ESCRT - ESCRT
Los complejos de clasificación endosómica necesarios para la maquinaria de transporte ( ESCRT ) están formados por complejos de proteínas citosólicas , conocidas como ESCRT-0, ESCRT-I, ESCRT-II y ESCRT-III. Junto con una serie de proteínas accesorias, estos complejos ESCRT permiten un modo único de remodelación de la membrana que da como resultado que las membranas se doblen o se desprendan del citoplasma . Estos componentes de ESCRT se han aislado y estudiado en varios organismos, incluidos levaduras y seres humanos. Una proteína de firma eucariota , la maquinaria se encuentra en todos los eucariotas y algunas arqueas .
La maquinaria ESCRT juega un papel vital en una serie de procesos celulares, incluida la biogénesis de cuerpos multivesiculares (MVB), la abscisión celular y la gemación viral . La biogénesis de cuerpos multivesiculares (MVB) es un proceso en el que las proteínas etiquetadas con ubiquitina entran en orgánulos llamados endosomas a través de la formación de vesículas . Este proceso es esencial para que las células destruyan las proteínas dañadas y mal plegadas. Sin la maquinaria de ESCRT, estas proteínas pueden acumularse y provocar una enfermedad neurodegenerativa . Por ejemplo, las anomalías en los componentes de la ESCRT-III pueden provocar trastornos neurológicos como la paraplejía espástica hereditaria (HSP). La abscisión celular, el proceso mediante el cual se escinde la membrana que conecta dos células hijas, también está mediada por la maquinaria ESCRT. Sin los complejos ESCRT, las células hijas no podrían separarse y se generarían células anormales que contienen el doble de la cantidad de ADN . Estas células inevitablemente serían destruidas a través de un proceso conocido como apoptosis . Por último, la gemación viral, o el proceso por el cual tipos específicos de virus salen de las células, puede no ocurrir en ausencia de la maquinaria ESCRT. Esto evitaría inevitablemente que los virus se propaguen de una célula a otra.
Complejos ESCRT y proteínas accesorias
Cada uno de los complejos y proteínas accesorias de ESCRT tiene estructuras únicas que permiten distintas funciones bioquímicas. Existen varios sinónimos para cada componente proteico de la maquinaria ESCRT, tanto para levaduras como para metazoos . A continuación se proporciona una tabla resumen de todas estas proteínas.
En la levadura, existen los siguientes complejos / proteínas accesorias de la siguiente manera:
ESCRT-0
El complejo ESCRT-0 juega un papel vital en la generación de cuerpos multivesiculares al unirse y agrupar proteínas y / o receptores ubiquitinados en la superficie de una célula. El complejo es entonces responsable de unirse a un lípido en la membrana endosomal, que recluta estas proteínas marcadas en el endosoma. Una vez localizadas correctamente , estas proteínas se llevan al endosoma a través de vesículas, formando cuerpos multivesiculares y, finalmente, se entregan al lisosoma donde se degradan. Este proceso es esencial ya que es la vía principal para la degradación de las proteínas dañadas que han pasado por el Golgi . Los componentes del complejo ESCRT-0 existen de la siguiente manera:
El complejo es un heterodímero 1: 1 de Vps27 ( proteína de clasificación de proteínas vacuolares 27) y Hse1 . Vps27 y Hse1 se dimerizan a través de dominios GAT de espirales en espiral antiparalelos (llamados así por las proteínas GGA y Tom1). Tanto Vps27 como Hse1 contienen un dominio VHS amino-terminal (llamado así porque está contenido en las proteínas V ps27, H RS y S TAM). Estos dominios VHS se unen a la ubiquitina en proteínas que la célula pretende degradar. La ubiquitina también puede asociarse con motivos que interactúan con ubiquitina, como el de Hse1 o el dominio de doble cara que se encuentra en Vps27. Un dominio FYVE (llamado así por las cuatro proteínas en las que se identificó inicialmente: Fab1p, YOTB, Vac1 y EEA1) se encuentra intercalado entre los dominios de motivo de interacción de VHS y ubiquitina de Vps27. El fosfatidilinositol 3-fosfato , un lípido endosómico común, se une a este dominio FYVE, lo que resulta en el reclutamiento de ESCRT-0 al endosoma.
