalità di mantenere “pronte all’uso” proteine di trasporto è tipica di eventi che richiedono una rapida esposizione dei trasportatori. Questa modalità consiste nello stazionamento di vescicole con trasportatori sotto il piano della membrana plasmatica: l’arrivo di un segnale extracellulare fa scattare una pronta fusione delle vescicole con la membrana, con la conseguente esposizione dei trasportatori. Come l’insulina fa esporre trasportatori per glucosio, ADH fa esporre specifiche acquaporine per l’influsso di acqua e vari segnali fanno esporre sulla membrana delle cellule oxintiche le pompe antiporto protone/cloruro.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

62. Esocitosi costitutiva e regolata
Esocitosi costitutiva e regolata. Nel secondo caso, è necessario un segnale (che “regola” il processo).
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

63. La clatrina media 1 e 3, mentre COP I media 2
La clatrina media 1 e 3, mentre COP I media 2. Notare che le proteine transmembrana (trasportatori, recettori, proteine di adesione) seguono generalmente la via costitutiva. L’esposizione di specifici recettori, però, può essere stimolata da ormoni: in tal caso, essi sono indirizzati alla membrana plasmatica col percorso 2; es. esposizione di recettori β-adrenergici in risposta a cortisolo o T3, esposizione di recettori per l’ossitocina in risposta all’estradiolo, esposizione di recettori di IGF in risposta all’insulina.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

64. Concentrazione di molecole secretorie
Concentrazione di molecole secretorie. Ricordare che sono indotte a formare aggregati osmoticamente inattivi (esempio: complessi Zn-Insulina), oppure sono compartimentalizzate in molecole più grandi (che ne impediscono il richiamo di acqua; esempio: adrenalina-cromogranina).
Figure 13-65a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

65. Rilascio di Insulina. Il cargo è un macroaggregato di molecole di insulina (compattate da Zn+2): questa modalità di compattamento permette alla cellula di secernere grandi quantità di insulina (necessariamente grandi perché le cellule secernenti sono poche rispetto al fabbisogno dell’organismo) senza esporre la vescicola al rigonfiamento che occorrerebbe per l’influsso di acqua; quindi, Zn+2 si comporta da “aggregante anti-osmotico”.
Figure 13-66b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

66. Maturazione di POMC nella vescicola secretoria, dopo la rimozione del segnale nel RER: dalla frammentazione enzimatica di un unico precursore derivano più molecole segnale. Anche gli ormoni vasopressina (ADH) ed ossitocina (OTC) derivano dalla frammentazione di un precursore durante il trasporto della vescicola di secrezione dal soma di specifici neuroni all’estremità assonale.
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

67. Esocitosi direzionata (mastocita su microparticelle di lattice rivestite di stimolatore, cioè antigene per IgE): alcuni tipi di molecole sono esocitate e, tra queste, l’istamina e la serotonina (5-idrossi-triptammina) che sono molto abbondanti ed importanti. Il meccanismo per cui il mastocita “orienta” le vescicole secretorie proprio contro l’antigene dipende dall’orientamento dei microtubuli (cfr. presentazione su “Citoscheletro e motilità cellulare”).
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)