Cytosol (Italiano)
Il cytosol è una sostanza semi-fluida che riempie l’interno della cellula e incorpora gli altri organelli e compartimenti subcellulari (Clegg JS& periodo; (1984)). Il citosol stesso è racchiuso dalla membrana cellulare e dalle membrane di diversi organelli, costituendo così un compartimento cellulare separato. Insieme, il citosol e tutti gli organelli, tranne il nucleo, costituiscono il citoplasma. Immagini di esempio di proteine localizzate nel citosol possono essere viste in Figura 1.,
Nell’Atlante cellulare, 4740 geni (24% di tutti i geni umani codificanti proteine) hanno dimostrato di codificare proteine che si localizzano nel citosol e nelle sue sottostrutture (Figura 2). L’analisi del proteoma citosolico mostra l’arricchimento dei termini per i processi biologici relativi alla modificazione delle proteine, alla degradazione dell’mRNA, ai processi metabolici, alla trasduzione del segnale e alla morte cellulare. Circa il 79% (n=3738) delle proteine citosoliche si localizzano in altri compartimenti cellulari oltre al citosol. Le posizioni aggiuntive più comuni sono il nucleo e la membrana plasmatica.,
G3BP1 – U-251 MG
QARS – U-2 OS
MTHFS – U-2 OS
Figura 1. Esempi di proteine localizzate al citosol. G3BP1 è un enzima localizzato nel citosol e svolge un ruolo nella via di trasduzione del segnale (rilevata nelle cellule U-251 MG). QARS catalizza l’aminoacilazione del tRNA dal loro aminoacido associato (rilevato nelle cellule U-2 OS). MTHFS è un enzima coinvolto nei processi metabolici (rilevato nelle cellule U-2 OS).
- Il 24% (4740 proteine) di tutte le proteine umane è stato rilevato sperimentalmente nel citosol dall’Atlante delle proteine umane.,
- 1665 proteine nel citosol sono supportate da prove sperimentali e di queste 354 proteine sono potenziate dall’Atlante proteico umano.
- 3738 proteine nel citosol hanno più posizioni.
- 676 proteine nel citosol mostrano una variazione da cellula a cellula. Di questi 582 mostrano una variazione di intensità e 105 una variazione spaziale.
- Le proteine citosoliche sono principalmente coinvolte nella modificazione delle proteine, nella degradazione dell’mRNA, nei processi metabolici, nella trasduzione del segnale e nella morte cellulare.
Figura 2., il 24% di tutti i geni codificanti proteine umane codificano proteine localizzate nel citosol. Ogni barra è cliccabile e fornisce un risultato di ricerca di proteine che appartengono alla categoria selezionata.
Composizione del citosol
Strutture
- Aggresome: 21
- Citosol: 4658
- Citoplasmatica corpi: 77
- Aste & Anelli: 20
citosol, costituisce circa il 70% del volume totale di cellule umane, ed è molto affollato e complesso (Luby-Phelps K&periodo; (2013))., Il citosol è composto principalmente da acqua (circa il 70% del volume) e proteine (20-30% del volume) (periodo Luby-Phelps K&; (2000); Ellis RJ&; (2001)). Piuttosto che un liquido, è spesso descritto come una matrice gelatinosa idrofila che consente la libera circolazione di ioni, molecole idrofile e proteine, ma anche strutture più grandi come complessi proteici e vescicole, attraverso la cellula. Ioni come potassio, sodio, bicarbonato, cloruro, calcio, magnesio e aminoacidi sono anche importanti costituenti del citosol., Le differenze di concentrazione di questi ioni tra il citosol e il fluido extracellulare o gli organelli citosolici sono essenziali per molte funzioni cellulari, ad esempio per consentire la comunicazione cellula-cellula alle sinapsi delle cellule nervose. Il pH citosolico umano varia tra 7.0-7.4 ed è solitamente più alto se la cellula sta crescendo (Bright GR et al. (1987)).
Immagini di esempio della proteina codificata da MTHFD1 macchiato in 3 diverse linee cellulari può essere visto in Figura 3.
MTHFD1
MTHFD1
MTHFD1
Figura 3., Esempi della morfologia del citosol in diverse linee cellulari, rappresentati dalla colorazione immunofluorescente della proteina MTHFD1 in cellule A-431, U-251 MG e U-2 OS.
Il citosol contiene anche diverse strutture non legate alla membrana, tra cui inclusioni citoplasmatiche, come inclusioni di glicogeno, pigmento e cristallino e corpi citoplasmatici, come corpi P e granuli di stress. Gli aggresomi sono grandi corpi di inclusione formati su trasporto retrogrado attivo di proteine misfolded anche se lungo microtubuli (periodo Kopito RR&; (2000))., Questo sequestro ha funzione citoprotettiva, per le proteine aggregate che non riescono ad essere eliminate dalla degradazione proteosomiale. I corpi P sono foci non legati alla membrana di mRNA e proteine che funzionano nel turnover dell’RNA, nella repressione traslazionale, nel silenziamento mediato dall’RNA e nello stoccaggio dell’RNA (Aizer A et al. (2008)). Una struttura rara e piuttosto recentemente scoperta che può apparire nel citosol sono Barre e anelli (RRs)., Si tratta di strutture simili a filamenti contenenti proteine coinvolte nella biosintesi dei nucleotidi, originariamente scoperte dall’uso di autoanticorpi umani, ma poco si sa della loro funzione biologica (Carcamo WC et al. (2014)).