ESCRT-I
La función del complejo ESCRT-I es ayudar en la generación de cuerpos multivesiculares agrupando proteínas ubiquitinadas y actuando como puente entre los complejos ESCRT-0 y ESCRT-II. También juega un papel en el reconocimiento y remodelación de la membrana durante la abscisión de la membrana al formar anillos a ambos lados del cuerpo medio de las células en división. ESCRT-I también es responsable de reclutar ESCRT-III, que forma la zona de constricción justo antes de que las células se separen. Además, ESCRT-I juega un papel en la gemación viral al interactuar con proteínas virales específicas, lo que lleva al reclutamiento de maquinaria ESCRT adicional al sitio potencial de liberación viral. Los detalles de la maquinaria ESCRT-I se describen a continuación.
El complejo ESCRT-I es un heterotetrámero (1: 1: 1: 1) de Vps23, Vps28 , Vps37 y Mvb12. El heterotetrámero ensamblado aparece como un tallo en forma de varilla compuesto por Vps23, Vps37 y Mvb12 con una tapa en abanico compuesta por hélices individuales de Vps23, Vps28 y Vps37. Vps23 contiene una ubiquitina dominio variante E2, que es responsable de la unión de la ubiquitina, el ESCRT-0 compleja, y a la PTAP ( p roline , t hreonine , un Lanine , p Roline) motivo de virales proteínas Gag . Justo después de este dominio variante de ubiquitina E2, está presente un motivo rico en prolina (GPPX 3 Y) que dirige ESCRT-I al medio del cuerpo durante la abscisión de la membrana. Mvb12 también puede unirse a ubiquitina a través de su terminal carboxi . Vps28 es responsable de la interacción de ESCRT-I y ESCRT-II mediante la asociación con el dominio de cola ( G Ram- L ike U biquitin vinculante en E AP45) de Vps36 a través de su carboxi-terminal haz de cuatro hélices dominio.
ESCRT-II
El complejo ESCRT-II funciona principalmente durante la biogénesis de cuerpos multivesiculares y la entrega de proteínas marcadas con ubiquitina al endosoma. Las proteínas marcadas con ubiquitina se pasan de ESCRT-0 a ESCRT-I y luego a ESCRT-II. ESCRT-II se asocia con ESCRT-III, que aprieta la carga que contiene la vesícula cerrada. Los aspectos específicos de la ESCRT-II son los siguientes:
ESCRT-II es un heterotetrámero (2: 1: 1) compuesto de dos Vps25 subunidades, una Vps22, y uno Vps36 subunidad. Las moléculas Vps25 contienen motivos PPXY, que se unen a motivos de hélice alada (WH) de Vps22 y Vps36 creando un complejo en forma de Y con Vps22 y Vps36 como base y moléculas Vps25 como brazos. Las moléculas de Vps25 también contienen motivos WH que son responsables de la interacción de ESCRT-II con ESCRT-III. Vps36 contiene un dominio GLUE que se une al 3-fosfato de fosfatidilinositol y Vps28 de ESCRT-I. Se enlazan dos dominios con dedos de zinc en el dominio GLUE de la levadura Vps36. Uno de estos dominios con dedos de zinc se une al dominio carboxi-terminal de Vps28 y el otro se asocia con ubiquitina.
