Посещений:
Аппарат Гольджи

Поддержание и Биогенез

Molecular basis for Golgi maintenance and biogenesis
Nihal Altan-Bonnet, Rachid Sougrat and Jennifer Lippincott-Schwartz
Current Opinion in Cell Biology 2004, 16:364–372

The Golgi apparatus contains thousands of different types of integral and peripheral membrane proteins, perhaps more than any other intracellular organelle. To understand these proteins’ roles in Golgi function and in broader cellular processes, it is useful to categorize them according to their contribution to Golgi creation and maintenance. This is because all of the Golgi’s functions derive from its ability to maintain steady-state pools of particular proteins and lipids, which in turn relies on the Golgi’s dynamic character — that is, its ongoing state of transformation and outgrowth from the endoplasmic reticulum. Here, we categorize the expanding list of Golgi-associated proteins on the basis of their role in Golgi reformation after the Golgi has been disassembled. Information gained on how different proteins participate in this process can provide important insights for understanding the Golgi’s global functions within cells.
Аппарат Гольджи выполняет 3 основных функции, существенных для роста, гомеостаза и делений клеток у эукариот. Во-первых, он оперирует как фактория углеводов для процессинга и модификации белков и липидов, перемещающихся по секреторному пути [1]. Во-вторых, он служит в качестве станции для сортировки и транспорта белков, получая мембраны от ER и поставляя их в плазматическую мембрану или др. внутриклеточные места [2]. Наконец, он действует как мембранная поддержка, благодаря которой слипаются разнообразные сигнальные, сортирующие и цитоскелетные белки [3,4,5].
Эти самостоятельные функции Golgi оперируют внутри структуры, которая является уникальной для субклеточных органелл во многих отношениях, включая её состав в качестве уложенного в стек массива (stacked array) цистерн и соединённых с ними трубочек/пузырьков, чрезвычайное разнообразие белковых компонентов (более 1000 разных типов)[6], и его непревзойденную способность динамически трансформироваться в ответ на специфические стимулы или др. клеточные изменения. Примером динамического поведения Golgi's м. служить его обратимая разборка во время митозов и при экспериментально индуцированных условиях (напр.. при осмотическом стрессе или воздействии BFA, Exo1 или ilimaquinone [7-10]), и его перестройка на периферических экспорт-сайтах ER в ответ на разрушение микротрубочек или экспрессию мутантных белков, которые функционируют в ER-to-Golgi переносе [11,12].
Способность Golgi's фундаментально трансформировать себя при разных условиях возможно обусловлена тем фактом, что белки ассоциируют с ним только временно, т.к. они перемещаются по др. путям в клетке. Условия, которые изменяют вступление или возвращение этих белков в Гольджи, д. , следовательно, разрушать структуру и функцию Golgi. Кроме того, многие белки, ассоциированные с Гольджи являются частями больших белковых комплексов [13]. Изменение ассоциации одного из белков комплекса м. влиять на стабильность и локализацию др., что будет сказываться на организации и структуре Гольджи. Не существует класса белков в Гольджи, которые стабильно ассоциируют с Гольджи, как это демонстрирует GFP-based imaging переноса их во внутренних областях и времени нахождения белков, локализованных в Гольджи (Рис. 1). Эти исследования показали, что интегральные мембранные белки, ассоциированные с Golgi, включая processing энзимы (т.е., mannosidase II, galactosyltransferase, и т.д.), SNAREs и рецепторы секреторного груза (т.е., ERGIC53, p24 белки и KDEL рецепторы), постоянно покидают и снова поступают в Golgi посредством путей мембранного переноса (trafficking), ведущих в и из ER [12,14,15]. Периферические мембранные белки, ассоциированные с Golgi (включая малые GTPase Arf1 и её эффекторы [phosphotidylinositol kinases, lipases, сигнальные киназы], а также coatomer, p115 и GRASPs), напротив, постоянно обмениваются между мембранным и цитозольным пулами [5,12,16]. Вновь синтезированные грузовые белки проходят через Golgi к др. местам своего предназначения (они включают и интегральные мембранные и просветные белки) также проводят сравнительно немного времени в Golgi [17,18]. Время нахождения этих разнообразных классов Golgi белков варьирует чрезвычайно: Golgi processing энзимы остаются в нем ~60 мин., грузовые белки ~30 мин., рецепторы грузов ~10 мин., а периферические белки ~1 мин. [12,16].

