La tomografía Crio-Electron revela cómo la proteína Golph3 permite la retención selectiva de enzimas de golgi clave en medio del flujo de carga constante
El aparato de Golgi es una estructura de disposición crucial, que funciona similar a una oficina de correos dentro de la celda, recibiendo, modificando y dirigiendo proteínas a sus ubicaciones correctas. El aparato en sí es un montón de compartimentos vinculados a la membrana llamada cisterna, cada una con un contenido de proteína definido crítico para su función. Entonces, ¿por qué estas proteínas no se abandonan en el flujo constante de proteínas de carga que se mueven a través de la pila de Golgi? El grupo de Sean Munro, en la división de biología de las células LMB, ha trabajado con el Grupo John Briggs, anteriormente en la División de Estudios Estructurales de LMB y ahora en el Instituto de Bioquímica Max Planck en Munich, para investigar esto. En su conjunto, encontraron cómo la proteína adaptadora Golph3 permite que las vesículas conserven selectivamente un conjunto de proteínas clave dentro de la parte correcta del Golgi.
Las proteínas secretoras y de membrana recientemente elaboradas se transportan desde el retículo endoplásmico (ER) hasta pequeños portadores vesiculares vinculados a la membrana. Estas vesículas entregan las proteínas a los primeros petroleros en la pila de Golgi y luego se mueven a través de la pila antes de salir para otras ubicaciones en la celda. Uno de los modelos de la forma en que se mueven a través de la pila es que los petroleros maduran o progresan como una cinta transportadora, mientras que las vesículas reciclan las proteínas residente de Golgi en su ubicación correcta. Las vesículas que el brote de Golgi se compone de proteínas de capa que seleccionan las cargas específicas y las encriptan en lugares específicos. De estas, las vesículas recubiertas de copia son responsables de recuperar proteínas ER escapadas y reciclar proteínas residente de Golgi dentro de la pila. Esto se basa en una copia que distingue correctamente estas cargas entre una amplia variedad de proteínas que cruzan el aparato de Golgi.
Para comprender los grupos de Better, Sean y John se centraron en Golph3, una proteína que se une a las colas citoplasmáticas de muchas enzimas de Golgi y las conecta con la capa de copia para la recuperación. El equipo reconstituyó las vesículas recubiertas de Copi Golph3 in vitro y usó la tomografía Crio-Electron (Cryo-ET) para revelar su estructura. Esta era una compañía importante y requería la identificación manual de más de 4.800 vesículas y brotes.
Este trabajo reveló que GOLPH3 copia en dos lugares diferentes: su dominio N-terminal se une a la subunidad β-COP de la copia y su dominio C-terminal se une al propelector β de la subunidad α-COP. La última conexión obstruye el sitio principal de la Unión para las señales de recuperación de ER. El Lipidian PI4P, que solo es abundante en la cisterna posterior del aparato de Golgi, es un componente de membrana importante reconocido por Golph3. Al unirse a la copia y PI4P, Golph3 crea un mecanismo de «detección de coincidencia», lo que garantiza que solo está presente en las vesículas más adelante en la pila y, por lo tanto, evita la interferencia con la recuperación de ER en el tanque anterior.
Finalmente, el equipo hizo mutagénesis dirigida al sitio, alterando aminoácidos específicos en Golph3 para comprender cómo reconocen las diferentes enzimas de Golgi. Descubrieron que las mutaciones que interrumpieron la unión α-COP fueron completamente revocadas la capacidad de Golph3 para retener las enzimas de Golgi. Además, encontraron que diferentes regiones de la superficie de la membrana de Golph3 conectan diferentes proteínas de carga. La presencia de múltiples sitios de unión de carga específicos en Golph3 explica por qué la investigación previa no pudo identificar una señal de retención única para las enzimas de Golgi.
Estos descubrimientos admiten el modelo de maduración del tanque de tráfico de Golgi, en el que cada cisterna madura con el tiempo, reteniendo su carga, mientras que las enzimas residentes de Golgi se reciclan mediante copias de vesículas a cisterna. Este trabajo ilustra cómo GOLPH3 copia para cambiar los roles durante la maduración del tanque: recupere las proteínas ER en los compartimentos tempranos y recicle enzimas de golgi en las posteriores. Esto desafía un modelo de tráfico de Golgi previamente propuesto, el modelo de transporte vesicular, en el que se pensaba que se pensaba que Cisterna y Golgi enzimas eran estáticas y la carga se mueve entre ellas a través de las vesículas.
Esta investigación también mantiene implicaciones más amplias para la salud humana, ya que GOLPH3 a menudo se amplifica en ciertos cánceres y está involucrado en la glucosilación, un proceso crítico para el reconocimiento inmune y la señalización celular. Por lo tanto, los estudios posteriores para comprender mejor la función de GOLPH3 podrían ser vitales para las nuevas intervenciones terapéuticas.
Este trabajo fue financiado por Ukri MRC, la Sociedad Max Plancck, Wellcome Trust y Emmel.
Referencias adicionales
La base mecánica de la selección de carga durante la moralidad. Taylor, RJ, Zubkov, N., Ciazynska, KA, Kaufman, JGG, Tagiltsev, G., Owen, DJ, Briggs, Jag y Munro, S. Avances científicos
Página de Grupo Sean
Página de John Group en el Instituto Max Planck de Bioquímica
Una opinión anterior sobre los artículos de investigación
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