miniatura|263x263px|Micrografia electrònica de vesícules recobertes de COPI formades in vitro. El diàmetre mitjà de les vesícules a nivell de membrana és de 60 nm.COPI (abreviació de Coat Complex Protein I) és un coatòmer, un complex proteic, heptamèric, que cobreix vesícules de transport intracel·lular. Aquestes vesícules estan implicades principalment en el transport retrògrad, és a dir, transporten proteïnes des de l'extrem cis del complex Golgi de tornada al reticle endoplasmàtic rugós (ER), on originalment es van sintetitzar.
A més, juga un paper important en el transport entre cisternes de l'aparell de Golgi. Desplaça proteïnes entre els diferents compartiments del Golgi en un transport retrògrad i contribueix al manteniment de la seva organització interna. Aquest mecanisme s'ha de diferenciar del transport anterògrad associat amb la proteïna COPII responsable del moviment de vesícules en direcció oposada. Inicialment, les vesícules eren anomenades “COP-coated vesicles” abans que es diferenciessin clarament com a COPI i després COPII.
El nom “COPI” es refereix al complex específic de la proteïna de la capa que inicia el procés d'evaginació a la membrana cis-Golgi. La capa proteica està formada per grans complexos constituïts per set subunitats proteiques diferents, anomenades α, β, β’, γ, δ, ε i ζ.
Proteïnes de recoberta La proteïna de recoberta (coat protein en anglès), és una proteïna dependent d'un factor de ribosilació d'ADP involucrada en el tràfic de membrana. COPI va ser identificat per primera vegada en el tràfic retrògrad des del Cis-Golgi Network al reticle endoplasmàtic rugós.
És l'adaptador dependent d'ARF estudiat més extensament. La funció primària dels adaptadors és la selecció de proteïnes de cargo per la seva incorporació als portadors incipients. El cargo que conté els senyals de sortida KKXX i KXKXX interactua amb COPI per formar portadors que són transportats des del cis-Golgi cap al reticle endoplasmàtic. Estudis recents suggereixen que els ARF també estan involucrats en la selecció del cargo per la incorporació als portadors.
Estructura miniatura|La tríada COPI. Sistema de colors: (1) membrana - grisa (2) ARF1- rosa (3) gamma-COP - verd clar (4) beta-COP - verd fosc (5) zeta-COP - groc (6) delta-COP - taronja (7) betaprime-COP - blau clar (8) alpha-COP - blau fosc.En el complex proteic COPI es poden distingir dues parts. La primera és el subcomplex de la coberta externa (també anomenat β-subcomplex o subcomplex de gàbia) format per les subunitats 𝛼-COP, β’-COP i ε-COP. Aquest té un o dos dominis de propulsors β (format per làmines β) i un domini de solenoide 𝛼 (format per hèlix 𝛼). Aquest últim també es troba en estructures associades a la membrana La segona és el subcomplex F (també anomenat subcomplex adaptador), format per les subunitats β-COP, ∂-COP, 𝛄-COP i ξ-COP. Aquest té similituds estructurals amb els complexos adaptadors de clatrina AP1 i AP2
Formació i enllaços entre trímers Quan COPI s’uneix a la membrana, s’uneixen tres còpies del coatòmer per formar un trímer amb simetria entre les seves parts. Els trímers s’oligomeritzen per quatre enllaços entre ells. Els enllaços I i IV estan formats per la interacció entre 𝛼-COP i ε-COP i l’enllaç II està format per la unió entre ∂-COP de trímers diferents. ε-COP forma una interacció rígida en l'enllaç IV, el qual podria explicar que té un paper important en la formació de la capa de COPI. A més a més, els enllaços I i II formen una estructura amb simetria de tres parts, mentre que els enllaços III i IV estan formats per quatre trímers amb simetria bilateral.
A partir d’aquests enllaços els trímers indueixen una curvatura de la membrana que es propaga fins a la formació de la vesícula. També, estudis suggereixen que, per tal d’estabilitzar els enllaços entre trímers i formar la coberta de la vesícula, calen interaccions entre regions desordenades de la proteïna a llargues distàncies dels enllaços entre trímers.
