Cytosol (Svenska)

cytosol är en halvvätska substans som fyller cellens inre och inbäddning av andra organeller och subcellulära fack (Clegg JS. (1984)). Cytosolen i sig är innesluten av cellmembranet och membranen hos olika organeller, vilket utgör ett separat cellulärt fack. Tillsammans utgör cytosolen och alla organeller, förutom kärnan, cytoplasman. Exempel bilder av proteiner lokaliserade till cytosolen kan ses i Figur 1.,

i Cellatlasen har 4740 gener (24% av alla proteinkodande mänskliga gener) visats koda proteiner som lokaliserar till cytosolen och dess understrukturer (Figur 2). Analys av den cytosoliska proteomen visar anrikning av termer för biologiska processer relaterade till proteinmodifiering, mRNA-nedbrytning, metaboliska processer, signaltransduktion och celldöd. Omkring 79% (n=3738) av de cytosoliska proteinerna lokaliseras till andra cellulära fack utöver cytosolen. De vanligaste ytterligare platserna är kärnan och plasmamembranet.,

G3bp1 – U-251 MG
QARS – U-2 OS
Mthfs – U-2 OS

Figur 1. Exempel på proteiner lokaliserade till cytosolen. G3bp1 är ett enzym lokaliserat i cytosolen och spelar en roll i signaltransduktionsvägen (detekterad i U-251 MG-celler). QARS katalyserar aminoakyleringen av tRNA genom deras associerade aminosyra (detekterad i U-2 OS-celler). Mthfs är ett enzym som är involverat i metaboliska processer (detekterat i U-2 OS-celler).

Figur 2., 24% av alla humana proteinkodande gener kodar proteiner lokaliserade till cytosolen. Varje stapel är klickbar och ger ett sökresultat av proteiner som tillhör den valda kategorin.

sammansättningen av cytosolen

understrukturer

• Aggresome: 21
• Cytosol: 4658
• cytoplasmiska kroppar: 77
• Stavar & ringar: 20

cytosolen utgör cirka 70% av den totala volymen av mänskliga celler, och är mycket trångt och komplex (Luby-Phelps K. (2013))., Cytosolen består huvudsakligen av vatten (cirka 70% av volymen) och proteiner (20-30% av volymen) (Luby-Phelps K. (2000); Ellis RJ. (2001)). Snarare än en vätska beskrivs den ofta som en hydrofil geléliknande matris som möjliggör fri rörlighet för joner, hydrofila molekyler och proteiner, men också större strukturer som proteinkomplex och vesiklar, över cellen. Joner som kalium, natrium, bikarbonat, klorid, kalcium, magnesium och aminosyror är också viktiga beståndsdelar i cytosolen., Skillnaderna i koncentration av dessa joner mellan cytosolen och den extracellulära vätskan eller cytosoliska organeller är väsentliga för många cellulära funktioner, till exempel för att möjliggöra cell-till-cell-kommunikation vid synapser av nervceller. Humant cytosoliskt pH varierar mellan 7,0-7,4 och är vanligtvis högre om cellen växer (Bright GR et al. (1987)).

exempelbilder av det protein som kodas av mthfd1 målat i 3 olika cellinjer kan ses i Figur 3.

Mthfd1
Mthfd1
Mthfd1

Figur 3., Exempel på cytosols morfologi i olika cellinjer, representerad av immunofluorescerande färgning av protein MTHFD1 i A-431, U-251 MG och U-2 OS-celler.

cytosolen innehåller också olika icke-membranbundna strukturer, inklusive cytoplasmiska inklusioner, såsom glykogen -, pigment – och kristallina inklusioner och cytoplasmiska kroppar, såsom p-kroppar och stressgranuler. Aggresomes är stora inklusionskroppar som bildas vid aktiv retrograd transport av misfolded proteiner men längs microtubules (Kopito rr. (2000))., Denna sekvestrering har cytoprotektiv funktion, för aggregerade proteiner som inte kan rensas genom proteosomal nedbrytning. P-kroppar är icke-membranbundna foci av mRNA och proteiner som fungerar i RNA-omsättning, translationell repression, rna-medierad ljuddämpning och RNA-Lagring (Aizer A et al. (2008)). En sällsynt och ganska nyligen upptäckt struktur som kan förekomma i cytosolen är stavar och ringar (RRs)., Dessa är filamentliknande strukturer som innehåller proteiner som är involverade i biosyntesen av nukleotider, som ursprungligen upptäcktes genom användning av mänskliga autoantikroppar, men lite är känt om deras biologiska funktion (Carcamo WC et al. (2014)).

ett urval av proteiner som är lämpliga att användas som markörer för cytosol anges i Tabell 1.

tabell 1. Val av proteiner som är lämpliga som markörer för cytosolen.,olyl-tRNA synthetase

Cytosol HARS Histidyl-tRNA synthetase Cytosol ATXN2L Ataxin 2 like Cytosol AMPD2 Adenosine monophosphate deaminase 2 Cytosol RABGAP1 RAB GTPase activating protein 1 Cytosol

