As COP, ou coatómeros son complexos proteicos que participan na formación das cubertas de vesículas membranosas no interior das células, no inicio das vías secretoras. Trátase dun proceso conservado evolutivamente, nos eucariotas. Existen dúas clases destas proteínas, cada unha implicada nun tipo de transporte diferente: COPI (/cop un/), que media o transporte retrógrado (desde o trans-Golgi ao cis-Golgi e ao retículo endoplasmático), e COPII (/cop dous/), que media o transporte anterógrado (desde o retículo endoplasmático ao cis-Golgi). Outras proteínas de revestimento de vesículas, que tamén participan neste proceso, e que teñen funcións parecidas ás dos coatómeros, son as clatrinas, que interveñen cando o transporte acontece desde o aparato de Golgi á membrana plasmática. Os coatómeros son funcionalmente análogos e evolutivamente homólogos das proteínas adaptadoras da clatrina, tamén chamadas adaptinas, que regulan a endocitose desde a membrana plasmática e o transporte desde a rede trans-Golgi aos lisosomas.
As proteínas que van ser transportadas nas vías retrógrada e anterógrada presentan unha secuencia de aminoácidos que determina o lugar da célula ao que van destinadas, o que fai que este proceso sexa selectivo. miniatura|361x361px|Estrutura da COPI. As proteínas de revestimento, como as COP, deben actuar só nas ocasións en que son necesarias, polo que debe haber un control do tráfico de membranas nos distintos tipos de transporte. As GTPases recrutadoras de revestimento, que son proteínas monoméricas, controlan a formación de vesículas. En alta concentración no citoplasma, as moléculas recrutadoras inactivas ligadas a GDP, son activadas por GEFs específicos nas membranas internas, que activan as recrutadoras asociándoas con GTP. ALBERTS, B.; BRAY, D.; LEWIS, J.; RAFF, M.; ROBERTS, K.; WATSON, J. D. Biologia molecular da célula. Porto Alegre: Artes Médicas, 1994. 1294 p.
A palabra coatómero construíuse a partir da palabra inglesa coat (cuberta, recubrimento, revestimento) e o sufixo grego meros (parte, porción)Diccionario etimológico méros. COP procede de coat proteín, 'proteína de cuberta'.
COPI
A COPI é o complexo proteico de revestimento responsable da vía retrógrada, entre o aparato de Golgi e o retículo endoplasmático (RE). Trátase dunha ruta de recuperación de moléculas biolóxicas útiles procedentes do RE, que poden ser recicladas e reutilizadas pola célula en diversas actividades fisiolóxicas. Esa vía é importante para evitar un gasto excesivo de enerxía na síntese de novas moléculas, promovendo unha mellor viabilidade termodinámica na homeostase celular. Procesos como a propia evaxinación de vesículas poden ser reabastecidos por compoñentes recuperados nesa ruta, como é o caso dos SNAREs, por exemplo.
Para que a vía retrógrada ocorra, é imprescindible que haxa un sinal que marque as proteínas orixinarias do retículo endoplasmático, sendo os máis comúns secuencias específicas de aminoácidos, coñecidas como KDEL, KKXX (di-lisina) ou KXKXX. Eses marcadores específicos sinalizan que a proteína normalmente se encontra no RE en estado estacionario e non debe ser dirixida a outros dominios celulares pola rexión trans do aparato de Golgi, pero sen retornar polas cisternas cis ao seu lugar de orixe. A marcaxe dos substratos que van ser transportados é, desa forma, extremadamente importante na etapa de selección do contido das vesículas revestidas de COPI. As proteínas cargamento retrógradas que levan un sinal de di-lisina líganse directamente ao revestimento. As proteínas do lume do RE que posúen un motivo KDEL, como as chaperonas BiP e PDI, son recoñecidas na rexión cis-Golgi por un receptor KDEL (codificado polo xene ERD2 en lévedos) e son direccionados cara a vesículas COPI.Lippincott-Schwartz, J., Presley, J., Cole, N., Schroer, T., Hirschberg, K. and Zaal, K. (1997). ER-to-Golgi transport visualized in living cells. Nature, [on line] 389(6646), pp.81-85. Available at: https://www.nature.com/nature/journal/v389/n6646/full/389081a0.html [Accessed 5 Jul. 2017].Gürkan, C., Stagg, S., LaPointe, P. and Balch, W. (2006). The COPII cage: unifying principles of vesicle coat assembly. Nature Reviews Molecular Cell Biology, [on line] 7(10), pp.727-738. Available at: https://www.nature.com/nrm/journal/v7/n10/full/nrm2025.html [Accessed 5 Jul. 2017].Lee, C. and Goldberg, J. (2010). Structure of Coatomer Cage Proteins and the Relationship among COPI, COPII, and Clathrin Vesicle Coats. Cell, [on line] 142(1), pp.123-132. Available at: http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.cell.2010.05.030 [Accessed 5 Jul. 2017].Bethune, J., Kol, M., Hoffmann, J., Reckmann, I., Brugger, B. and Wieland, F. (2006). Coatomer, the Coat Protein of COPI Transport Vesicles, Discriminates Endoplasmic Reticulum Residents from p24 Proteins. Molecular and Cellular Biology, 26(21), pp.8011-8021.