L'estructura corbada tríada posiciona les molècules ARF1 i els llocs d'unió de càrrega pròxims a la membrana. Les subunitats β′ i α-COP formen un arc sobre el subcomplex γζβδ-COP, orientant els seus dominis N-terminals de manera que els llocs d'unió K(X)KXX amb senyal de càrrega es col·loquen òptimament contra la membrana. Per tant, β′- i α-COP no formen una gàbia o xarxa com en COPII o en les cobertes de clatrina; en lloc d'això, estan vinculats entre si a través dels subcomplexos γζβδ-COP, formant un conjunt interconnectat. Aquest model estructural flexible ha estat descrit com un recobriment modular i adaptatiu en contraposició a les gàbies rígides d'altres sistemes de transport vesicular.
Components associats a la membrana de l'aparell de Golgi A més del coatòmer, el sistema COPI inclou diversos components que s'associen estructuralment a les membranes del Golgi i n'estabilitzen la curvatura. Entre aquests factors reguladors hi destaquen l'ARF1; que en unir-se a GTP, promou el reclutament del coatòmer, i l'ARFGAP1; que actua com a component funcional de la coberta durant la formació del brot. Les proteïnes LPAAT-γ i cPLA2-α es localitzen a les membranes del Golgi i modulen directament la composició lipídica de la zona on es forma la vesícula, influenciant l'estat físic del brot. A més, lípids com el diacilglicerol (DAG) contribueixen a la curvatura i deformació inicial de la membrana, és per això que resulta essencial en les primeres etapes de generació de protuberàncies.
Les vesícules COPI presenten un recobriment dens i concentrat, mentre que els túbuls COPI mostren un recobriment menys homogeni. El coatòmer es concentra principalment al tip, a l'extrem, i a la base (el punt d'origen al Golgi), mentre que el tronc central del túbul presenta un revestiment més lleuger. Aquest patró heterogeni de recobriment explica la menor densitat dels túbuls, que funcionen com a estructures de continuïtat entre cisternes del Golgi. Aquestes diferències estructurals també es reflecteixen en la densitat física: les vesícules mostren densitats pròximes al 43% de sacarosa, mentre que els túbuls són més lleugers. Aquest conjunt de components estructurals determinen l'arquitectura final dels brots COPI i la seva capacitat per formar vesícules o túbuls.
Procés de gemmació El procés de gemmació de les vesícules COPI comença a la membrana del cis-Golgi, quan la GTPasa ARF1 s'activa mitjançant factors d’intercanvi de guanina (GEF) associat a la membrana. L'intercanvi de GDP per GTP provoca un canvi conformacional en ARF1 que exposa el seu extrem N-terminal miristoilat, que conté àcid mirístic. Aquest àcid s'insereix dins la bicapa lipídica i serveix de punt d'ancoratge per a la formació inicial del brot. miniatura|D'esquerra a dreta: (1) Activació de l'ARF per un intercanvi del GDP a GTP realitzat per un GEF (2) S'insereix l'àcid mirístic de l'ARF-GTP a la bicapa (3) Reclutament de les subunitats proteiques de COPI (α, β, β’, γ, δ, ε i ζ) i unió als ARF-GTP
Reclutament de la coberta de COPI Reclutament per ARF A continuació l'ARF1-GTP recluta el coatòmer, el complex de set subunitats (α, β, β’, γ, δ, ε i ζ) que constitueix la coberta COPI. En total, per cada trímer de COPI s'uneixen sis proteïnes ARF1. Una còpia de l'ARF1 (βARF) interacciona amb β-COPI i l'extrem N-terminal de δ-COP, mentre que una altra còpia (γARF) interacciona amb γ-COPI. Les dues còpies se situen en posicions pròximes a la membrana però de forma que estiguin prou exposades al citosol per captar proteïnes ARF-GAP.
Aquest reclutament no és aleatori, té lloc en zones específiques de la membrana on la composició lipídica afavoreix la curvatura. En aquestes regions, lípids com el diacilglicerol (DAG) i l'àcid fosfatídic (PA), generats per enzims com LPAAT-γ, cPLA2-α i fosfolipasa D2 (PLD2), modifiquen la tensió superficial de la membrana i promouen la formació d'una protuberància.
