cytosol jest substancją półpłynną wypełniającą wnętrze komórki i osadzającą inne organelle i przedziały subkomórkowe (&; (1984)). Sam cytozol jest zamknięty przez błonę komórkową i błony różnych organelli, tworząc w ten sposób oddzielny przedział komórkowy. Razem cytozol i wszystkie organelle, z wyjątkiem jądra, tworzą cytoplazmę. Przykładowe obrazy białek zlokalizowanych w cytozolu można zobaczyć na rysunku 1.,
w Atlasie komórkowym wykazano, że 4740 genów (24% wszystkich białek kodujących ludzkie geny) koduje białka, które lokalizują się w cytozolu i jego substrukturach (ryc. 2). Analiza cytozolowego proteomu pokazuje wzbogacenie terminów dla biologicznych procesów związanych z modyfikacją białek, degradacją mRNA, procesami metabolicznymi, transdukcją sygnału i śmiercią komórki. Około 79% (n=3738) białek cytozolowych lokalizuje się w innych komórkach oprócz cytozolu. Najczęstsze dodatkowe lokalizacje to jądro i błona osocza.,
G3BP1 – u-251 MG
QARS – U-2 OS
MTHFS – U-2 OS
Rysunek 1. Przykłady białek zlokalizowanych w cytozolu. G3BP1 jest enzymem zlokalizowanym w cytozolu i odgrywa rolę w szlaku transdukcji sygnału (wykrywanym w komórkach U-251 MG). QARS katalizuje aminoacylację tRNA przez związany z nimi aminokwas (wykryty w komórkach U-2 OS). MTHFS jest enzymem biorącym udział w procesach metabolicznych (wykrywanym w komórkach U-2 OS).
- 24% (4740 białek) wszystkich białek ludzkich zostało doświadczalnie wykrytych w cytozolu przez Atlas białek ludzkich.,
- 1665 białek w cytozolu jest poparte dowodami doświadczalnymi, a spośród tych 354 białek jest wzmocnionych Atlasem białek ludzkich.
- 3738 białka w cytozolu mają wiele lokalizacji.
- 676 białek w cytozolu wykazuje zmienność między komórkami. Z tych 582 wykazują zmienność intensywności i 105 zmienność przestrzenną.
- białka cytozolowe biorą udział głównie w modyfikacji białek, degradacji mRNA, procesach metabolicznych, transdukcji sygnału i śmierci komórki.
Rysunek 2., 24% wszystkich genów kodujących białka ludzkie koduje białka zlokalizowane w cytozolu. Każdy pasek jest klikalny i daje wynik wyszukiwania białek, które należą do wybranej kategorii.
skład cytosolu
podbudowy
- liczba komórek: 21
- Cytosol: 4658
- ciała cytoplazmatyczne: 77
- pręty & pierścienie: 20
cytosol stanowi około 70% całkowitej objętości z komórek ludzkich, i jest bardzo zatłoczone i złożone (luby-Phelps K&okres; (2013))., Cytozol składa się głównie z wody (Około 70% objętości) i białek (20-30% objętości) (Luby-Phelps k. (2000); Ellis RJ. (2001)). Zamiast cieczy, jest często opisywany jako hydrofilowa galaretowata matryca, która umożliwia swobodny przepływ jonów, hydrofilowych cząsteczek i białek, ale także większych struktur, takich jak kompleksy białkowe i pęcherzyki, w całej komórce. Jony takie jak potas, sód, wodorowęglan, chlorek, wapń, magnez i aminokwasy są również ważnymi składnikami cytozolu., Różnice w stężeniu tych jonów pomiędzy cytozolem a płynem pozakomórkowym lub organellami cytozolowymi są niezbędne dla wielu funkcji komórkowych, na przykład w celu umożliwienia komunikacji między komórkami w synapsach komórek nerwowych. PH ludzkiego cytosolic waha się między 7,0-7,4 i jest zwykle wyższy, jeśli komórka rośnie (jasne GR et al. (1987)).
przykładowe zdjęcia białka kodowanego przez MTHFD1 w 3 różnych liniach komórkowych można zobaczyć na rysunku 3.
MTHFD1
MTHFD1
Mthfd1
Rysunek 3., Przykłady morfologii cytozolu w różnych liniach komórkowych, reprezentowane przez immunofluorescencyjne barwienie białka mthfd1 w komórkach A-431, u-251 MG i U-2 OS.
cytosol zawiera również różne struktury związane z błoną, w tym inkluzje cytoplazmatyczne, takie jak inkluzje glikogenu, pigmentu i krystaliczne oraz ciała cytoplazmatyczne, takie jak ciała P i granulki stresu. Aggresomy są dużymi ciałami inkluzjonistycznymi powstałymi podczas aktywnego wstecznego transportu źle sfoldowanych białek wzdłuż mikrotubul (Kopito RR& period; (2000))., Ta sekwestracja ma funkcję cytoprotekcyjną, dla zagregowanych białek, które nie są usuwane przez degradację proteosomalną. P ciała są non-membranowe związane ogniska mRNA i białek, które funkcjonują w RNA obrotu, represji translacyjnej, wyciszania pośredniczącego RNA i przechowywania RNA (Aizer A et al. (2008)). Rzadką, a raczej niedawno odkrytą strukturą, która może pojawić się w cytozolu, są pręty i pierścienie (RRS)., Są to struktury podobne do włókien zawierające białka zaangażowane w biosyntezę nukleotydów, pierwotnie odkryte przez zastosowanie ludzkich autoprzeciwciał, ale niewiele wiadomo o ich funkcji biologicznej (Carcamo WC et al. (2014)).
wybór białek nadających się do stosowania jako markery cytozolu znajduje się w tabeli 1.