Trafficking itineraries of proteins associated with the Golgi apparatus. All proteins that associate with the Golgi do so only transiently before moving to other destinations in the cell. Integral membrane and luminal proteins enter the Golgi via transport intermediates formed from ER export sites. Among those are cargo proteins (red) that pass through the Golgi to the cell surface or other cellular destinations and Golgi resident components (blue)(including Golgi enzymes, cargo receptors and SNAREs specific to the ER-Golgi system) which return to the ER through retrograde transport intermediates. Cytoplasmic proteins associated with the Golgi (green) (including Arf1 and its effectors, p115 and its binding partners) continuously bind to and dissociate from ER export domains, ERGIC or Golgi membranes.

Почему белки лишь временно ассоциируют с Гольджи? Возможным объяснением является то, что аппарат Golgi не является обычной органеллой в смысле автономности существования по сравнению со стабильными компонентами. Скорее всего, он, по-видимому, функционирует как мембранная структура с устойчивым состоянием, из которой постоянно вырастают и снова потребляются ER посредством формирования антероградных и ретроградных транспортных промежуточных образований. Т.к. когда экспорт из ER специфически ингибирован, то компоненты мембран Golgi подвергаются обычному ретроградному транспорту обратно в ER и остаются в ER или в экспортных доменах ER, а структура Гольджи не сохраняется [12,19-21]. После того как Golgi оказывается диспергированным подобным образом, то он остается готовым к повторному формированию, если нормализуется ER экспорт [7,22,23].
Аппарат Golgi выглядит устойчивым благодаря тому, что поддержание и биогенез Гольджи связаны сложным образом. Периферические и интегральные мембранные белки, участвующие в поддержании Golgi, м. также участвовать и в биогенезе Golgi из ER.

Conditions of Golgi disassembly


Чтобы понять процесс реформирования Golgi, необходимо начать с условий, которые вызывают разборку Golgi, чтобы посмотреть, как это влияет на распределение устойчивых компонентов Гольджи (Рис. 2). Наиболее полная разборка Golgi происходит, когда малая GTPase, известная как Sar1, оказывается неспособной связывать GTP (т.е., в клетках экспрессируется постоянно неактивная мутантная Sar1 [T39N]) [12,19,20]. Модель устойчивого состояния Гольджи объясняет этот эффект, исходя из роли Sar1's в генерации сайтов экспорта из ER (доменов микронных размеров из покрытых почек и пузырьков/трубочек, которые экспортируют белки и липиды из ER) (Рис. 2b,c). Благодаря своему динамическому связыванию и запуску цикла GTP Sar1 способен рекрутировать эффекторные белки, включая COPII покровные белки, в ER мембраны и тем самым дифференцировать и поддерживать экспортные домены ER [12,24,25]. Т.к. мембранные белки Golgi осуществляют свои превращения (cycling) посредством прохождения через эти домены ER, чтобы возвратиться обратно в Golgi, то вмешательство в нормальное распределение или поведение экспортных сайтов ER д. затрагивать распределение и белков Golgi. Т.о., когда клетки экспрессируют GDP-ограниченную форму Sar1 (Sar1 [T39N]) и экспортные сайты ER исчезают, то интегральные мембранные белки Golgi улавливаются в ER , а периферические белки Golgi повторно направляются в ER или цитоплазму [12,20,21]. Конечным результатом является исчезновение Golgi или Golgi-подобных структур из клеток.

Golgi reassembly as a multi-step process


Отмена условий, при которых отсутствует Golgi или Golgi-подобные структуры, облегчает изучение повторную сборку Golgi. Puri and Linstedt [22], используя обратимое блокирование экспорта из ER в результате последовательной обработки клеток BFA и затем H89. Обработка клеток по этому протоколу воспроизводит эффект экспрессии Sar1 [T39N], в результате белки Гольджи перераспределяются или в ER или цитоплазму, при этом не остается матрицы или поддерживающих образований Golgi.