Durant aquesta fase, el complex p24, format per diverses proteïnes transmembrana, actua com una plataforma de nucleació que facilita la unió inicial d'ARF1, ARFGAP1 i el coàtomer. Aquest conjunt d'interaccions inicials, conegut com a "priming complex”, estableix el punt d'origen de la vesícula.
Reclutament per GORAB i Scyl1 La coberta de COPI es recluta des del citosol a la membrana de l’Aparell de Golgi per part de la GTPasa petita ARF1. Però COPI es pot reclutar al complex GORAB-Scyl1 en absència de la proteïna ARF.
GORAB (també conegut com a Scyl1BP1) es troba en el costat trans de l’Aparell de Golgi. Forma dominis de membrana estables que estabilitzen la col·locació de les proteïnes COPI al trans-Golgi quan interaccionen amb Scyl1. Per aquest motiu, una deficiència de GORAB dona com a resultat una reducció del reciclatge d'enzims del trans-Golgi i una glicosilació incorrecta de proteïnes cargo. Hi ha 2 acumulacions de Scyl1: una al trans-Golgi, de forma dependent a GORAB i una al cis-Golgi de forma independent a GORAB. En tots dos punts promou l’assemblatge de COPI, és a dir, actua com un receptor de COPI
GORAB es manté unit de forma estable a la membrana del trans-Golgi en dominis discrets i s'uneix a Scyl1 pels seus extrems N-terminal. GORAB no es pot unir directament al COPI, però Scyl1 sí que pot, a través del seu extrem C terminal. Concretament, Scyl1 s’uneix amb el domini γ-COP i la subunitat β’-COP. Per tant, la unió de COPI i GORAB depèn de la proteïna Scyl1. Mentre que la resta de components involucrats en la gemmació es desuneixen de la membrana de l'Aparell de Golgi per cobrir la vesícula un cop formada, GORAB es manté unida a la membrana de l'Aparell de Golgi. D'aquesta manera, pot iniciar la formació de noves vesícules.
Reclutament per senyals KDEL miniatura|Esquema del recobriment COPI, amb les subunitats del coatòmer (α, β, β’, γ, δ, ε i ζ) organitzades sobre la membrana i ancorades per Arf1-GTP. La figura mostra la disposició del complex durant la formació del brot vesicular i la deformació de la membrana. A més de les interaccions citosòliques, el reclutament del coatòmer també està regulat per senyals provinents del lumen del Golgi. Les proteïnes luminals que han de retornar al reticle endoplasmàtic no interaccionen directament amb el sistema COPI, sinó que ho fan mitjançant el receptor KDEL. Aquest receptor transmembrana reconeix les seqüències KDEL al lumen del Golgi i, a través de la seva cua citosòlica, s'uneix a subunitats del coatòmer, com α-, β′-COP. D'aquesta manera, actua com un pont entre les proteïnes luminals i la maquinària citosòlica de formació de vesícules, assegurant que les proteïnes residents al RE siguin correctament retrotransportades. La interacció entre el receptor KDEL i el coatòmer està mediada per una ARF-GEF, que facilita la conversió d'ARF1-GDP a ARF1-GTP, integrant així la senyalització luminal amb la maquinària de gemmació.
En canvi, les proteïnes de càrrega citosòliques interaccionen directament amb el coatòmer. A mesura que el coatòmer s'autoorganitza al voltant de la zona del brot, les seves subunitats α-, β′- i γ-COP reconeixen i fixen les proteïnes de càrrega que contenen senyals KKXX o KXKXX a les seves cues citosòliques. Aquesta interacció coordina el reclutament de la càrrega i la deformació progressiva de la membrana fins a la formació de la vesícula encara adherida a la membrana.
Fissió del coll del brot i alliberament de la coberta de COPI miniatura|Esquema de la fissió d’una vesícula COPI. Es visualitzen proteïnes BARS situades al coll vesicular i a la membrana d’origen es representen molècules PLD2, que generen àcid fosfatídic (PA) a partir de fosfatidilcolina (PC), contribuint a la remodelació lipídica necessària per a la fissió.