Chapter 13
Leerdoelen:
Understand the molecular mechanisms of membrane transport and the maintenance of
compartmental diversity
De voordelen van de intracellulaire compartimenten is dat je een ander intern milieu kan creëren,
bijvoorbeeld heel zuur of met heel veel calcium erin. Ook heb je compartimenten met lysozymen erin
bijvoorbeeld en deze wil je niet los in de cel hebben zitten, omdat het anders alles zou kapot maken
in de cel. Daarnaast krijg je ook oppervlakte vergroting voor membraan gebonden reacties.
De compartimenten verschillen van elkaar in eiwit en lipide compositie en in de pH of andere
ionische concentraties. De transport tussen de verschillende componenten van het endomembraan-
systeem is via blaasjes.
Er zijn verschillende manieren waarop die blaasjes
vervoerd kunnen worden. De groene pijlen geven
endocytose aan. Dit is het proces waarbij moleculen
worden opgenomen in de cel door een blaasje te
vormen en dat wordt ver-
volgens getransporteerd naar
het endosoom. Het plasma-
membraan kan ook gerecycled
worden.
De rode pijlen zijn secretie of
exocytose. Dit is een proces
waarbij gesynthetiseerde eiwitten via een secretieroute de cel verlaten.
In blauw zie je de retrievalroute waarbij
eiwitten terug gaan naar het ER. Dit is
afhankelijk van ER retrieval signalen.
Rabs zijn monomere GTPases die de
blaasjes transport en docking controleren
onder leiding van GEFs (GDP -> GTP) en
GAPs (GTP -> GDP). Hier ontstaan ook
feedbackloops doordat de effector-
eiwitten weer andere Rabs aanzetten. Elk
compartiment heeft zijn eigen Rab.
Rab3A -> synaptische blaasjes & secretie blaasjes
Rab5 -> vroeg endosoom, plasmamembraan & clatherin-coated vesicles
Rab7 -> laat endodoom
Understand the function of Rab GTPases in membrane transport and compartmentalization
In dit figuur zie je dat een blaasje vast wordt gezet aan het membraan en zo de inhoud af kan geven.
De v en t (vesicle en target) SNARE moeten bij elkaar komen door Rab-GTP. Dit wordt herkend door
de tethering eiwitten. De t-SNARE bestaat uit twee eiwitten, waarvan één eiwit twee alfa-helixen
heeft. Door de Rab effector (tethering eiwit) wordt het blaasje eerst dichter naar het membraan
, getrokken. Vervolgens fuseren de v en t SNAREs
en vindt er fusie plaats met het membraan. GDI
is een Rab-GDP dissociation inhibitor (GDI).
Hierdoor wordt Rab-GTP niet uitgewisseld voor
Rab-GDP.
Doordat er in elk compartiment er andere Rabs
aanwezig zijn, is er een grotere specificiteit. Een
soort Rab eiwitten kan alleen fuseren met een
bepaald soort compartiment.
Een blaasje dat afkomstig is van het
plasmamembraan en dat naar het endosoom
gaat heeft Rab5 gebonden. Rabs worden
geactiveerd door Rabs-GEF.
GDI laat dan vervolgens los.
Rab5-GTP zit aan het mem-
braan doordat de lipide die
erin zit naar buiten klapt.
Vervolgens activeert Rab5-
GTP de PI 3-kinase wat voor
de vorming van PI(3)P zorgt.
Dit rekruteert andere
tethering eiwitten en meer Rab5-GEF eiwitten. Hierdoor krijg je dus een versterkend effect (positieve
feedback).
De Rab eiwitten zijn erg compartiment specifiek, maar de Rab effector eiwitten zijn minder specifiek.
Een Rab eiwit kan binden aan heel veel verschillende soorten Rab effectoren.
Compartimenten hebben ook een andere lipide samenstelling wat de organellen en de membraan
domeinen markeert.
Differentiate between different types of coated vesicles: COPI, COPII, Clathrin, and Retromer
Je hebt vier verschillende coats. De
clatherine coat is voornamelijk
betrokken bij endocytose, COPI in
het golgi, COPII in het ER en
retromer voor retrieval naar het
golgi.
Functies van de verschillende coats
is dat het specifieke cargo selecteert
en het zorgt voor stabilisatie van de
membraan curve.
Explain clathrin-mediated endocytosis, including cargo receptors, adaptor proteins, dynamin, and
BAR domains
, Hoe behouden de membraan-omgeven compartimenten hun eigen identiteit als de compartimenten
over en weer blaasjes afsnoeren en weer opnemen? Moleculaire markers op de cytosolische kant
van het membraan zorgen dat alleen de juiste blaasjes kunnen fuseren met dat compartiment. Deze
markers zijn bij meerdere compartimenten te vinden, dus het gaat voornamelijk om de combinatie
van die markers.