Fig. 2. ER to Golgi transition. (a) Effects of mutations in Sar1 and Arf1, as well as the drugs BFA and H89 on assembly of ER export domains. (b,c) Ultra-structure of endoplasmic reticulum and Golgi apparatus in COS-7 cells. Note the fenestration of the cis-Golgi in (c) and the continuity of membranes between the smooth ER and the Golgi in both (b) and (c) within these cells. The dashed red box indicates the complex organization of an ER export domain.

Поразительно, но когда лекарство отмывалось, то аппарат Гольджи формировался вновь путем выростов из ER. После отмывки разные Golgi белки выныривают из ER с разными скоростями, так GM130 появляется быстрее, чем giantin, который появляется быстрее, чем mannosidase II. Т.к. такое появление необходимо, чтобы эти белки рекрутировались первыми в экспортные домены ER, то последовательное появление м. отражать специфические роли этих белков в дифференцировке экспортных доменов ER, чтобы продуцировать структуры Гольджи.
По этому сценарию локализованные пулы специфических липидов и видов белков, продуцируемых в экспортных доменах ER с помощью активности Sar1 (т.е., COPII связывание и диссоциация), д. стимулировать периферические белки соединяться, а мембранные белки Golgi отсортировываться в эти сайты. Последующая дифференцировка экспортных доменов ER д. затем приводить к рекрутированию дополнительных периферических белков, обусловливая поступление Golgi энзимов и секреторных грузовых белков внутри ER в эти домены. Домены д. увеличиваться всё больше и больше и неизбежно отсоединяться от ER в виде globular-tubule элементов (т.е., ERGIC: endoplasmic reticulum-Golgi промежуточных переносчиков). Образование кластеров и слияний этих элементов д. затем давать аппарат Гольджи.
Этот многоступенчатый процесс повторной сборки Гольджи бд. преимущественно использовать дифференциальную регуляцию на каждой из ступеней. Регуляторная кухня (machinery) использует множество пересекающихся и/или множественных ступеней, но каждая ступень д. зависеть от успешного преодоления предыдущей ступени. Напр., дифференцировка и функционирование ER экспортных доменов д. предшествовать формированию ERGIC, который возникает из этих сайтов. В клетках, экспрессирующих мутантный Sar1 [H79G], в которых Sar1 способен связывать GTP , но не м. эффективно гидролизовать его, подтверждается это мнение о многоступенчатости [12,20]. В этих клетках ER экспортные домены формируются тем же самым образом и имеют в общем сходную ультраструктуру как и контрольные клетки [12], с COPII coat белками, локализованными в этих сайтах. Однако, аппарат Гольджи не образуется, а секреция белков ингибируется. Это указывает на то, что Sar1 д.б. привлечен в начале процесса связывания и гидролиза GTP, чтобы режиссировать белковую кухню, участвующую в погрузке грузов в экспортные сайты ER и в дифференцировке экспортных сайтов ER в ERGIC (Рис. 2a). Происходит ли образование ERGIC в результате слияния отпочковывающихся пузырьков от ER exit сайтов (как это принято думать) или в результате непосредственного созревания ER exit сайта в ERGIC пока неясно ([18 ], см. Рис. 2b и c), но без связывания и гидролиза ГТФ с помощью Sar1 этот процесс не происходит. Установление того, какие белки ассоциируют с ER экспортными доменами в Sar1 [H79G]-экспрессирующих клетках м. помочь понять, как эти сайты становятся дифференцированными.
Несколько типов белков Golgi локализуются в ER экспортных сайтах, включая p115, т. наз. 'матричные белки', имеющие длинные супер-скрученные домены (т.е., GM130 и GRASP65) и рецепторы грузов (т.е., KDELR, ERGIC53 и p24 белки)[12,20,26]. Это привело первоначально к мнению, что они были персистирующими элементами аппарата Golgi, не связанными с ER [26], но их ко-локализация с маркерами экспортных сайтов ER (включая маркеры для COPII компонентов) и морфологическое проявление вскоре показали, что они были экспортными доменами ER [12,20]. Внутри эти х экспортных доменов Golgi белки обнаруживают динамичное поведение. Photobleaching эксперименты показали, что GRASP65 (также как и COPII белок, Sec13) обнаруживают быстрое связывание с и диссоциацию от экспортных доменов, тогда как ERGIC53 перемещается постоянно в и из доменов, окружающих ER мембраны [12]. Эти находки открывают возможность того, что Golgi матричные белки и рецепторы грузов играют роль в биогенезе экспортных сайтов.

