Cytosol (Español)
el cytosol es una sustancia semi-fluida que llena el interior de la célula e incrustando los otros orgánulos y compartimentos subcelulares (Clegg js&período; (1984)). El citosol en sí está encerrado por la membrana celular y las membranas de diferentes orgánulos, formando así un compartimento celular separado. Juntos, el citosol y todos los orgánulos, excepto el núcleo, forman el citoplasma. En la Figura 1 se pueden ver imágenes de ejemplo de proteínas localizadas en el citosol.,
en el Atlas celular, se ha demostrado que 4740 genes (24% de todos los genes humanos que codifican proteínas) codifican proteínas que se localizan en el citosol y sus subestructuras (Figura 2). El análisis del proteoma citosólico muestra el enriquecimiento de términos para procesos biológicos relacionados con la modificación de proteínas, degradación de ARNm, procesos metabólicos, transducción de señales y muerte celular. Cerca del 79% (n = 3738) de las proteínas citosólicas se localizan a otros compartimentos celulares además del citosol. Las ubicaciones adicionales más comunes son el núcleo y la membrana plasmática.,
G3BP1 – U-251 MG
QARS – U-2 OS
MTHFS – U-2 OS
la Figura 1. Ejemplos de proteínas localizadas en el citosol. G3BP1 es una enzima localizada en el citosol y desempeña un papel en la vía de transducción de señales (detectada en células u-251 MG). El QARS cataliza la aminoacilación del ARNt por su aminoácido asociado (detectado en las células de SG U-2). MTHFS es una enzima involucrada en procesos metabólicos (detectada en células de SG U-2).
- 24% (4740 proteínas) de todas las proteínas humanas se han detectado experimentalmente en el citosol por la Human Protein Atlas.,
- 1665 proteínas en el citosol están respaldadas por evidencia experimental y de estas 354 proteínas están mejoradas por el Atlas de proteínas humanas.
- 3738 proteínas en el citosol tienen múltiples ubicaciones.
- 676 proteínas en el citosol muestran una variación de célula a célula. De estos, 582 muestran una variación en la intensidad y 105 una variación espacial.
- Las proteínas citosólicas participan principalmente en la modificación de proteínas, la degradación del ARNm, los procesos metabólicos, la transducción de señales y la muerte celular.
la Figura 2., El 24% de todos los genes codificadores de proteínas humanas codifican proteínas localizadas en el citosol. Cada barra es clicable y da un resultado de búsqueda de proteínas que pertenecen a la categoría seleccionada.
composición del citosol
subestructuras
- agresivas: 21
- citosol: 4658
- cuerpos citoplásmicos: 77
- varillas & anillos: 20
el citosol representa aproximadamente el 70% del total volumen de células humanas, y es muy concurrida y compleja (Luby-Phelps k&período; (2013))., El citosol se compone principalmente de agua (aproximadamente 70% del volumen) y proteínas (20-30% del volumen) (Luby-Phelps k&período; (2000); Ellis RJ&período; (2001)). En lugar de un líquido, a menudo se describe como una matriz hidrófila similar a una gelatina que permite el libre movimiento de iones, moléculas hidrofílicas y proteínas, pero también estructuras más grandes, como complejos de proteínas y vesículas, a través de la célula. Iones como potasio, sodio, bicarbonato, cloruro, calcio, magnesio y aminoácidos también son constituyentes importantes del citosol., Las diferencias en la concentración de estos iones entre el citosol y el fluido extracelular o orgánulos citosólicos son esenciales para muchas funciones celulares, por ejemplo para permitir la comunicación de célula a célula en las sinapsis de las células nerviosas. El pH citosólico humano oscila entre 7.0-7.4 y suele ser mayor si la célula está creciendo(Bright GR et al. (1987)).
imágenes de ejemplo de la proteína codificada por MTHFD1 teñida en 3 líneas celulares diferentes se pueden ver en la Figura 3.
MTHFD1
MTHFD1
MTHFD1
la Figura 3., Ejemplos de la morfología del citosol en diferentes líneas celulares, representadas por tinción inmunofluorescente de la proteína MTHFD1 en células de SG A-431, u-251 MG y U-2.
el citosol también contiene diferentes estructuras no unidas a la membrana, incluyendo inclusiones citoplasmáticas, como inclusiones de glucógeno, pigmento y cristalino, y cuerpos citoplasmáticos, como cuerpos P y gránulos de estrés. Los aggresomas son grandes cuerpos de inclusión formados sobre el transporte retrógrado activo de proteínas mal plegadas a lo largo de microtúbulos (kopito RR&período; (2000))., Este secuestro tiene función citoprotectora, para proteínas agregadas que no pueden ser eliminadas por degradación proteosómica. Los cuerpos P son focos de ARNm y proteínas no Unidos a la membrana que funcionan en el recambio de ARN, la represión traslacional, el silenciamiento mediado por ARN y el almacenamiento de ARN (aizer A et al. (2008)). Una estructura poco común y recientemente descubierta que puede aparecer en el citosol son las barras y los anillos (RRs)., Estas son estructuras similares a filamentos que contienen proteínas involucradas en la biosíntesis de nucleótidos, descubiertas originalmente por el uso de autoanticuerpos humanos, pero se sabe poco sobre su función biológica (Carcamo WC et al. (2014)).
en la tabla 1 se muestra una selección de proteínas aptas para ser utilizadas como marcadores del citosol.