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., Till exempel måste metaboliter ofta transporteras över cytosolen från produktionsområdet till den plats där de behövs, och olika signaler måste överföras från cellmembranet till målfacken. Dessutom förekommer många viktiga cellulära processer och reaktioner, särskilt av metabolisk karaktär, i cytosolen. Dessa processer innefattar proteinsyntes genom översättning, den första etappen av cellulär andning genom glykolys och celldelning genom mitos och meios., Cytosolen spelar också en central roll för att upprätthålla gradienter över membranen, vilket är viktigt för cellsignalering, osmos och cellulär excitabilitet (Lang f. (2007)).

en lista över starkt uttryckta cytosoliska proteiner sammanfattas i Tabell 2. Gen ontologi (GO)-baserad analys av cytosolisk proteom visar anrikning av termer som är väl i linje med de kända funktionerna i cytosolen., De mest berikade termerna för GO-domänens biologiska Process är relaterade till översättning, post-translationella modifieringar, signalvägar och celldöd (figur 4a). Anrikning analys av GO-domänen Molekylär funktion visar också betydande anrikning för termer relaterade till översättning och proteinmetabolism (figur 4b).

figur 4a. Gen ontologibaserad anrikningsanalys för cytosolproteomen som visar de signifikant berikade villkoren för GO-domänens biologiska Process., Varje stapel är klickbar och ger ett sökresultat av proteiner som tillhör den valda kategorin.

figur 4b. Gen ontologibaserad anrikningsanalys för cytosolproteomen som visar de signifikant berikade termerna för Molekylär funktion för GO-domänen. Varje stapel är klickbar och ger ett sökresultat av proteiner som tillhör den valda kategorin.

tabell 2. Starkt uttryckta enstaka lokaliserande cytosoliska proteiner över olika cellinjer.,e”>91

PABPC1 Poly(A) binding protein cytoplasmic 1 84 EIF4G2 Eukaryotic translation initiation factor 4 gamma 2 82 RPS18 Ribosomal protein S18 75

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)., Nätverksplanen visar att de vanligaste facken som delar proteiner med cytosolen är kärnan, plasmamembranet och nukleolerna. Speciellt proteiner som lokaliseras till både cytosolen och kärnan, liksom cytosolen och plasmamembranet, är överrepresenterade. Faktum är att det finns många proteiner som är kända för att transporteras, eller kontinuerligt shuttle, mellan cytosol och dessa fack, inklusive transkriptionsfaktorer, ribosomala proteiner och signalmolekyler. Exempel på multilokaliserande proteiner inom cytosolisk proteom kan ses i Figur 6.,

Figur 5. Interaktivt nätverk plot av cytosolproteinerna med flera lokaliseringar. Siffrorna i anslutningsnoderna visar proteinerna som är lokaliserade till cytosolen och till en eller flera ytterligare platser. Endast anslutningsnoder som innehåller mer än ett protein och minst 0,5% proteiner i cytosolisk proteom visas. Cirkelstorlekarna är relaterade till antalet proteiner., De cyanfärgade noderna visar kombinationer som är betydligt överrepresenterade, medan magenta färgade noder visar kombinationer som är betydligt underrepresenterade jämfört med sannolikheten att observera den kombinationen baserat på frekvensen för varje anteckning och ett hypergeometriskt test (p<=0,05). Observera att denna beräkning endast görs för proteiner med dubbla lokaliseringar. Varje nod är klickbar och resulterar i en lista över alla proteiner som finns i de anslutna organellerna.

RPL10A
STAT5A
Ddx55

Figur 6., Exempel på multilokaliserande proteiner i cytosolisk proteom. RPL10A är ett känt ribosomalt protein, vilket krävs för bildandet av 60S ribosomala subenheter. Det har visat sig lokalisera både nukleolerna och cytosolen (detekterad i U-2 OS-celler). STAT5A tillhör familjen STAT transkriptionsfaktorer. Det översätter från cytosolen till kärnan som svar på fosforylering (detekterad i A-431 celler). DDX55 är medlem i DEAD box protein familj inblandad i flera cellulära processer som involverar förändring av RNA sekundär struktur., Det har visat sig lokalisera till kärnan, nukleolerna och cytosol (detekteras i A-431 celler).

expressionsnivåer av cytosolproteiner i vävnad

transkriptomanalys och klassificering av gener i vävnadsfördelningskategorier (figur 8) visar att gener som kodar för proteiner som lokaliserar till cytosolen och dess understrukturer har en liknande fördelning till alla gener i Cellatlasen, men med en liten men signifikant minskning av fraktionen av gen för whcih är expressionen begränsad till vissa vävnader.

Figur 7., Bar plot visar andelen gener i olika vävnadsfördelningskategorier för cytosol-associerade proteinkodande gener jämfört med alla gener i Cellatlasen. Asterisk markerar en statistiskt signifikant avvikelse (p≤0,05) i antalet gener i en kategori baserad på ett binomialt statistiskt test. Varje stapel är klickbar och ger ett sökresultat av proteiner som tillhör den valda kategorin.

relevanta länkar och publikationer

---