Sar1-based biogenesis of ER export domains and their differentiation by p115 and its interacting partners


Образование ER экспортных доменов является сложным процессом, связанным с рекрутированием Sar1-обеспечиваемой COPII оболочки в ER, полимеризацией coat в покрытые оболочкой почки и обработкой тубулярных элементов [25,27,28]. Собранные в кластеры профили COPII-coated ER мембран видны на большинстве картин электронных микрографов в виде лишь небольших частей ER экспортного домена, которые имеют диаметр 0.5-1 mm и значительную область общей поверхности [29] (Рис. 2b,c). Важно, что COPII-coated зоны отпочкования внутри ER экспортных доменов помещаются только там, где происходит экспорт белка в секреторный путь [18,30,31].
Недавние исследования показали, что груз (такой как procollagen) [18] экспортируется с помощью процесса выроста трубочек из non-coated областей ER экспортных доменов. Учитывая эти характеристики ER экспортных доменов, м. предположить, что и др. белки, помимо Sar1 и его непосредственных регуляторов/эффекторов (e.g. COPII proteins), необходимы для образования и функционирования этих мест. Как упоминалось выше, периферические Golgi белки и рецепторы грузов локализуются в ER экспортных сайтах как при устойчивых состояниях, так и тогда, когда Sar1 находится в постоянном GTP-связанном состоянии; эти белки м. играть роль в формировании и/или функционировании ER экспортных доменов. Наилучшим белком-кандидатом на эту роль руководителя является p115. Представленный несколькими белок-связывающими доменами, p115 взаимодействует с разнообразными белками, участвующими в транспорте ER-to-Golgi, включая и др. белки с суперскрученными доменами (напр., GM130, giantin и GRASP65), SNARE белки (напр., syntaxin 5, Bet1 белок и Sly1 белок), Rab1 GTPase и GBF1 (обменный фактор для Arf1 GTPase) [32-36,37,38,39]. Будучи рекрутированными в мембраны ER экспортных сайтов, p115 м. инициировать каскад регуляторных взаимодействий среди этих белков, которые д. приводить к биогенезу и поддержанию Golgi. Взаимодействие p115 с белками SNARE, напр., позволяет мембранам формировать выпячивания из ER экспортных доменов, чтобы сливаться гомотипически [39], тогда как его взаимодействия с GM130 и giantin д. управлять закрепляющими (tethering) взаимодействиями между мембранами и цитоскелетом [40,41]. Взаимодействия p115 с GRASPs, с др. стороны, м. облегчать сортировку p24 грузовых рецепторов на forward-направленный транспорт промежуточных образований [38], т.к. его взаимодействие с GBF1 м. модулировать Arf1 [37], чья GTPase активность лежит в основе рекрутирования десятков белков в мембраны [3,5,42]. Т.к. p115 , как полагают, рекрутируется в мембраны с помощью Rab1 и/или Rab2 [43-45], которые локализуются не только в ER экспортных доменах, но также в ERGIC и Golgi мембранах [36,46], то p115 и взаимодействующие с ними партнеры д. действовать, чтобы дифференцировать мембраны на множественных стадиях во время процесса биогенеза Golgi. Имеющиеся доказательства подтверждают, что p115 и взаимодействующие с ним партнеры важны для функционирования ER экспортных доменов, это подтверждают эффекты подавления и/или нарушения активности этих белков. Подавление p115, GM130 (при высоких температурах) или молекул, ассоциированных с p115 или GM130 (включая rab1b, rab2a и golgin 84) блокирует весь секреторный перенос (trafficking) в Golgi [39,47-51]. Более того, возникает фенотип, сходный с наблюдаемым, когда Sar1 постоянно активен: Golgi энзимы перераспределяются в ER, a p115 и матричные и/или грузовые рецепторные белки локализуются в ER экспортных доменах. Т.о., несмотря на то, что p115 и взаимодействующие с ним партнеры полностью активны, ER экспортные домены (инициируемые активностью Sar1) не м. формировать ERGICs, которые транслоцируются в цитоплазму и сливаются др. с др., чтобы сформировать Golgi элементы.

