cytosol er et semi-flydende stof, der udfylder det indre af cellen og forankring af de andre organeller og subcellulære rum (Clegg JS&periode; (1984)). Cytosolen selv er indesluttet af cellemembranen og membranerne i forskellige organeller, hvilket udgør et separat cellulært rum. Sammen udgør cytosolen og alle organeller, undtagen kernen, cytoplasmaet. Eksempel billeder af proteiner lokaliseret til cytosol kan ses i Figur 1.,
i Celleatlaset har 4740 gener (24% af alle proteinkodende humane gener) vist sig at kode proteiner, der lokaliseres til cytosolen og dens understrukturer (figur 2). Analyse af det cytosoliske proteom viser berigelse af udtryk for biologiske processer relateret til proteinmodifikation, mRNA-nedbrydning, metaboliske processer, signaltransduktion og celledød. 79% (n=3738) af de cytosoliske proteiner lokaliseres til andre cellulære rum ud over cytosolen. De mest almindelige yderligere steder er kernen og plasmamembranen.,
G3BP1 – U-251 MG
QARS – U-2 OS
MTHFS – U-2 OS
Figur 1. Eksempler på proteiner lokaliseret til cytosol. G3BP1 er et en .ym lokaliseret i cytosolen og spiller en rolle i signaltransduktionsvejen (påvist i U-251 MG celler). Aminars katalyserer aminoacylering af tRNA ved deres associerede aminosyre (påvist i U-2 os-celler). MTHFS er et en .ym involveret i metaboliske processer (påvist i U-2 os-celler).
- 24% (4740 proteiner) af alle menneskelige proteiner, der har været eksperimentelt påvist i cytosol af det Menneskelige Protein Atlas.,1665 proteiner i cytosolen understøttes af eksperimentelle beviser, og ud af disse 354 proteiner forstærkes af det humane Protein Atlas.3738 proteiner i cytosolen har flere placeringer.676 proteiner i cytosolen viser en celle til celle variation. Af disse viser 582 en variation i intensitet og 105 en stedlig variation.
- cytosoliske proteiner er hovedsageligt involveret i proteinmodifikation, mRNA-nedbrydning, metaboliske processer, signaltransduktion og celledød.
figur 2., 24% af alle humane proteinkodende gener koder proteiner lokaliseret til cytosolen. Hver bjælke kan klikkes og giver et søgeresultat af proteiner, der hører til den valgte kategori.
Sammensætning af cytosol
Delstrukturer
- Aggresome: 21
- Cytosol: 4658
- Cytoplasmatisk organer: 77
- Stænger & Ringe: 20
Den cytosol udgør ca 70% af den samlede mængde af menneskelige celler, og er meget overfyldt og komplekse (Luby-Phelps K&periode; (2013))., Den cytosol er hovedsageligt består af vand (ca 70% af mængden) og proteiner (20-30% af mængden) (Luby-Phelps K&periode; (2000); Ellis RJ&periode; (2001)). Snarere end en væske, det er ofte beskrevet som en hydrofil gelé-lignende matrix, der giver mulighed for fri bevægelighed af ioner, hydrofile molekyler og proteiner, men også større konstruktioner såsom protein komplekser, og vesikler, på tværs af cellen. Ioner som kalium, natrium, bicarbonat, chlorid, calcium, magnesium og aminosyrer er også vigtige bestanddele af cytosolen., Forskellene i koncentration af disse ioner mellem cytosol og den ekstracellulære væske eller cytosoliske organeller er essentielle for mange cellulære funktioner, for eksempel for at muliggøre celle-til-celle-kommunikation ved synapserne i nerveceller. Human cytosolisk pH ligger mellem 7,0-7,4 og er normalt højere, hvis cellen vokser (Bright GR et al. (1987)).
eksempel billeder af proteinet kodet af MTHFD1 farvet i 3 forskellige cellelinjer kan ses i figur 3.
MTHFD1
MTHFD1
MTHFD1
Figur 3., Eksempler på morfologi cytosol i forskellige cellelinjer, repræsenteret ved immunfluorescent farvning af protein MTHFD1 i EN-431, U-251 MG og U-2 OS celler.
cytosolen indeholder også forskellige ikke-membranbundne strukturer, herunder cytoplasmatiske indeslutninger, såsom glykogen-, pigment – og krystallinske indeslutninger, og cytoplasmatiske legemer, såsom P-legemer og stressgranuler. Aggresomes er store integration organer dannes ved aktiv retrograd transport af fejlfoldede proteiner, men sammen mikrotubuli (Kopito RR&periode; (2000))., Denne sekvestrering har cytoprotektiv funktion for aggregerede proteiner, der ikke ryddes ved proteosomal nedbrydning. P-legemer er ikke-membranbundne foci af mRNA og proteiner, der fungerer i RNA-omsætning, translationel undertrykkelse, RNA-medieret lyddæmpning og RNA-lagring (Ai .er a Et al. (2008)). En sjælden og ret for nylig opdaget struktur, der kan forekomme i cytosolen, er stænger og ringe (RRs)., Dette er filamentlignende strukturer, der indeholder proteiner involveret i biosyntesen af nukleotider, oprindeligt opdaget ved brug af humane autoantistoffer, men der vides kun lidt om deres biologiske funktion (Carcamocc et al. (2014)).
