Moleculaire Biologie van de Cel – Deel 2 –
Biomedische Wetenschappen – UU Jaar 2
Inhoud
MBoC – HC 1: Vesiculair Transport......................................................................................................... 2
MBoC – HC 2: Cytoskelet ......................................................................................................................... 9
Celskelet dynamica .............................................................................................................................. 9
Regulatie van cytoskelet organisatie en dynamiek ........................................................................... 11
Motor eiwitten .................................................................................................................................. 12
Motor functies ................................................................................................................................... 13
Cel polarisatie en migratie................................................................................................................. 14
Andere filamenten ............................................................................................................................ 15
MBoC – HC 3: Celcyclus ......................................................................................................................... 17
MboC – HC 4: Celdeling ......................................................................................................................... 21
MboC – HC 5: Stamcellen en regeneratie ............................................................................................. 25
MboC – HC 6: Polariteit en ECM ............................................................................................................ 31
MBoC – HC 7: Metabolisme .................................................................................................................. 38
MBoC – HC 8: Kanker............................................................................................................................. 44
1
,MBoC – HC 1: Vesiculair Transport
Vesiculair transport
• Reden: Uitwisselen van componenten
zonder het verlies van de identiteit van het
membraan
• Vesicle = blaasje gemaakt door een
compartiment wat getransporteerd wordt
door cytoplasma en fuseert met een ander
membraan
o Gevormd tussen organellen vanaf ER
o Grootte: 100 nm
• Het membraan is er vergroot oppervlak
zodat er veel reacties kunnen plaatsvinden
• ER lumen is ander compartiment dan
cytoplasma → je zit dan buiten de cel.
Daarom blaasjestransport vanaf ER
• Verschillende processen:
o Endocytose: opname van plasma
o Exocytose: Golgi naar plasma
o Retrieval: terugbrengen van het vesicle naar oorspronkelijk compartiment voor behouden
concentratie
Vorming van een vesicle
• Ontstaan als invaginaties van membraan bij speciale coated membraan
regio’s. Functies:
o Selectie van cargo moleculen
o Buigt het membraan
• Verschillende typen coats:
1. COPI: Golgi → ER
a. ARF GTPase
2. COPII: ER →Golgi
a. Sarl GTP-ase
3. Clathrine: Golgi → plasmamembraan / endosoom / lysosoom
a. ARF GTPase
• Het membraan wordt gebogen door BAR domein dimeren die deze structuur al hebben en dus
een vesicle vorm geven
• Clathrin triskelions = 2e coat laag
• Speciaal vervoer:
o Packing eiwitten en specifieke coat modificaties binden aan de Sec eiwitten van COPII om
macromoleculen zoals procollageen te vervoeren. Coat gaat dus anders polymeriseren
[3] Clathrine coat vorming
• Bestaat uit twee lagen:
2
, oAdoptor eiwitten: binden direct aan cargo
receptoren
o Membraan curvatuur: clathrine triskelions
• Globaal proces:
o Cargo moleculen binden aan cargo receptoren
waarna adaptor eiwitten binden en clathrine
triskellulin kan vormen. Zo ontstaat een vesicle
• Blaasjes afsnoeren – proces:
o Wordt gedaan door Dynamine GTPase
o Gebruikt GTP voor het bouwen van een structuur van een dynamine helix met eiwitten.
Resulteert in de disruptie van het membraan en lipide modificaties waardoor het
blaasje loslaat
• Vesicle uncoating – proces:
1. Hydrolyse van PI(4,5)P2 door een specifieke fosfatase waardoor AP2 binding wordt
verzwakt
2. GTP hydrolyse door coat recruitment GTPase
3. Membraan curvatuur kunnen een Gap activeren voor coat recruitment GTPase ARF
4. Uncoating ATPase (hsp70 chaperone)
o Noodzakelijk: zo kan fusie plaatsvinden
[2] COPII vorming
• De eerste laag bestaat uit adaptoreiwitten Sec23/Sec34
• Cargo receptoren verbinden binnen- en buitenzijde
• Doordat het ER al een hoge curvatuur heeft, is de vorming van
de blaasjes relatief eenvoudiger
• Proces:
o Inactieve Sar1-GDP gebonden eiwit wordt door Sar1-GEF
een Sar1-GTP en wordt actief. Hierna kan de amfipatische helix van Sar1-GTP binden
aan het membraan
o Vervolgens binden de adaptoreiwitten Sec23/24 aan Sar1-GTP en cargo receptor nadat
een cargo is gebonden aan de receptor → vorming 1e laag COPII
o Aan de Sec23/24 binden Sec13/31 eiwitten → vorming 2e laag COPII
o Vervolgens wordt het blaasje afgesnoerd
Lokalisatie van een vesicle
• Dit wordt deels gedaan door de fosfo-inositiden die organellen en membraandomeinen markeren
o Fosfolipiden met de vetzuren en glycerol groep in het membraan en de
inositol suikergroep aan het cytosol wat kan binden aan bepaalde
eiwitten
o Fosfaat kan worden toegevoegd op verschillende locaties van het
inositol → specificiteit
• Voorbeeld:
3
, o Clathrine adaptor AP2 is inactief. Binding van cargo moleculen aan receptoren, waarna de
receptoren een endocytose signaal afgeven. Door lokalisatie van AP2 bij PIP2
en de receptoren, zal AP2 actief worden
o Via monomere GTPases (GEF en GAP) → zie vorming COPII
Docking en vesiculair transport
• Regulatie door: Monomere GTPase van de Rab familie → Rab-eiwitten
o Rab-GEF en Rab-GAP
o Bepalen de lipidesamenstelling en identiteit van comparimenten
o Actief → GTP en membraangebonden
o Er is veel cross-regulatie tussen GEFs en GAPs – proces in endosomen:
1. GEF zorgt voor activatie Rab5 in vroege endosomen voor afgifte
GEFs
2. Afgegeven GEF in late endosoom activeert Rab7
3. Rab7 activeert GAP die Ran5 van vroege endosoom remt en GEF
die zijn eigen proliferatie stimuleert
4. Hoe meer Rab7, hoe minder Rab5
o Rab5 domein op endosomen vangt nieuwe endosomen die van het
plasmamembraan komen. Proces:
1. Rab5-GEF in het cytosol activeert Rab5-GDP afkomstig van
docking.