Estudos feitos en mamíferos atoparon a relevancia da COPI noutra vía de transporte de vesículas: o transporte intra-Golgi. Esa vía está asociada á condución de biomoléculas entre as cisternas do orgánulo, onde poden ocorrer diversos procesos bioquímicos relacionados co procesamento postraducional, por exemplo a glicosilación, a clivaxe de proproteínas e a fosforilación de estruturas. O revestimento da COPI foi identificado por primeira vez nun ensaio de células libres de mamíferos que reconstituíu o transporte intra-Golgi. As vesículas revestidas de COPI derivadas de Golgi acumúlanse e poden ser purificadas por medio de reaccións nas que o transporte é bloqueado co análogo GTP non hidrolizable, GTP-g -S. A ARF ligada ao GTP é unha das proteínas citosólicas necesaria para producir vesículas revestidas de COPI, constituíndo a maquinaria mínima para deformar a bicapa lipídica durante a evaxinación de vesículas. A retirada das vesículas de COPI iníciase cando a ARF hidroliza a súa GTP, que libera a ARF e permite a fusión da vesícula coa membrana diana. Desa forma, sábese que, en células de mamíferos, o revestimento de COPI está predominantemente asociado ao lado cis do aparato de Golgi (vía retrógrada) e ás estruturas de compartimentos intermediarios, dispersas ao longo do citoplasma (transporte intra-Golgi).
COP II
A COP II é un complexo de proteínas que actúa na evaxinación de vesículas constitutivas da vía anterógrada, ou sexa, orixinadas no retículo endoplasmático e dirixidas ao aparato de Golgi. Esa vía exerce papel fundamental nas etapas iniciais das actividades secretoras da célula. Para iniciar o seu paso ao longo da vía biosintética-secretora, as proteínas que entran no RE e que son destinadas ao aparato de Golgi ou máis alá son, primeiramente, empaquetadas en pequenas vesículas de transporte revestidas de COPII. Esas vesículas de transporte brotan de rexións especializadas do RE chamadas sitios de saída, cuxas membranas non posúen ribosomas adheridos.
Ese tipo de revestimento por COPII foi identificado por primeira vez en lévedos, e os seus compoñentes están implicados na formación de vesículas revestidas por COPII esenciais para a viabilidade celular en lévedos. Estudos in vitro identificaron que os compoñentes citosólicos do revestimento da COPII comprenden a pequena GTPase Sar1p e dous complexos de proteínas heterodímeras, Sec23/24p e Sec13/31p. Recentemente utilizouse a microscopia electrónica para visualizar a estrutura das subunidades COPII e a estrutura superficial das vesículas revestidas de COPII. Sábese, entón, que o complexo Sec23/24p se asemella a unha gravata e o complexo Sec13/31p posúe unha estrutura flexible de diámetro de 24/ 30 nm que comprende unha estrutura globular.
Regulación da montaxe de revestimentos de COP II
Para asegurar que o tráfico de membranas en dirección a un orgánulo e no sentido contrario sexa equilibrado, as proteínas de revestimento deben estruturarse soamente cando e onde son necesarias. Por iso, a actividade de GTPases recrutadoras é fundamental na regulación da montaxe dos revestimentos, tanto de COPII coma de COPI. As GTPases recrutadoras de revestimento son membros dunha familia de GTPases monoméricas. Entre elas están as proteínas t, responsables da montaxe dos revestimentos de COPI e de clatrina a partir das membranas de Golgi, e a proteína Sar1, a cal é responsable da montaxe do revestimento de COPII nas membranas do RE.
Debido ao funcionamento desas GTPases, o xurdimento da vesícula só se inicia cando unha proteína transmembrana localizada no retículo endoplasmático, Sec12p, media a o cambio de GTP/PIB a Sar1p. A Sar1p ligada a GTP entón lígase firmemente ás membranas do retículo endoplasmático, probablemente incorporando unha hélice alfa N-terminal na bicapa dunha maneira semellante á promovida pola ARF1 (a pequena GTPase que actúa no tráfico dependente de COPI). A unión á membrana de Sar1p-GTP permite o recrutamento do complexo Sec23/24 e posteriormente do complexo Sec13/31p, que induce a polimerización do revestimento e a deformación da membrana para a evaxinación de vesículas. Unha vez que brota a vesícula, o Sec23p actúa como unha proteína activadora de GTPase específica para o Sar1p (GAP), axudando o Sar1p a hidrolizar o GTP, o que, á súa vez, desencadea a liberación da vesícula. O complexo Sec13/31p, unha vez recrutado na membrana inducindo a curvatura da membrana, orixina o aumento da actividade de Sar1pGTPase mediada pola acción do Sec23p.
As GTPases recrutadoras de revestimento tamén exercen un papel na desmontaxe do revestimento. A hidrólise do GTP ligado, que se cambia por GDP, determina que a GTPase modifique a súa conformación de modo que a súa cola hidrófoba se solte da membrana, facendo que o revestimento da vesícula se desfaga. Aínda que non se sabe o que desencadea o proceso de hidrólise de GTP, propúxose que as GTPases traballan como temporizadores (timers), hidrolizando GTP a unha taxa lenta, pero previsíble.
Outra proteína esencial para a formación de vesículas COPII está codificada no xene SEC16. A Sec16p é unha proteína hidrófila de 240 kDa que é esencial para a viabilidade do lévedo e a súa función demostrou ser estritamente necesaria para o implante de vesículas dependentes da COPII do retículo endoplasmático in vivo. Non obstante, o Sec16p está firmemente e perifericamente ligado ás membranas reticulares e, por tanto, non é unha das proteínas citosólicas necesarias para impulsar que brote a COPII. Interacciona directamente con varios compoñentes do revestimento COPII, concretamente Sar1p, Sec23p, Sec24p e Sec31p, organizando un dos pasos iniciais na montaxe da COPII.
A selección de carga en vesículas revestidas por COP II