Building a Golgi apparatus: role of Arf1 GTPase


Какие молекулы или наборы молекул м.б. рекрутированы с помощью p115 и взаимодействующими с ним партнерами управляют биогенезом Golgi? Необходимо исследовать молекулы, которые не рекрутируются в ER экспортные домены, когда Golgi отсутствует, такие как в Sar1 [H79G]-экспрессирующих клетках или в клетках, где p115 или rab белки подавлены. Эти молекулы включают малую GTPase, называемую Arf1, Arf1's эффекторы (включая COPI, clathrin, ankyrin, spectrin и др.), Golgi энзимы и секреторные белки-грузы [12,20,32,39 ,52]. Из этого списка Arf1 является наиболее вероятным кандидатом на роль координатора кухни, необходимой для globular-tubule транспорта промежуточных образований (т.е., ERGIC), вырастающих из ER экспортных сайтов, и для образования кластеров и слияний, чтобы генерировать элементы аппарата Гольджи. Подобно Sar1, Arf1 является GTPase, которая обменивает свой GDP на GTP. В этом GTP-связанном состоянии, Arf1 активен и ассоциирует с мембранами. После гидролиза GTP до GDP, Arf1 становится неактивным и отсоединяется от мембран. В своей активной, мембран-связанной форме, Arf1 рекрутирует десятки др. цитозольных белков в ERGIC и Golgi мембраны [3,4,5,42]. Среди них следующие: COPI coat белки, которые соединяются с и образуют кластеры грузовых рецепторных белков [2,16,53,54]; липид-модифицирующие энзимы, такие как phosphotidylinositol kinases и phospholipases [55,56], которые создают липидные условия, отличные от ER мембран; и ankyrin и spectrin белки, которые формируют поддержки, на которых м. закрепляться многие цитоскелетные и сигнальные молекулы [3]. Цитоскелетные белки рекрутируются в Golgi мембраны с помощью ankyrin/spectrin сети, включая actin, tubulin, vimentin, dynein, dynamin и изоформы myosin [57-61]. Среди них dynein/dynamin комплекс, как полагают, обеспечивает зависие от микротрубочек образование кластеров ERGIC [16,62], тогда как myosin VI м. стабилизировать мембраны Golgi в центросомной области или помогает обеспечивать события post-Golgi почкования [60]. Вместе эта группа Arf1-зависимых белков и взаимодействующих с ними партнеров м. выполнять следующие функции: во-первых, ещё больше дифференцировать липидную среду в ER экспортных сайтах, так чтобы энзимы и грузы Golgi м. отсортировываться в этих сайтах; во-вторых, облегчает отсоединение глобулярно-тубулярных кластеров (т.е. ERGIC) теперь от груз-загружающих областей ER экспортных сайтов; в-третьих, обеспечивает образование кластеров и слияние этих структур; в-четвертых, стимулирует возвращение специфических мембранных компонентов обратно в ER посредством ретроградного транспорта. Последний процесс д.б. важен для организации carbohydrate-processing энзимов, nucleotide-sugar транспортеров и протоновых насосов внутри Гольджи, так что он д. вести себя взаимодействующая система для быстрой и эффективной конверсии гликопротеидных и гликолипидных субстратов в их продукты.
Доказательства, которые подтверждают критическую роль Arf1 в этом процессе получены благодаря находкам, что когда GTPase активность Arf1 ингибирована, напр., в клетках, экспрессирующих постоянно неактивную форму Arf1, Arf1 [T31N], или в клетках, обработанных BFA (которые предупреждают Arf1 от связывания с мембранами), то ни один из этих процессов не происходит. Теперь ER домены выхода присутствуют, вместе с динамически локализуемыми COPII белками, p115, матричными белками и рецепторами грузов [12,22,63,64] (Рис. 2a). Рекрутирование Arf1 на мембрану обеспечивается с помощью guanosine exchange factor GBF1, который сам по себе подвергается динамическому связыванию и диссоциации от мембран (Jackson and Lippincott-Schwartz, unpublished). Недавно Sztul и др. показали, что p115 взаимодействует с GBF1 [37]. Т.о., p115 м. регулировать ассоциацию GBF1's с мембранами и тем самым косвенно контролировать рекрутирование на мембрану Arf1's. Это согласуется с находкой, что во время обработки клеток BFA, который, как полагают, инактивирует GBF, p115 продолжает ассоциировать с мембранами [37]. В BFA-обработанных клетках p115 и Sar1 активности позволяют сформироваться ER экспортным сайтам, но из-за ингибирования Arf1 ER экспортные сайты не образуют обогащенных грузами ERGIC (которые д.б. способными к слиянию, чтобы формировать Golgi).
Уникальная белковая и липидная среда Golgi поддерживается с помощью активности Arf1's, как известно, служит в качестве платформы для сигнальных и регуляторных молекул с разнообразными функциями. Сюда входят гетеротримерные G белки, малый G белок Ras, PKA, PI(3) kinase, IQGAP, eNOS, Nir2, PI4Kb и Cdc42 (см. Box 1). Др. цитоплазматические белки, ассоциированные с Golgi, играют роль в ядре и цитоплазме, включая casein kinase, cyclin B2, tankyrase и членов семейства Cullin и CtBP/BARS. Кроме того, др. ассоциированные с Golgi белки, являются киназами и активаторами киназ; сюда входят PKC, Myt1 и calmodulin kinases. Наконец, ряд polo-like kinases, которые, как полагали раньше, локализуются в центросомах, находятся однако в Гольджи, включая Plk-3 и Sak1 [5,65]. Эти белки играют роль в регуляции динамики микротрубочек. Многие из активностей этих сигнальных и регуляторных молекул зависят от мембранной среды Голджи, создаваемой специфически с помощью

