COPII

Kompleks proteinskog omotača II, ili COPII, predstavlja grupu proteina koji olakšavaju formiranje vezikula za transport proteina iz endoplazmatskog retikuluma do Golgijevog aparata ili međuprostorne komore između endoplazmatskog retikuluma i Golgijevog aparata. Ovaj proces se naziva anterogradni transport, za razliku od retrogradnog transporta koji je povezan sa COPI kompleksom. COPII se sastavlja u dva sloja: prvo se formira unutrašnji sloj od proteina Sar1, Sec23 i Sec24, a zatim se unutrašnji omotač okruži spoljnjom mrežom od proteina Sec13 i Sec31.

Funkcija

COPII omotač je odgovoran za formiranje vezikula iz endoplazmatskog retikuluma (ER). Ove vezikule prenose proteine tereta do Golgijevog aparata (kod kvasca) ili do međuprostorne komore endoplazmatskog retikuluma i Golgijevog aparata (ERGIC, kod sisara).^[1]

Sastavljanje omotača započinje kada se citosolska Ras GTPaza Sar1 aktivira pomoću svog faktora razmjene gvaninskog nukleotida Sec12.^[1] Aktivirani Sar1-GTP ugrađuje se u membranu ER-a, vezujući se prvenstveno za područja zakrivljenosti membrane. Kada se Sar1-GTP ugradi u membranu, regrutuje Sec23 i Sec24 koji čine unutrašnji omotač.^[1] Nakon što je unutrašnji omotač formiran, proteini spoljnjeg omotača Sec13 i Sec31 se regrutuju na formirajuću vezikulu.^[1] Hidroliza Sar1 GTP-a u GDP potiče raspad omotača.

Nekim proteinima pripisuje se odgovornost za selektivno pakovanje tereta u COPII vezikule. Novija istraživanja sugeriraju da kompleks Sec23/Sec24-Sar1 učestvuje u izboru tereta.^[2] Na primjer, Erv29p kod Saccharomyces cerevisiae pokazuje se neophodnim za pakovanje glikozilisanog pro-α-faktora.^[2]

Proteini Sec24 prepoznaju različite proteine tereta i pakuju ih u formirajuće vezikule.

Struktura

COPII omotač se sastoji od unutrašnjeg sloja – fleksibilne mreže proteina Sar1, Sec23 i Sec24 – i spoljnjeg sloja koji čine Sec13 i Sec31.^[1] Sar1 je sličan drugim GTPazama iz Ras porodice, sa jedrom od šest beta niti okruženih sa tri alfa spirale i dvije fleksibilne „switch domene“. Za razliku od drugih Ras GTPaza, Sar1 se ugrađuje u membrane pomoću N-terminalne spirale (umjesto mioztilacije ili prenilacije).^[1]

Ovi proteini omotača su potrebni, ali nedovoljni da usmjere ili prikače vezikulu na odgovarajuću ciljnu membranu. Za ove procese su također potrebni SNARE proteini, proteini tereta i drugi proteini.

Pre-budding kompleks (sastavljen od Sar1-GTP i Sec23/24) regrutuje fleksibilni Sec13p/31p kompleks, koji se karakterizira polimerizacijom Sec13/31 kompleksa sa drugim Sec13/31 kompleksima kako bi se formirao kubooktaedar sa širim rešetkastim rasporedom nego njegov analog u klatrinskim vezikulama. Formiranje kubooktaedra deformira membranu ER-a i odvaja COPII vezikulu (zajedno sa proteinima tereta i v-SNARE proteinima), čime se dovršava proces formiranja COPII vezikule.^[3]

Regulacija

Signali koji pokreću Sec12 da inicira sastavljanje COPII kompleksa još uvijek nisu potpuno poznati, iako su neki regulatorni proteini omotača već identificirani.^[4] Učestalost formiranja COPII vezikula djelomično regulišu proteini Sec16A i Tango1, vjerovatno tako što koncentriraju Sec12 na određenoj lokaciji kako bi efikasnije aktivirao Sar1.^[1]

