COPI (coat complex protein I) es un complejo multiproteico1 que al ensamblarse forma una cubierta que recubre y da forma a vesículas trasportadoras de proteínas y lípidos desde la cara Cis del Aparato de Golgi de retorno al Retículo Endoplasmático Rugoso (ER), donde fueron originariamente sintetizadas y entre compartimentos del propio Golgi. 

El nombre de COPI se refiere al complejo proteico de revestimiento específico que inicia el proceso de formación de vesículas en la membrana cis-Golgi.

COPI fue identificada por primera vez en el transporte retrógrado desde el cis-Golgi al RE y es la proteína adaptadora dependiente de ARF más estudiada. La principal función de la proteínas adaptadoras es la selección de las proteínas cargo para su incorporación a vesículas portadoras.

Funciones[editar]

Formación de vesículas del COP I9 10 [editar]

Formación de las vesículas de COPI

Para iniciar la síntesis de la cubierta de COP I, se activa el Arf1-GDP a Arf1-GTP mediante una proteína GEF (factor intercambiador de nucleótidos de guanosina). Cuando el Arf1 se activa, su conformación cambia de forma que el mirístico (ácido graso saturado de 14 átomos de carbonos) y el N-terminal hidrofóbico quedan expuestos y se unen la membrana. El Arf1-GTP, ahora proteína integral de membrana, captura el coatómero formado por las siete subunidades por la parte

exterior de la membrana. Las subunidades α, β, y ε reconocen secuencias de cuatro aminoácidos que contienen dos residuos de Lys (K), las secuencias KKXX. Se van reclutando cargos o receptores de cargos con esta secuencia y se van concentrando en la zona de la membrana donde se formará la vesícula. También reconocen las proteínas KDEL que tienen una secuencia determinada de aminoácidos (Lys, Asp, Glut Leu) que es la señal de retención en el RE. De esta manera, se van reclutando cargos y simultáneamente se va formando la cubierta de COP I. Este proceso se va repitiendo y se va dando forma a la membrana hasta crear una vesícula. A diferencia de las cubiertas de clatrina, las cubiertas de COP no se descomponen una vez la vesícula ha sido formada, sino al llegar a la membrana de destino donde una GAP (proteína activadora de GTPasa) hidroliza el GTP a GDP+Pi, entonces el Arf1 se inactiva y se separa de la membrana de la vesícula descomponiendo la cubierta de COP I que se solubiliza en el citoplasma.

Transporte en el Golgi[editar]

La formación de vesículas recubiertas es esencial para el transporte de los diferentes compuestos dentro de la célula, y la naturaleza de dicha cubierta determina tanto la carga de la vesícula como la fusión con la membrana diana.11 Una de las rutas de transporte es la vía biosintética-secretora, iniciándose en el Retículo Endoplasmático para luego dirigirse al Complejo de Golgi y distribuirse a diferentes puntos de la célula, actuando éste último como punto de clasificación o 'sorting' de los diferentes componentes de la vía.12 Para entender el paso de la ruta biosintética-secretora a través de Golgi, es necesario entender la estructura de éste. El Complejo de Golgi está formado por una serie de cisternas, compartimentos apilados rodeados por membrana, que a su vez dan lugar a los dictiosomas(conjuntos de entre cuatro y seis cisternas). La Red Cis Golgi recibe las vesículas provenientes del Retículo Endoplasmático, pasando las cargas de cisterna en cisterna hasta las Red Trans Golgi, donde serán clasificadas hacia su siguiente destino. Por tanto, es en la Red Cis Golgi donde se decidirá si el material recibido del RE continuará su paso por el Complejo, desplazándose a través de los dictiosomas en sentido de cis a trans, o deberá volver hacia al RE (transporte retrógrado). El modelo de transporte a través del Complejo de Golgi ha sido objeto de discusión durante los últimos años, dominando hoy en día dos hipótesis diferentes: el modelo de transporte vesicular y el