Blaasjes snoeren af als gecoate vesicles.
Specifieke eiwitten binden aan de
cytosolische kant van het membraan.
Voordat het blaasje fuseert met een
ander compartiment, laat de coat los.
Adaptoreiwitten binden aan de cargo
receptor en hieraan kan de coat binden.
De coat helpt bij het verbuigen van het
membraan, zodat er een blaasje
gevormd kan worden. Vervolgens is er dynamine die het blaasje afsnoert. Cargo bindt aan de
receptoren. De eiwitten maken een kuiltje in het BAR domein.
Deze eiwitten kunnen ook de lipide samenstelling veranderen.
Hierdoor komen er meer onverzadigde ketens. De clatherine gaat
op het membraan zitten en zorgt ervoor dat het membraan
gebogen blijft. Hierdoor wordt er uiteindelijk een
blaasje afgesnoerd.
Clatherine bestaat uit drie light ketens en drie heavy
ketens. Op EM foto’s ontstaat er een soort
honingraat structuur.
Ook de lokale actine polymerisatie helpt bij de
budding van een membraanblaasje.
Dyneïne is betrokken bij de afsnoering van het
blaasje. Het is een GTPase wat als een soort draad
het blaasje afsnoert. Door de hydrolyse van GTP
ontstaat er een conformatieverandering en wordt
dit draad strakker aangetrokken. Het zijn een soort
motoreiwitten die dan in tegengestelde richting
langs elkaar lopen en zo het touw aantrekken.
Als het blaasje volledig gevormd is, dan laat de coat los. Je houdt dan een
“naakt” transportblaasje over.
Describe the role of phosphoinositide signaling, including the localization of different
phosphoinositides in the cell
Door de hydrolyse van PI(4,5)P2 door een specifieke fosfatase. Hierdoor wordt de affiniteit voor het
adaptereiwit lager en laat de coat los. AP2 is een adaptoreiwit. Dit heeft een hoge affiniteit voor
PIP2. Na de binding vindt er een conformatieverandering plaats, waardoor er een hoge affiniteit
optreedt voor de cargoreceptoren. Eerst wordt er één gebonden en dan treedt er dimerisatie op. De
cargo receptoren worden dus geclusterd.
Leerdoelen:
Understand the molecular mechanisms of membrane transport and the maintenance of
compartmental diversity
De voordelen van de intracellulaire compartimenten is dat je een ander intern milieu kan creëren,
bijvoorbeeld heel zuur of met heel veel calcium erin. Ook heb je compartimenten met lysozymen erin
bijvoorbeeld en deze wil je niet los in de cel hebben zitten, omdat het anders alles zou kapot maken
in de cel. Daarnaast krijg je ook oppervlakte vergroting voor membraan gebonden reacties.
De compartimenten verschillen van elkaar in eiwit en lipide compositie en in de pH of andere
ionische concentraties. De transport tussen de verschillende componenten van het endomembraan-
systeem is via blaasjes.
Er zijn verschillende manieren waarop die blaasjes
vervoerd kunnen worden. De groene pijlen geven
endocytose aan. Dit is het proces waarbij moleculen
worden opgenomen in de cel door een blaasje te
vormen en dat wordt ver-
volgens getransporteerd naar
het endosoom. Het plasma-
membraan kan ook gerecycled
worden.
De rode pijlen zijn secretie of
exocytose. Dit is een proces
waarbij gesynthetiseerde eiwitten via een secretieroute de cel verlaten.
In blauw zie je de retrievalroute waarbij
eiwitten terug gaan naar het ER. Dit is
afhankelijk van ER retrieval signalen.
Rabs zijn monomere GTPases die de
blaasjes transport en docking controleren
onder leiding van GEFs (GDP -> GTP) en
GAPs (GTP -> GDP). Hier ontstaan ook
feedbackloops doordat de effector-
eiwitten weer andere Rabs aanzetten. Elk
compartiment heeft zijn eigen Rab.
Rab3A -> synaptische blaasjes & secretie blaasjes
Rab5 -> vroeg endosoom, plasmamembraan & clatherin-coated vesicles
Rab7 -> laat endodoom
Understand the function of Rab GTPases in membrane transport and compartmentalization
In dit figuur zie je dat een blaasje vast wordt gezet aan het membraan en zo de inhoud af kan geven.