Evolucija

Kod sisara postoje dva gena Sar1: SAR1A i SAR1B (ranije poznat kao SARA2).^[5] U kultiviranim ćelijama sisara oba Sar1 gena djeluju redundantno; međutim, kod životinja SAR1B je jedinstveno potreban za formiranje velikih COPII vezikula prečnika preko jednog mikrometra.^[1]

Slično tome, kod sisara postoje dva gena Sec23: SEC23A i SEC23B. Obe Sec23 izoforme imaju istu funkciju, ali se izražavaju u različitim tkivima tijela. Oba Sec23 proteina mogu interagovati s bilo kojim od četiri Sec24 proteina: SEC24A, SEC24B, SEC24C i SEC24D.^[1]

Uloga u bolesti

Letalne ili patogene varijante većine COPII proteina su opisane. Gubitak Sar1B kod miševa rezultira smrću ubrzo nakon rođenja.^[6] Kod ljudi, nasljeđivanje dvije kopije određenih SAR1B varijanti dovodi do bolesti zadržavanja hilomikrona,^[1] a gubitak Sar1B uzrokuje kombinaciju bolesti zadržavanja hilomikrona i neuromuskularnog poremećaja Marinesco–Sjögren sindroma.^[6]

Gubitak Sec23A je letalan za miševe u prenatalnom periodu.^[6] Kod ljudi, varijanta Sec23A uzrokuje kranio-lentikulo-šuralnu displaziju (Cranio-lenticulo-sutural dysplasia), dok su varijante Sec23B povezane s bolestima koštane srži, uključujući kongenitalnu diseritropoetsku anemiju tip II i neke vrste raka.^[1]^[6] Miševi bez Sec23B umiru ubrzo nakon rođenja.^[6] Halperin-Birk sindrom (HLBKS), rijetki autosomno recesivni neurološki poremećaj u razvoju, uzrokovan je nul-mutacijom u SEC31A genu.^[7]

Konformacijske promjene

COPII ima tri specifična mjesta vezivanja, od kojih se svako može povezati u kompleks. Na priloženoj slici (Sed5) koristi se Sec22 t-SNARE kompleks za vezivanje. Ovo mjesto je vezano jače i stoga je više preferirano.

Conformation of the CopII protein complexed with the snare protein Bet1 (PDB 1PCX).^[8]
Conformation of the CopII protein that is complexed with the snare protein Sed5 (PDB 1PD0).^[8]

Istraživanje

Mutacije: zamjena treonina na poziciji 39 asparaginom stvara dominantno negativni Sar1A koji je trajno vezan za GDP, dok zamjena histidina na poziciji 79 glicinom stvara konstitutivno aktivni Sar1A, pri čemu je hidroliza GTP-a drastično usporena.^[1]