Cuadro 1. Selección de proteínas adecuadas como marcadores del citosol.,olyl-tRNA synthetase
Function of the cytosol
The cytosol has an important role in providing structural support for other organelles and in allowing transport of molecules across the cell., Por ejemplo, los metabolitos a menudo necesitan ser transportados a través del citosol desde el área de su producción hasta el sitio donde se necesitan, y varias señales deben ser transducidas desde la membrana celular hasta los compartimentos objetivo. Además, muchos procesos y reacciones celulares importantes, especialmente de carácter metabólico, ocurren en el citosol. Estos procesos incluyen la síntesis de proteínas a través de la traducción, La primera etapa de la respiración celular a través de la glucólisis, y la división celular a través de la mitosis y la meiosis., El citosol también juega un papel fundamental en el mantenimiento de gradientes a través de las membranas, que es importante para la señalización celular, la ósmosis y la excitabilidad celular (Lang f&período; (2007)).
en la Tabla 2 se resume una lista de proteínas citosólicas altamente expresadas. El análisis basado en la ontología génica (GO) del proteoma citosólico muestra un enriquecimiento de términos que están bien alineados con las funciones conocidas del citosol., Los términos más altamente enriquecidos para el proceso biológico del dominio GO están relacionados con la traducción, las modificaciones post-traduccionales, las vías de señalización y la muerte celular (figura 4a). El análisis de enriquecimiento de la función Molecular del dominio GO también muestra un enriquecimiento significativo para los términos relacionados con la traducción y el metabolismo de las proteínas (figura 4b).
figura 4a. análisis de enriquecimiento basado en ontología génica para el proteoma citosol mostrando los Términos significativamente enriquecidos para el proceso biológico del dominio GO., Cada barra es clicable y da un resultado de búsqueda de proteínas que pertenecen a la categoría seleccionada.
figura 4b. análisis de enriquecimiento basado en ontología génica para el proteoma citosol mostrando los Términos significativamente enriquecidos para la función Molecular del dominio GO. Cada barra es clicable y da un resultado de búsqueda de proteínas que pertenecen a la categoría seleccionada.
Cuadro 2. Proteínas citosólicas de localización única altamente expresadas a través de diferentes líneas celulares.,e»>91
Cytosol proteins with multiple locations
Approximately 79% (n=3738) of the cytosolic proteins detected in the Human Protein Atlas also localize to other cellular compartments (Figure 5)., La gráfica de red muestra que los compartimentos más comunes que comparten proteínas con el citosol son el núcleo, la membrana plasmática y los nucléolos. Especialmente las proteínas que se localizan tanto en el citosol como en el núcleo, así como en el citosol y la membrana plasmática, están sobrerrepresentadas. De hecho, se sabe que hay muchas proteínas que se transportan, o que se desplazan continuamente, entre el citosol y estos compartimentos, incluidos los factores de transcripción, las proteínas ribosómicas y las moléculas de señalización. Ejemplos de proteínas multilocalizantes dentro del proteoma citosólico se pueden ver en la Figura 6.,
Figura 5. Gráfica de red interactiva de las proteínas citosol con múltiples localizaciones. Los números en los nodos de conexión muestran las proteínas que están localizadas en el citosol y en una o más ubicaciones adicionales. Solo se muestran los nodos de conexión que contienen más de una proteína y al menos el 0,5% de proteínas en el proteoma citosólico. Los tamaños de los círculos están relacionados con el número de proteínas., Los nodos de color cian muestran combinaciones que están significativamente sobrerrepresentadas, mientras que los nodos de color magenta muestran combinaciones que están significativamente subrepresentadas en comparación con la probabilidad de observar esa combinación basada en la frecuencia de cada anotación y una prueba hipergeométrica (p<=0.05). Tenga en cuenta que este cálculo solo se realiza para proteínas con localizaciones duales. Cada nodo es clickable y da como resultado una lista de todas las proteínas que se encuentran en los orgánulos conectados.
RPL10A
STAT5A
DDX55
Figura 6., Ejemplos de proteínas multilocalizantes en el proteoma citosólico. RPL10A es una proteína ribosomal conocida, que se requiere para la formación de las subunidades ribosomales de los años 60. Se ha demostrado que localizar tanto a los nucleolos y el citosol (detectado en U-2 OS células). STAT5A pertenece a la familia de factores de transcripción STAT. Se trasloca del citosol al núcleo en respuesta a la fosforilación (detectada en las células A-431). DDX55 es un miembro de la familia de la proteína de la caja muerta implicada en varios procesos celulares que implican la alteración de la estructura secundaria del ARN., Se ha demostrado que se localiza al núcleo, nucléolos y citosol (detectado en las células A-431).
niveles de expresión de las proteínas del citosol en el tejido
El análisis del transcriptoma y la clasificación de genes en categorías de distribución tisular (Figura 8) muestra que los genes que codifican proteínas que se localizan en el citosol y sus subestructuras tienen una distribución similar a todos los genes en el Atlas celular, pero con una pequeña pero significativa disminución en la fracción de gened para la cual la expresión se restringe a algunos tejidos.
Figura 7., Gráfico de barras que muestra el porcentaje de genes en diferentes categorías de distribución tisular para genes codificadores de proteínas asociados al citosol en comparación con todos los genes en el Atlas celular. Asterisco marca una desviación estadísticamente significativa (p≤0.05) en el número de genes en una categoría basada en una prueba estadística binomial. Cada barra es clicable y da un resultado de búsqueda de proteínas que pertenecen a la categoría seleccionada.