modelo de maduración de cisternas.13 De acuerdo con el modelo de transporte vesicular, las cisternas de Golgi se mantienen estáticas, siendo las vesículas de transporte recubiertas de COPI, las que trasladan los compuestos de forma secuencial a través de cada cisterna. Cada una de ellas contiene su conjunto característico de enzimas residentes. En este modelo el desplazamiento vesicular bidireccional, tanto retrógrado como anterógrado, explica la distribución característica de las enzimas de Golgi. De acuerdo con el modelo de maduración de cisternas, las cisternas de Golgi son estructuras dinámicas, siendo ellas mismas las que transportan los compuestos a medida que maduran y se desplazan en dirección trans. Las vesículas que provienen del RE forman agregados que empujan a las cisternas de la Red Cis. A diferencia del modelo de transporte vesicular, en este modelo la distribución de las enzimas de Golgi queda definida por el transporte retrógrado de las vesículas. Existen autores que defienden el modelo de maduración de cisternas pero apuntan hacia la existencia de un movimiento vesicular anterógrado. Por ello otros autores defienden como más probable una posible combinación entre ambos modelos.

Transporte retrógrado[editar]

Parte de las moléculas recibidas desde el Retículo Endoplasmático a la Red Cis Golgi son devueltas a través del llamado transporte retrógrado o de recuperación. La función de dicho transporte es tanto el retorno de moléculas que han escapado del RE, moléculas residentes que quedaron atrapadas en las vesículas de COPII, como el reciclaje de membrana. De la misma manera que en el tráfico intra-Golgi, la proteína COPI media la vía de transporte retrógrada. Los compuestos del ER que deben ser devueltos contienen señales que los unen a las cubiertas de COPI, empaquetándose y formando el contenido de la vesícula de transporte. Una de las señales mejor caracterizada es la secuencia KKXX formada por dos lisinas seguidas por dos aminoácidos en el extremo C-terminal de la proteína de membrana del ER.14 Existen otras señales de recuperación que a diferencia de las proteínas de membrana que se unen directamente a la cubierta COPI, necesitan unirse a proteínas receptoras especializadas:15 los receptores KDEL, formados por la secuencia Lys-Asp-Glu-Leu. Se desconoce los cambios que presenta en su afinidad según el compartimento en el que se encuentre: presentará una mayor afinidad por la proteína en el Complejo de Golgi para poder capturarla y una menor afinidad cuando llegue al Retículo Endoplasmático, donde la liberará. Una posible explicación

puede encontrarse en las diferencias en las condiciones iónicas y de pH existentes entre ambos compartimentos

Proteínas que transportan las vesículas recubiertas de COP I[editar]

1.- Proteínas del lumen. Son proteínas que se encuentran en el lumen del Aparato de Golgi que necesitan ser transportadas al lumen de RE rugoso. Contienen una señal peptídica KDEL que es reconocida por un receptor de membrana de KDEL. En las levaduras se denominan ERd2p, y en mamíferos se denomina KDELR. Este receptor entonces se une a una ARF-GEF que hace cambiar a la ARF a conformación GTP. Una vez realizado el cambio la ARF se une a la cara citosólica de la membrana cis-Golgi. 2.- Proteínas de membrana. Son proteínas transmembrana que residen en el RE y que contienen señales de salida/sorting en sus colas citosólicas que dirigen la proteína a la salida del Golgi y su vuelta al RE. Estas señales de sorting contienen típicamente una secuencia de aminoácidos KKXX, que interaccionan con la COPI. El orden en que una proteína adaptadora se asocia con el cargo, o con la ARF no está claro pero para que se dé un revestimiento de maduro de proteína transportadora, cargo, proteína adaptadora y ARF deben asociarse. La deformación de la membrana y la formación de vesículas ocurre siguiendo la colección de interacciones descritas con anterioridad. La proteína trasportadora entonces se desprende de la membrana dadora de vesículas, en el caso de la COPI esta membrana es la del cis-Golgi, y la vesícula se mueve hacia el ER donde se fusiona con la membrana aceptara y su contenido se libera.

Las vesículas de transporte o cómo se forman y ensamblan los distintos vagones intracelulares

Tanto las proteínas solubles como las de membrana que van a seguir la ruta secretora, deben salir del RE camino al aparato de Golgi para

ser completadas en su estructura molecular (como por ejemplo, la glicosilación y la fosforilación), empaquetadas y finalmente enviadas a sus respectivos destinos.