Una selezione di proteine adatte ad essere utilizzate come marcatori per il citosol è elencata nella Tabella 1.
Tabella 1. Selezione di proteine adatte come marcatori per il 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., Ad esempio, i metaboliti spesso devono essere trasportati attraverso il citosol dall’area della loro produzione al sito in cui sono necessari e vari segnali devono essere trasdotti dalla membrana cellulare ai compartimenti bersaglio. Inoltre, molti importanti processi e reazioni cellulari, in particolare di carattere metabolico, si verificano nel citosol. Questi processi includono la sintesi proteica attraverso la traduzione, il primo stadio della respirazione cellulare attraverso la glicolisi e la divisione cellulare attraverso la mitosi e la meiosi., Il citosol svolge anche un ruolo fondamentale nel mantenimento dei gradienti attraverso le membrane, che è importante per la segnalazione cellulare, l’osmosi e l’eccitabilità cellulare (periodo Lang F&; (2007)).
Un elenco di proteine citosoliche altamente espresse è riassunto nella Tabella 2. L’analisi basata su Gene Ontology (GO) del proteoma citosolico mostra l’arricchimento di termini che sono ben in linea con le funzioni note del citosol., I termini più arricchiti per il processo biologico del dominio GO sono legati alla traduzione, alle modifiche post-traduzionali, alle vie di segnalazione e alla morte cellulare (Figura 4a). L’analisi di arricchimento della funzione molecolare del dominio GO mostra anche un arricchimento significativo per i termini relativi alla traduzione e al metabolismo delle proteine (Figura 4b).
Figura 4a. Gene Ontology-based enrichment analysis for the cytosol proteome showing the significantly enriched terms for the GO domain Biological Process., Ogni barra è cliccabile e fornisce un risultato di ricerca di proteine che appartengono alla categoria selezionata.
Figura 4b. Gene Ontology-based enrichment analysis for the cytosol proteome showing the significantly enriched terms for the GO domain Molecular Function. Ogni barra è cliccabile e fornisce un risultato di ricerca di proteine che appartengono alla categoria selezionata.
Tabella 2. Proteine citosoliche localizzanti singole altamente espresse attraverso diverse linee cellulari.,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 trama di rete mostra che i compartimenti più comuni che condividono le proteine con il citosol sono il nucleo, la membrana plasmatica e i nucleoli. Soprattutto le proteine che si localizzano sia al citosol che al nucleo, così come al citosol e alla membrana plasmatica, sono sovrarappresentate. In effetti, ci sono molte proteine note per essere trasportate, o per shuttle continuamente, tra il citosol e questi compartimenti, inclusi fattori di trascrizione, proteine ribosomiali e molecole di segnalazione. Esempi di proteine multilocalizzanti all’interno del proteoma citosolico possono essere visti in Figura 6.,
Figura 5. Trama di rete interattiva delle proteine del citosol con più localizzazioni. I numeri nei nodi di connessione mostrano le proteine localizzate nel citosol e in una o più posizioni aggiuntive. Vengono mostrati solo nodi di collegamento contenenti più di una proteina e almeno lo 0,5% di proteine nel proteoma citosolico. Le dimensioni del cerchio sono correlate al numero di proteine., I nodi di colore ciano mostrano combinazioni che sono significativamente sovrarappresentate, mentre i nodi di colore magenta mostrano combinazioni che sono significativamente sottorappresentate rispetto alla probabilità di osservare quella combinazione in base alla frequenza di ogni annotazione e un test ipergeometrico (p<=0.05). Si noti che questo calcolo viene eseguito solo per le proteine con doppia localizzazione. Ogni nodo è cliccabile e si traduce in un elenco di tutte le proteine che si trovano negli organelli collegati.
RPL10A
STAT5A
DDX55
Figura 6., Esempi di proteine multilocalizzanti nel proteoma citosolico. RPL10A è una proteina ribosomiale nota, necessaria per la formazione delle subunità ribosomiali 60S. È stato dimostrato di localizzare sia i nucleoli che il citosol (rilevato nelle cellule U-2 OS). STAT5A appartiene alla famiglia dei fattori di trascrizione STAT. Si trasferisce dal citosol nel nucleo in risposta alla fosforilazione (rilevata nelle cellule A-431). DDX55 è un membro della famiglia della proteina della scatola MORTA implicata in parecchi processi cellulari che comprendono l’alterazione della struttura secondaria del RNA., È stato dimostrato che si localizza al nucleo, ai nucleoli e al citosol (rilevato nelle cellule A-431).
livelli di Espressione di proteine del citosol in tessuto
Transcriptome analisi e classificazione dei geni nel tessuto distribuzione categorie (Figura 8) mostra che i geni che codificano per proteine localizzazione nel citosol e le sue strutture hanno una distribuzione simile a tutti geni nella Cellula Atlas, ma con una piccola ma significativa diminuzione della frazione di gened per che theexpression è limitato ad alcuni tessuti.
Figura 7., Grafico a barre che mostra la percentuale di geni in diverse categorie di distribuzione tissutale per i geni codificanti proteine associati al citosol rispetto a tutti i geni nell’Atlante cellulare. L’asterisco segna una deviazione statisticamente significativa (p≤0,05) nel numero di geni in una categoria basata su un test statistico binomiale. Ogni barra è cliccabile e fornisce un risultato di ricerca di proteine che appartengono alla categoria selezionata.