ESCRT-III
El complejo ESCRT-III es probablemente el más importante de toda la maquinaria ESCRT porque juega un papel en todos los procesos mediados por ESCRT. Durante la abscisión de la membrana y la gemación viral, ESCRT-III forma filamentos largos que se enrollan alrededor del sitio de constricción de la membrana justo antes de la escisión de la membrana. Esta mediación de la abscisión se produce a través de interacciones con el complejo centralspindlin . Estas estructuras filamentosas también están presentes durante la formación de cuerpos multivesiculares y funcionan como una cerca en forma de anillo que tapona la vesícula en ciernes para evitar que las proteínas de carga se escapen al citosol de la célula. La ESCRT-III existe y funciona de la siguiente manera:
El complejo ESCRT-III se diferencia de todas las demás máquinas ESCRT en que existe solo de manera transitoria y contiene componentes esenciales y no esenciales. Las subunidades esenciales deben ensamblarse en el orden correcto (Vps20, Snf7, Vps24 , luego Vps2) para que la maquinaria funcione. Las subunidades no esenciales incluyen Vps60, Did2 e Ist1. Vps20 inicia el ensamblaje de ESCRT-III actuando como nucleador del ensamblaje del polímero Snf7. Vps24 luego se asocia con Snf7 para limitar el complejo y reclutar Vps2. Vps2 luego trae Vps4 al complejo. Todas las formas citosólicas "libres" de cada subunidad se consideran cerradas. Es decir, la porción carboxi-terminal de cada subunidad se pliega sobre sí misma de una manera autoinhibidora estabilizando las subunidades monoméricas . El carboxi-terminal de la mayoría de ESCRT-III subunidades, tanto esenciales y no esenciales, contiene MIM ( M IT ( microtúbulos interactuar y dominio de transporte) i nteracting m OTIF) motivos. Estos motivos son responsables de la unión y Vps4 AAA-ATPasa espastina .
Vps4-Vta1
Las proteínas Vps4-Vta1 son necesarias para la extracción de otros componentes de ESCRT (generalmente ESCRT-III) de las membranas una vez que se ha completado un proceso en particular. Existe cierto debate sobre si Vps4 escinde el complejo ESCRT-III o remodela el complejo de modo que un componente se elimine en un momento determinado. Se cree que Vta1 actúa como un activador de Vps4, ayudando a su ensamblaje y mejorando su actividad AAA-ATPasa. La forma en que funcionan estas proteínas es la siguiente:
Las subunidades de Vps4 tienen dos dominios funcionales, un dominio MIT amino-terminal y un dominio AAA-ATPasa central. El dominio MIT es responsable de la interacción de Vps4 con el dominio MIM de Vps2. El dominio AAA-ATPasa hidroliza ATP para potenciar el desmontaje del complejo ESCRT-III. Esta "eliminación" de ESCRT-III permite que todas las subunidades asociadas se reciclen para su uso posterior. Vta1 es una proteína dimérica que contiene un dominio VSL (llamado así porque se encuentra en las proteínas V ps4, S BP1 y L IP5), que permite la unión a Vps4 y un dominio MIT para asociarse con la subunidad Vps60 de ESCRT-III. Aunque no es esencial, se ha demostrado que Vta1 ayuda en el montaje del anillo Vps4, acelera la actividad de ATPasa de Vsp4 y fomenta el desmontaje de ESCRT-III.
Bro1
La función principal de Bro1 es reclutar deubiquitinasas al complejo ESCRT-III. Esto da como resultado la eliminación de las etiquetas de ubiquitina de las proteínas destinadas a la degradación en el lisosoma justo antes de la generación de cuerpos multivesiculares. También se ha especulado que Bro1 ayuda a estabilizar ESCRT-III mientras que las etiquetas de ubiquitina se escinden de las proteínas de carga.
Bro1 contiene un dominio amino-terminal de Bro1 que se une a Snf7 de ESCRT-III. Esta unión lleva a Bro1 al sitio de la abscisión de la membrana. Bro1 también se une al dominio catalítico de Doa4, una ubiquitina hidrolasa (deubiquitinasa), llevándola al sitio de abscisión. Doa4 elimina la ubiquitina de las proteínas de carga que se dirigen al lisosoma.