La salida del RE es un proceso complejo, del que se conoce bastante bien su maquinaria molecular. Hay que tener en cuenta que el volumen y la extensión del RE es muchísimo mayor que el volumen del aparato de Golgi. Esto significa que las proteínas dentro del RE están diluidas y por consiguiente deben concentrarse a lo largo de su viaje hasta el aparato de Golgi. Esta concentración se realiza de forma paralela al proceso de formación de vesículas de transporte en determinados lugares del RE carentes de ribosomas y conocidos como zonas de salida (exiting sites). Esto significa que no todo el RE es susceptible de concentrar cargo y producir las vesículas de transporte. Siguiendo con nuestro símil, los vagones o trenes (las vesículas) sólo se encuentran en los andenes (zonas de salida del RE).

Asociado al transporte tienen lugar dos hechos importantes: (1) la carga del cargo en la vesícula y (2) la deformación de la membrana en los lugares de salida del RE para seguidamente desprenderse y formar la vesícula de transporte. Siguiendo con nuestro símil, los pasajeros (proteínas y lípidos) están diseminados por toda la estación hasta que se van agrupando (concentrando) en el andén (zonas de salida del RE) conforme se acerca la hora de salida del tren (conjunto de vesículas de transporte).

Las vesículas de transporte que viajan desde el RE hasta el aparato de Golgi presentan una serie de cubiertas (coats) formadas por complejos multiprotéicos que al autoensamblarse deforman la membrana donadora para formar las vesículas de transporte. Son las vesículas con cubiertas de tipo COP (coat protein). Así tenemos las de tipo COP I y las de tipo COP II (Kreis and Pepperkok, 1994). Estas vesículas actúan en tandem (Nickel et al., 1998). Es decir, primero se forman vesículas tipo COPII en el retículo endoplasmático y luego las COP I en un compartimiento lábil y pleomórfico formado por estructuras túbulo-vesiculares (VTCs, vesicular-tubular clusters) situado a medio camino entre el RE y el aparato de Golgi y denominado ERGIC (endoplasmic reticulum-Golgi intermediate compartment) (Fig. 2) (Hauri et al., 2000). En este compartimiento se produce la concentración de ciertas proteínas solubles destinadas a la secreción (Martínez-Menárguez et al., 1999).

Fig. 2. Esquema del transporte intracelular entre el retículo endoplasmático y el aparato de Golgi. El aparato de Golgi está englobado por el retículo endoplasmático y se sitúa alrededor de los centriolos. Entre el retículo endoplasmático y el aparato de Golgi se sitúan estructuras túbulo-vesiculares que forman el compartimento denominado ERGIC o VTC (complejo de transporte vesículo-tubular).

Hay otro tipo de cubierta conocida como clatrina. La clatrina está constituida por la asociación de tres cadenas pesadas y tres ligeras que forman unas unidades llamadas triskelion y que se ensamblan formando figuras poliédricas a modo de red de canasta de baloncesto. Originariamente se descubrieron en relación con la endocitosis mediada por receptor y posteriormente se han visto también en los procesos de salida de las proteínas del aparato de Golgi destinadas a los lisosomas (Le Borgue & Hoflack, 1998).

Hay que tener en cuenta que la formación de vesículas es un proceso que está altamente regulado por otras moléculas, muchas de las cuales están directamente implicadas también en procesos de señalización intracelular (Stow, 1995; De Camilli et al., 1996). Esto es

importante porque permite a la célula regular su tráfico intracelular en función de lo que acontece en un momento determinado del exterior. Sería equivalente a que en función de terminados sucesos (espectáculos deportivos, políticos, musicales, etc.g) o épocas del año (temporadas alta, media y baja) se produce una mayor o menor demanda para viajar. Para ajustarse a dicha demanda hay que regular o ajustar el número de vagones o su capacidad y/o la frecuencia de paso de los trenes. De este modo se evita que el tráfico se colapse al no dar salida a las demandas de membrana y/o de alguno de sus componentes, o bien que se infrautilice, lo que comportaría un despilfarro de membrana y energía. Hay que tener en cuenta que la formación de vesículas requiere energía.