Vidi također

COPI vezikule
Klatrinske vezikule

Reference

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Peotter, Jennifer; Kasberg, William; Pustova, Iryna; Audhya, Anjon (2019). "COPII‐mediated trafficking at the ER/ERGIC interface". Traffic (jezik: engleski). 20 (7): 491–503. doi:10.1111/tra.12654. ISSN 1398-9219. PMC 6640837. PMID 31059169.
1 2 Belden, William J.; Barlowe, Charles (16. 11. 2001). "Role of Erv29p in Collecting Soluble Secretory Proteins into ER-Derived Transport Vesicles". Science (jezik: engleski). 294 (5546): 1528–1531. doi:10.1126/science.1065224. ISSN 0036-8075.
↑ Fath, Stephan; Mancias, Joseph D.; Bi, Xiping; Goldberg, Jonathan (2007). "Structure and Organization of Coat Proteins in the COPII Cage". Cell (jezik: engleski). 129 (7): 1325–1336. doi:10.1016/j.cell.2007.05.036.
↑ Molecular cell biology (8 izd.). New York: W.H. Freeman, Macmillan learning. 2016. ISBN 978-1-4641-8339-3.
↑ GeneCards Human Gene Database. "SAR1B Gene - GeneCards | SAR1B Protein | SAR1B Antibody". www.genecards.org (jezik: engleski). Pristupljeno 28. 9. 2025.
1 2 3 4 5 Lu, Chung-Ling; Kim, Jinoh (2020). "Consequences of mutations in the genes of the ER export machinery COPII in vertebrates". Cell Stress and Chaperones (jezik: engleski). 25 (2): 199–209. doi:10.1007/s12192-019-01062-3. PMC 7058761. PMID 31970693.
↑ Halperin, Daniel; Kadir, Rotem; Perez, Yonatan; Drabkin, Max; Yogev, Yuval; Wormser, Ohad; Berman, Erez M; Eremenko, Ekaterina; Rotblat, Barak (2019). "SEC31A mutation affects ER homeostasis, causing a neurological syndrome". Journal of Medical Genetics (jezik: engleski). 56 (3): 139–148. doi:10.1136/jmedgenet-2018-105503. ISSN 0022-2593.
1 2 1PCX; 1PD0; Mossessova E, Bickford LC, Goldberg J (august 2003). "SNARE selectivity of the COPII coat". Cell. 114 (4): 483–95. doi:10.1016/S0092-8674(03)00608-1. PMID 12941276. S2CID 11379372.

[:0-1] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Peotter, Jennifer; Kasberg, William; Pustova, Iryna; Audhya, Anjon (2019). "COPII‐mediated trafficking at the ER/ERGIC interface". Traffic (jezik: engleski). 20 (7): 491–503. doi:10.1111/tra.12654. ISSN 1398-9219. PMC 6640837. PMID 31059169.

[:1-2] 1 2 Belden, William J.; Barlowe, Charles (16. 11. 2001). "Role of Erv29p in Collecting Soluble Secretory Proteins into ER-Derived Transport Vesicles". Science (jezik: engleski). 294 (5546): 1528–1531. doi:10.1126/science.1065224. ISSN 0036-8075.

[3] Fath, Stephan; Mancias, Joseph D.; Bi, Xiping; Goldberg, Jonathan (2007). "Structure and Organization of Coat Proteins in the COPII Cage". Cell (jezik: engleski). 129 (7): 1325–1336. doi:10.1016/j.cell.2007.05.036.

[4] Molecular cell biology (8 izd.). New York: W.H. Freeman, Macmillan learning. 2016. ISBN 978-1-4641-8339-3.

[5] GeneCards Human Gene Database. "SAR1B Gene - GeneCards | SAR1B Protein | SAR1B Antibody". www.genecards.org (jezik: engleski). Pristupljeno 28. 9. 2025.

[:2-6] 1 2 3 4 5 Lu, Chung-Ling; Kim, Jinoh (2020). "Consequences of mutations in the genes of the ER export machinery COPII in vertebrates". Cell Stress and Chaperones (jezik: engleski). 25 (2): 199–209. doi:10.1007/s12192-019-01062-3. PMC 7058761. PMID 31970693.

[7] Halperin, Daniel; Kadir, Rotem; Perez, Yonatan; Drabkin, Max; Yogev, Yuval; Wormser, Ohad; Berman, Erez M; Eremenko, Ekaterina; Rotblat, Barak (2019). "SEC31A mutation affects ER homeostasis, causing a neurological syndrome". Journal of Medical Genetics (jezik: engleski). 56 (3): 139–148. doi:10.1136/jmedgenet-2018-105503. ISSN 0022-2593.

[pmid12941276-8] 1 2 1PCX; 1PD0; Mossessova E, Bickford LC, Goldberg J (august 2003). "SNARE selectivity of the COPII coat". Cell. 114 (4): 483–95. doi:10.1016/S0092-8674(03)00608-1. PMID 12941276. S2CID 11379372.

[1]