Biogénesis de cuerpos multivesiculares y transporte de carga
Los cuerpos multivesiculares juegan un papel importante en el transporte de proteínas y receptores ubiquitinados a un lisosoma. Los complejos ESCRT transportan carga ubiquitinada a vesículas celulares que brotan directamente en el compartimento endosómico de la célula, formando cuerpos multivesiculares. Estos cuerpos multivesiculares eventualmente se fusionan con el lisosoma provocando la degradación de la carga. Existe una descripción más detallada del proceso, incluida la maquinaria asociada, de la siguiente manera:
- Los componentes Vps27 y Hse1 de ESCRT-0 se unen cada uno a la carga ubiquitinada.
- Vps27 se une al fosfatidilinositol 3-fosfato, un lípido endosómico, que luego recluta todo el complejo en un endosoma.
- Vps27 une la subunidad Vps23 de ESCRT-I, llevando ESCRT-I al endosoma. ESCRT-I también puede unirse a proteínas ubiquitinadas.
- Vps36 se asocia con la subunidad Vps28 de ESCRT-I, lo que resulta en el reclutamiento del complejo ESCRT-II.
- La subunidad Vps25 de ESCRT-II se une y activa Vps20 del complejo ESCRT-III.
- Vps20 nuclea la formación de cadenas de Snf7 que luego son cubiertas por Vps24.
- Vps24 recluta a Vps2, que trae Vps4 al complejo.
- Vps4 forma un poro hecho de dos hexaméricas anillos al que se une Vta1. Este complejo Vps4-Vta1 desencadena el desmontaje de ESCRT-III y marca el final de la formación de cuerpos multivesiculares.
Abscisión de membrana
La abscisión de la membrana durante la citocinesis es el proceso mediante el cual la membrana que conecta dos células hijas se escinde durante la división celular . Dado que se conserva en varias arqueas , se considera que la abscisión de la membrana es el papel más temprano de la maquinaria ESCRT. El proceso comienza cuando la proteína centrosomal CEP55 se recluta en el cuerpo medio de las células en división en asociación con MKLP1, una proteína similar a la cinesina mitótica que se asocia con los microtúbulos. CEP55 luego recluta la subunidad Vps23 de ESCRT-I y la proteína accesoria ALIX, que forman anillos a ambos lados del cuerpo medio. ESCRT-I y ALIX reclutan ESCRT-III a través de su subunidad Snf7. Las subunidades Vps20, Snf7, Vps24, Vps2 y Did2 de ESCRT-III forman una fibrilla en forma de espiral adyacente a los anillos formados por Vps23. La formación de esta estructura en forma de espiral deforma la membrana y la espastina AAA-ATPasa es introducida por Did2 e Ist1 para escindir los microtúbulos formados en la parte media del cuerpo. Luego, Vps4 cataliza el desensamblaje del complejo ESCRT-III dando como resultado dos células hijas recién separadas. El proceso de abscisión de la membrana se describió utilizando proteínas de metazoos, ya que el proceso se ha estudiado en mayor medida en los metazoos.
Brote viral
La liberación de partículas virales, también conocida como gemación viral , es un proceso mediante el cual se liberan viriones libres desde el interior de las células mediante el secuestro de la maquinaria ESCRT de la célula huésped. Los retrovirus , como el VIH-1 y el virus linfotrópico T humano , así como varios virus con envoltura , incluido el virus del Ébola , requieren maquinaria ESCRT para salir de la célula huésped. El proceso es iniciado por las proteínas Gag virales, las principales proteínas estructurales de las capas retrovirales, que interactúan con TSG101 del complejo ESCRT-I y la proteína accesoria ALIX. Las subunidades ESCRT-III (solo CHMP4 y CHMP2 son esenciales) se reclutan en el sitio de gemación viral para contraer y cortar el cuello de la yema de una manera similar a la descrita para la abscisión de la membrana durante la citocinesis. Luego, Vps4 recicla los componentes de ESCRT-III al citosol y el virus se libera de la célula. El mecanismo descrito aquí utiliza proteínas de metazoos, ya que la gemación viral se ha estudiado más extensamente en metazoos.