De v en t (vesicle en target) SNARE moeten bij elkaar komen door Rab-GTP. Dit wordt herkend door
de tethering eiwitten. De t-SNARE bestaat uit twee eiwitten, waarvan één eiwit twee alfa-helixen
heeft. Door de Rab effector (tethering eiwit) wordt het blaasje eerst dichter naar het membraan
, getrokken. Vervolgens fuseren de v en t SNAREs
en vindt er fusie plaats met het membraan. GDI
is een Rab-GDP dissociation inhibitor (GDI).
Hierdoor wordt Rab-GTP niet uitgewisseld voor
Rab-GDP.
Doordat er in elk compartiment er andere Rabs
aanwezig zijn, is er een grotere specificiteit. Een
soort Rab eiwitten kan alleen fuseren met een
bepaald soort compartiment.
Een blaasje dat afkomstig is van het
plasmamembraan en dat naar het endosoom
gaat heeft Rab5 gebonden. Rabs worden
geactiveerd door Rabs-GEF.
GDI laat dan vervolgens los.
Rab5-GTP zit aan het mem-
braan doordat de lipide die
erin zit naar buiten klapt.
Vervolgens activeert Rab5-
GTP de PI 3-kinase wat voor
de vorming van PI(3)P zorgt.
Dit rekruteert andere
tethering eiwitten en meer Rab5-GEF eiwitten. Hierdoor krijg je dus een versterkend effect (positieve
feedback).
De Rab eiwitten zijn erg compartiment specifiek, maar de Rab effector eiwitten zijn minder specifiek.
Een Rab eiwit kan binden aan heel veel verschillende soorten Rab effectoren.
Compartimenten hebben ook een andere lipide samenstelling wat de organellen en de membraan
domeinen markeert.
Differentiate between different types of coated vesicles: COPI, COPII, Clathrin, and Retromer
Je hebt vier verschillende coats. De
clatherine coat is voornamelijk
betrokken bij endocytose, COPI in
het golgi, COPII in het ER en
retromer voor retrieval naar het
golgi.
Functies van de verschillende coats
is dat het specifieke cargo selecteert
en het zorgt voor stabilisatie van de
membraan curve.
Explain clathrin-mediated endocytosis, including cargo receptors, adaptor proteins, dynamin, and
BAR domains
, Hoe behouden de membraan-omgeven compartimenten hun eigen identiteit als de compartimenten
over en weer blaasjes afsnoeren en weer opnemen? Moleculaire markers op de cytosolische kant
van het membraan zorgen dat alleen de juiste blaasjes kunnen fuseren met dat compartiment. Deze
markers zijn bij meerdere compartimenten te vinden, dus het gaat voornamelijk om de combinatie
van die markers.
Blaasjes snoeren af als gecoate vesicles.
Specifieke eiwitten binden aan de
cytosolische kant van het membraan.
Voordat het blaasje fuseert met een
ander compartiment, laat de coat los.
Adaptoreiwitten binden aan de cargo
receptor en hieraan kan de coat binden.
De coat helpt bij het verbuigen van het
membraan, zodat er een blaasje
gevormd kan worden. Vervolgens is er dynamine die het blaasje afsnoert. Cargo bindt aan de
receptoren. De eiwitten maken een kuiltje in het BAR domein.
Deze eiwitten kunnen ook de lipide samenstelling veranderen.
Hierdoor komen er meer onverzadigde ketens. De clatherine gaat
op het membraan zitten en zorgt ervoor dat het membraan
gebogen blijft. Hierdoor wordt er uiteindelijk een
blaasje afgesnoerd.
Clatherine bestaat uit drie light ketens en drie heavy
ketens. Op EM foto’s ontstaat er een soort
honingraat structuur.
Ook de lokale actine polymerisatie helpt bij de
budding van een membraanblaasje.
Dyneïne is betrokken bij de afsnoering van het
blaasje. Het is een GTPase wat als een soort draad
het blaasje afsnoert. Door de hydrolyse van GTP
ontstaat er een conformatieverandering en wordt
dit draad strakker aangetrokken. Het zijn een soort
motoreiwitten die dan in tegengestelde richting
langs elkaar lopen en zo het touw aantrekken.
Als het blaasje volledig gevormd is, dan laat de coat los. Je houdt dan een
“naakt” transportblaasje over.
Describe the role of phosphoinositide signaling, including the localization of different
phosphoinositides in the cell
Door de hydrolyse van PI(4,5)P2 door een specifieke fosfatase. Hierdoor wordt de affiniteit voor het
adaptereiwit lager en laat de coat los. AP2 is een adaptoreiwit. Dit heeft een hoge affiniteit voor
PIP2. Na de binding vindt er een conformatieverandering plaats, waardoor er een hoge affiniteit
optreedt voor de cargoreceptoren. Eerst wordt er één gebonden en dan treedt er dimerisatie op. De
cargo receptoren worden dus geclusterd.