2. Actief Rab5-GTP activeert PI 3-K
3. PI 3-K zorgt voor PI → PI(3)P
4. PI(3)P zorgt voor Rab5-GEF recruitment
5. Ontstaan Rab5 domein met tethering eiwitten en Rab effector
eiwitten voor docking (+ feedback)
• Vesiculaire fusie – proces:
1. Tethering: Rab-GTP zit vast aan de vesicle waara
een Rab effector (tethering eiwit) bindt aan Rab-
GTP en het vesicle met zich meesleept
2. Docking: v-SNARE en t-SNARE binden aan elkaar en vormen een trans-SNARE complex
3. Fusie: GDI bindt van Rab-GDP en laat los waarna vesicle fusie plaatsvindt
[2] Docking en SNAREs
• SNAREs = Coiled Coil eiwitten (a-helices) die spontaan kunnen
assembleren in bundels van 4 en samen membranen dicht bij elkaar
brengen
o Regulatie: door Rab
• V-Snare = zit vast aan de vesicle (1 a-helix)
4
Biomedische Wetenschappen – UU Jaar 2
Inhoud
MBoC – HC 1: Vesiculair Transport......................................................................................................... 2
MBoC – HC 2: Cytoskelet ......................................................................................................................... 9
Celskelet dynamica .............................................................................................................................. 9
Regulatie van cytoskelet organisatie en dynamiek ........................................................................... 11
Motor eiwitten .................................................................................................................................. 12
Motor functies ................................................................................................................................... 13
Cel polarisatie en migratie................................................................................................................. 14
Andere filamenten ............................................................................................................................ 15
MBoC – HC 3: Celcyclus ......................................................................................................................... 17
MboC – HC 4: Celdeling ......................................................................................................................... 21
MboC – HC 5: Stamcellen en regeneratie ............................................................................................. 25
MboC – HC 6: Polariteit en ECM ............................................................................................................ 31
MBoC – HC 7: Metabolisme .................................................................................................................. 38
MBoC – HC 8: Kanker............................................................................................................................. 44
1
,MBoC – HC 1: Vesiculair Transport
Vesiculair transport
• Reden: Uitwisselen van componenten
zonder het verlies van de identiteit van het
membraan
• Vesicle = blaasje gemaakt door een
compartiment wat getransporteerd wordt
door cytoplasma en fuseert met een ander
membraan
o Gevormd tussen organellen vanaf ER
o Grootte: 100 nm
• Het membraan is er vergroot oppervlak
zodat er veel reacties kunnen plaatsvinden
• ER lumen is ander compartiment dan
cytoplasma → je zit dan buiten de cel.
Daarom blaasjestransport vanaf ER
• Verschillende processen:
o Endocytose: opname van plasma
o Exocytose: Golgi naar plasma
o Retrieval: terugbrengen van het vesicle naar oorspronkelijk compartiment voor behouden
concentratie
Vorming van een vesicle
• Ontstaan als invaginaties van membraan bij speciale coated membraan
regio’s. Functies:
o Selectie van cargo moleculen
o Buigt het membraan
• Verschillende typen coats:
1. COPI: Golgi → ER
a. ARF GTPase
2. COPII: ER →Golgi
a. Sarl GTP-ase
3. Clathrine: Golgi → plasmamembraan / endosoom / lysosoom
a. ARF GTPase
• Het membraan wordt gebogen door BAR domein dimeren die deze structuur al hebben en dus
een vesicle vorm geven
• Clathrin triskelions = 2e coat laag
• Speciaal vervoer:
o Packing eiwitten en specifieke coat modificaties binden aan de Sec eiwitten van COPII om
macromoleculen zoals procollageen te vervoeren. Coat gaat dus anders polymeriseren
[3] Clathrine coat vorming
• Bestaat uit twee lagen:
2
, oAdoptor eiwitten: binden direct aan cargo
receptoren
o Membraan curvatuur: clathrine triskelions
• Globaal proces:
o Cargo moleculen binden aan cargo receptoren
waarna adaptor eiwitten binden en clathrine
triskellulin kan vormen. Zo ontstaat een vesicle
• Blaasjes afsnoeren – proces:
o Wordt gedaan door Dynamine GTPase
o Gebruikt GTP voor het bouwen van een structuur van een dynamine helix met eiwitten.