Tabela 1. Dobór białek odpowiednich jako markerów cytozolu.,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., Na przykład metabolity często muszą być transportowane przez cytozol z obszaru ich produkcji do miejsca, w którym są potrzebne, a różne sygnały muszą być przekazywane z błony komórkowej do docelowych przedziałów. Ponadto w cytozolu zachodzi wiele ważnych procesów i reakcji komórkowych, zwłaszcza o charakterze metabolicznym. Procesy te obejmują syntezę białek poprzez translację, pierwszy etap oddychania komórkowego poprzez glikolizę oraz podział komórek przez mitozę i mejozę., Cytosol odgrywa również kluczową rolę w utrzymaniu gradientów na błonach, co jest ważne dla sygnalizacji komórkowej, osmozy i pobudliwości komórkowej (Lang F. (2007)).
lista białek cytozolowych o wysokiej ekspresji znajduje się w tabeli 2. Ontologia genowa (GO)-oparta na analizie cytozolowego proteomu pokazuje wzbogacenie pojęć, które są dobrze zgodne ze znanymi funkcjami cytozolu., Najbardziej wzbogacone terminy dla procesu biologicznego domeny go są związane z tłumaczeniem, modyfikacjami potranslacyjnymi, szlakami sygnalizacyjnymi i śmiercią komórki (rysunek 4a). Analiza wzbogacenia funkcji molekularnej domeny GO wykazuje również znaczące wzbogacenie dla terminów związanych z translacją i metabolizmem białek (ryc. 4b).
ryc. 4a. Analiza wzbogacenia genu dla proteomu cytozolu, oparta na ontologii, pokazująca znacznie wzbogacone warunki dla procesu biologicznego domeny GO., Każdy pasek jest klikalny i daje wynik wyszukiwania białek, które należą do wybranej kategorii.
ryc. 4b. Analiza wzbogacenia genu dla proteomu cytozolu, oparta na ontologii, pokazująca znacznie wzbogacone terminy dla funkcji molekularnej domeny GO. Każdy pasek jest klikalny i daje wynik wyszukiwania białek, które należą do wybranej kategorii.
Tabela 2. Wysoce ekspresyjne pojedyncze lokalizujące białka cytozolowe w różnych liniach komórkowych.,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)., Wykres sieci pokazuje, że najczęstszymi przedziałami dzielącymi białka z cytozolem są jądro, błona osocza i nukleoli. Szczególnie białka, które lokalizują się zarówno w cytozolu, jak i jądrze, a także cytozolu i błonie osocza, są nadmiernie reprezentowane. Rzeczywiście, istnieje wiele białek, które są transportowane lub transportowane w sposób ciągły między cytozolem a tymi przedziałami, w tym czynniki transkrypcyjne, białka rybosomalne i cząsteczki sygnalizacyjne. Przykłady multilokalizujących białek w proteomie cytozolowym można zobaczyć na rysunku 6.,
Rysunek 5. Interaktywny wykres sieciowy białek cytozolu z wieloma lokalizacjami. Liczby w węzłach łączących pokazują białka, które są zlokalizowane w cytozolu i w jednym lub więcej dodatkowych miejscach. Wykazano tylko węzły łączące zawierające więcej niż jedno białko i co najmniej 0,5% białek w proteomie cytozolowym. Rozmiary kół są związane z liczbą białek., Węzły w Kolorze cyjanowym pokazują kombinacje, które są znacznie nadreprezentowane, podczas gdy węzły w kolorze magenta pokazują kombinacje, które są znacznie niedostatecznie reprezentowane w porównaniu z prawdopodobieństwem obserwacji tej kombinacji na podstawie częstotliwości każdej adnotacji i testu hipergeometrycznego (p<=0.05). Zauważ, że to obliczenie jest wykonywane tylko dla białek z podwójną lokalizacją. Każdy węzeł jest klikalny i powoduje listę wszystkich białek, które znajdują się w połączonych organelles.
RPL10A
STAT5A
DDX55
Rysunek 6., Przykłady wielogatunkowych białek w proteomie cytozolowym. RPL10A jest znanym białkiem rybosomalnym, które jest wymagane do tworzenia podjednostek rybosomalnych 60S. Wykazano, że lokalizuje zarówno nukleoli, jak i cytozol (wykryty w komórkach U-2 OS). STAT5A należy do rodziny czynników transkrypcyjnych STAT. Translokuje się z cytozolu do jądra w odpowiedzi na fosforylację (wykrytą w komórkach A-431). DDX55 jest członkiem rodziny białek martwego pola zaangażowanych w kilka procesów komórkowych obejmujących zmianę struktury wtórnej RNA., Wykazano, że lokalizuje się w jądrze, jądrach i cytozolu (wykryto w komórkach A-431).
poziom ekspresji białek cytozolu w tkankach
Analiza transkryptomu i klasyfikacja genów na kategorie dystrybucji tkankowej (ryc. 8) pokazuje, że geny kodujące białka zlokalizowane na cytozolu i jego podbudowach mają podobny rozkład do wszystkich genów w Atlasie komórkowym, ale z niewielkim, ale znaczącym spadkiem frakcji gened dla whcih ekspresja jest ograniczona do niektórych tkanek.
Rysunek 7., Wykres Bar pokazujący procent genów w różnych kategoriach dystrybucji tkankowej dla genów kodujących białka związane z cytozolem w porównaniu do wszystkich genów w Atlasie komórkowym. Gwiazdka oznacza statystycznie istotne odchylenie (p≤0,05) w liczbie genów w danej kategorii na podstawie dwumianowego testu statystycznego. Każdy pasek jest klikalny i daje wynik wyszukiwania białek, które należą do wybranej kategorii.