et udvalg af proteiner, der er egnede til at blive anvendt som markører for cytosol, er anført i tabel 1.
tabel 1. Udvælgelse af proteiner, der er egnede som markører for cytosolen.,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., For eksempel skal metabolitter ofte transporteres over cytosolen fra deres produktionsområde til det sted, hvor de er nødvendige, og forskellige signaler skal transduceres fra cellemembranen til målrum. Desuden forekommer mange vigtige cellulære processer og reaktioner, især af metabolisk karakter, i cytosolen. Disse processer omfatter proteinsyntese gennem Oversættelse, den første fase af cellulær respiration gennem glycolyse og celledeling gennem mitose og meiose., Cytosolen spiller også en central rolle i at opretholde gradienter over membranerne, hvilket er vigtigt for cellesignalering, osmose og cellulær e .citabilitet (Lang f&periode; (2007)).
en liste over stærkt udtrykte cytosoliske proteiner er opsummeret i tabel 2. Gen ontologi (GO)-baseret analyse af det cytosoliske proteom viser berigelse af udtryk, der er godt i overensstemmelse med cytosols kendte funktioner., De mest berigede vilkår for GO-domænets biologiske proces er relateret til oversættelse, post-translationelle modifikationer, signalveje og celledød (figur 4a). Berigelsesanalyse af GO-domænets molekylære funktion viser også betydelig berigelse for udtryk relateret til oversættelse og proteinmetabolisme (figur 4b).
figur 4a. Gen ontologi-baseret berigelsesanalyse for cytosolproteomet, der viser de signifikant berigede udtryk for GO-domænets biologiske proces., Hver bjælke kan klikkes og giver et søgeresultat af proteiner, der hører til den valgte kategori.
figur 4b. Gen ontologi-baseret berigelsesanalyse for cytosolproteomet, der viser de signifikant berigede udtryk for GO-domænets molekylære funktion. Hver bjælke kan klikkes og giver et søgeresultat af proteiner, der hører til den valgte kategori.
tabel 2. Stærkt udtrykte enkelt lokaliserende cytosoliske proteiner på tværs af forskellige cellelinjer.,c”>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)., Netværksplottet viser, at de mest almindelige rum, der deler proteiner med cytosolen, er kernen, plasmamembranen og nukleolerne. Især proteiner, der lokaliseres til både cytosol og kerne, såvel som cytosol og plasmamembranen, er overrepræsenteret. Faktisk er der mange proteiner, der vides at blive transporteret eller kontinuerligt shuttle mellem cytosol og disse rum, herunder transkriptionsfaktorer, ribosomale proteiner og signalmolekyler. Eksempler på multilokaliserende proteiner i det cytosoliske proteom kan ses i figur 6.,
figur 5. Interaktivt netværk plot af cytosol proteiner med flere lokaliseringer. Tallene i forbindelsesnoderne viser de proteiner, der er lokaliseret til cytosolen og til en eller flere yderligere steder. Kun forbindelsesnoder indeholdende mere end et protein og mindst 0,5% proteiner i det cytosoliske proteom er vist. Cirkelstørrelserne er relateret til antallet af proteiner., Cyan farvede noder vise kombinationer, som er markant overrepræsenteret, mens magenta farvede noder vise kombinationer, som er betydeligt underrepræsenteret i forhold til sandsynligheden for at observere, at en kombination baseret på hyppigheden af de enkelte kommentering og en hypergeometri test (p<=0.05). Bemærk, at denne beregning kun udføres for proteiner med dobbelt lokaliseringer. Hver knude kan klikkes og resulterer i en liste over alle proteiner, der findes i de tilsluttede organeller.
RPL10A
STAT5A
DD .55
figur 6., Eksempler på multilokaliserende proteiner i det cytosoliske proteom. RPL10A er et kendt ribosomalt protein, som er nødvendigt til dannelse af 60 ‘ erne ribosomale underenheder. Det har vist sig at lokalisere både til nukleolerne og cytosolen (påvist i U-2 os-celler). STAT5A tilhører familien af STAT transkription faktorer. Det translokerer fra cytosolen til kernen som reaktion på phosphorylering (påvist i A-431 celler). DD .55 er medlem af DEAD bo.protein familie impliceret i flere cellulære processer, der involverer ændring af RNA sekundær struktur., Det har vist sig at lokalisere til kernen, nucleoli og cytosol (påvist i a-431 celler).
Udtryk niveauer af cytosol proteiner i væv
Transkriptom-analyse og klassificering af gener i væv fordeling kategorier (Figur 8) viser, at gener, der koder for proteiner til at lokalisere til cytosol og dens delstrukturer, har en lignende fordeling til alle gener i Cellen Atlas, men med en lille, men signifikant fald i den brøkdel af gened for whcih theexpression er begrænset til nogle væv.
Figur 7., Bjælkeplot, der viser procentdelen af gener i forskellige vævsfordelingskategorier for cytosol-associerede proteinkodende gener sammenlignet med alle gener i Celleatlaset. Asterisk markerer en statistisk signifikant afvigelse (p 0.0 0,05) i antallet af gener i en kategori baseret på en binomial statistisk test. Hver bjælke kan klikkes og giver et søgeresultat af proteiner, der hører til den valgte kategori.