Resulteert in de disruptie van het membraan en lipide modificaties waardoor het
blaasje loslaat
• Vesicle uncoating – proces:
1. Hydrolyse van PI(4,5)P2 door een specifieke fosfatase waardoor AP2 binding wordt
verzwakt
2. GTP hydrolyse door coat recruitment GTPase
3. Membraan curvatuur kunnen een Gap activeren voor coat recruitment GTPase ARF
4. Uncoating ATPase (hsp70 chaperone)
o Noodzakelijk: zo kan fusie plaatsvinden
[2] COPII vorming
• De eerste laag bestaat uit adaptoreiwitten Sec23/Sec34
• Cargo receptoren verbinden binnen- en buitenzijde
• Doordat het ER al een hoge curvatuur heeft, is de vorming van
de blaasjes relatief eenvoudiger
• Proces:
o Inactieve Sar1-GDP gebonden eiwit wordt door Sar1-GEF
een Sar1-GTP en wordt actief. Hierna kan de amfipatische helix van Sar1-GTP binden
aan het membraan
o Vervolgens binden de adaptoreiwitten Sec23/24 aan Sar1-GTP en cargo receptor nadat
een cargo is gebonden aan de receptor → vorming 1e laag COPII
o Aan de Sec23/24 binden Sec13/31 eiwitten → vorming 2e laag COPII
o Vervolgens wordt het blaasje afgesnoerd
Lokalisatie van een vesicle
• Dit wordt deels gedaan door de fosfo-inositiden die organellen en membraandomeinen markeren
o Fosfolipiden met de vetzuren en glycerol groep in het membraan en de
inositol suikergroep aan het cytosol wat kan binden aan bepaalde
eiwitten
o Fosfaat kan worden toegevoegd op verschillende locaties van het
inositol → specificiteit
• Voorbeeld:
3
, o Clathrine adaptor AP2 is inactief. Binding van cargo moleculen aan receptoren, waarna de
receptoren een endocytose signaal afgeven. Door lokalisatie van AP2 bij PIP2
en de receptoren, zal AP2 actief worden
o Via monomere GTPases (GEF en GAP) → zie vorming COPII
Docking en vesiculair transport
• Regulatie door: Monomere GTPase van de Rab familie → Rab-eiwitten
o Rab-GEF en Rab-GAP
o Bepalen de lipidesamenstelling en identiteit van comparimenten
o Actief → GTP en membraangebonden
o Er is veel cross-regulatie tussen GEFs en GAPs – proces in endosomen:
1. GEF zorgt voor activatie Rab5 in vroege endosomen voor afgifte
GEFs
2. Afgegeven GEF in late endosoom activeert Rab7
3. Rab7 activeert GAP die Ran5 van vroege endosoom remt en GEF
die zijn eigen proliferatie stimuleert
4. Hoe meer Rab7, hoe minder Rab5
o Rab5 domein op endosomen vangt nieuwe endosomen die van het
plasmamembraan komen. Proces:
1. Rab5-GEF in het cytosol activeert Rab5-GDP afkomstig van
docking.
2. Actief Rab5-GTP activeert PI 3-K
3. PI 3-K zorgt voor PI → PI(3)P
4. PI(3)P zorgt voor Rab5-GEF recruitment
5. Ontstaan Rab5 domein met tethering eiwitten en Rab effector
eiwitten voor docking (+ feedback)
• Vesiculaire fusie – proces:
1. Tethering: Rab-GTP zit vast aan de vesicle waara
een Rab effector (tethering eiwit) bindt aan Rab-
GTP en het vesicle met zich meesleept
2. Docking: v-SNARE en t-SNARE binden aan elkaar en vormen een trans-SNARE complex
3. Fusie: GDI bindt van Rab-GDP en laat los waarna vesicle fusie plaatsvindt
[2] Docking en SNAREs
• SNAREs = Coiled Coil eiwitten (a-helices) die spontaan kunnen
assembleren in bundels van 4 en samen membranen dicht bij elkaar
brengen
o Regulatie: door Rab
• V-Snare = zit vast aan de vesicle (1 a-helix)
4