Golgi-associated signaling and regulatory molecules

Arf1 и его эффекторов. Они подвергаются быстрой диссоциации от Golgi мембран, когда Arf1 остро инактивируется с помощью BFA [3,5]. Интересно, что Arf1 инактивируется рано в митозе [5]. Последующее высвобождение этих сигнальных и регуляторных белков в цитоплазму д. в принципе играть роль в режиссировании митотических процессов, происходящих в цитоплазме. Согласуется с этим то, что когда разборка Гольджи ингибируется во время митозас с помощью воздействий, которые предупреждают инактиваицю Arf1, то Arf1-зависимые Golgi периферические белки не высвобождаются из Golgi и возникают митотические дефекты в сегрегации хромосом и в образовании борозды во время цитокинеза [5]. Это указывает на то, что Arf1-зависимые рассеивание периферических Golgi белков в митозе важно для скоординированного поведения Golgi мембран, хромосом и цитоскелета во время митоза. Инактивация Arf1 во время митоза, т.о., создаёт способ для перераспределения этих белков в цитоплазму, так что они м. выполнять свои митотические функции.

Golgi formation through sequential activity of Sar1 and Arf1


Многоступенчатый процесс биогенеза Golgi, описанный здесь, по-видимому, режиссируется последовательно с помощью GTPase активностей Sar1 и Arf1 и их эффекторов (Рис. 3). В этой схеме, активность Sar1 GTPase инициирует процесс биогенеза аппарата Гольджи с помощью COPII-обеспечиваемой сортировки специфических интегральных мембранных белков (напр., ERGIC53, p24 белков и KDEL рецептора) в ER субдомены. Образование кластеров этих белков приводит к изменениям в толщине бислоя и композиции этих сайтов, что ведет к рекрутированию и активированию молекул, подобных Rab1, которые в свою очередь рекрутируют p115 в эти сайты. Способность P115 взаимодействовать с SNAREs и матричными белками, затем обусловливает появление ER экспортных сайтов, чтобы дифференцироваться в ERGIC (т.е., незрелый Golgi) путем стимулирования трансформации мембран и событиям слияния в этой локальной области. (Будучи сформированным Golgi обеспечивает Rab1- и Rab2-обусловленное рекрутирование p115 и его партнеров, что продолжает стимулировать трансформацию мембраны, события прикрепления и слияния в мембранах Гольджи).
Активность Arf1 в ER экспортных доменах позволяет этим доменам трансформироваться в динамические транспортные промежуточные образования, способные упаковывать разнообразные типы секреторных грузов, отсортировывать избранные молекулы обратно в ER и транслоцироваться через цитоплазму. Слитые вместе эти промежуточные образования представляют собой Golgi. Активация Arf1 м.б. результатом рекрутирования GBF1 с помощью

Fig. 3. Schematic organization of Golgi biogenesis. (a) Recruitment of proteins involved in the biogenesis of the Golgi as a steady-state system is based on the sequential GTPase activities of Sar1 and Arf1. Note that different sets of interacting protein pathways associate with different compartments :ER (black box), ER export domain (red box), ERGIC and Golgi membranes (blue box).

p115, т.к. GBF1 является скорее всего guanosine exchange фактором для Arf1 [37,64]. Будучи активированным Arf1 активирует мембраны ER экспортных сайтов, он рекрутирует большие количества эффекторных белков (включая ankyrin, spectrin, COPI, сигнальные белки и phospholipid-модифицирующие белки), это позволяет ER экспортному домену трансформироваться сначала в ERGIC , а затем в мембраны Golgi. Этот процесс использует функциональную, а также морфологическую трансформацию мембран, т.к. структуры, представляющие ER экспортные сайты и ERGIC (т.е., кластеры трубочек и пузырьков) отличаются по своему виду от тех, что представляют собой Golgi (т.е., компактные. уплощенные стеки из цистерн). Необходимо установить, какие ассоциированные с Golgi белки ответственны за превращения Golgi мембран в уплощенные стеки цистерн и как это происходит [66,67]. Наблюдение за поведением ER мембран показало, что они способны к драматическому ремоделированию из ретикулярной сети в плотные стеки цистерн (напоминающие Golgi и др. органеллы. организованные в стеки) после избыточной экспрессии ER белков с цитоплазматическими доменами, способными испытывать взаимодействия низкого сродства [68]. Сходный механизм, следовательно, м. объяснить и то, как Golgi приобретает свои специфические морфологические очертания.
Итак, Arf1 и Sar1 последовательно инактивируются и затем ре-активируются во время митозов [5,69]. Это открывает возможность того, что активности этих GTPases имеют отношение к многоступенчатому процессу митогенной сборки Golgi [5]. Необходимы дальнейшие исследования в этом направлении [5,70–72].

Conclusions


The Golgi apparatus is a steady-state organelle that can be assembled from the ER de novo in the absence of any pre-existing structure. This de novo assembly depends on the sequential activities of Sar1 and Arf1. Sar1 activity leads to the initial recruitment of numerous peripheral proteins to ER export domains (including Rab1, p115, SNAREs and matrix proteins) that permit these domains to differentiate into ERGIC. These structures are then further differentiated by the activity of Arf1 and its numerous effectors, producing Golgi membranes (enriched in secretory cargo and processing enzymes) that are morphologically and geographically distinct from ER. Of the many Golgi-associated proteins whose functions remain to be unraveled, several are likely to be involved in modulating the activities of Sar1, Arf1 and its effectors. Others may not be involved in Golgi biogenesis or maintenance at all, but function as a consequence of the Golgi’s steady-state structure. These include the following: glycosylating enzymes; molecules with roles in exporting cargo out of the Golgi to the plasma membrane or endosomal system (e.g. Arl family [73]); proteins that integrate Golgi structure with the cytoskeleton (e.g. COGs [74]); and molecules that use Golgi membranes as a platform for regulating signaling events [55,75,76]. A challenge for the future is to understand how all of the Golgi-associated proteins interact with each other to maintain the Golgi’s complex structure and diverse cellular functions.
Сайт создан в системе uCoz