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Rab Cascades

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Rab Cascades

Rab cascade는 한 Rab protein이 다른 Rab protein을 순차적으로 recruit하고 activate하는 과정이다. 이를 통해 organelle의 identity가 dynamically하게 변화할 수 있다.1

Rab cascade의 개념

Sequential Rab recruitment

하나의 Rab protein이 다음 Rab protein의 GEF를 recruit할 수 있다:[^기출_중간_2023_7]23

  1. RabA가 membrane에서 activate
  2. RabA가 자신의 effector (RabB GEF) recruit
  3. RabB GEF가 RabB를 activate
  4. RabB가 자신의 effector (RabA GAP 포함) recruit
  5. RabA GAP가 RabA inactivate
  6. RabA-associated domain 해체
  7. RabB-associated domain 확립

Unidirectional transition

  • RabA → RabB transition은 irreversible
  • RabB가 RabA를 inactivate하므로
  • Forward progression만 가능

Endosome maturation example

Early endosome (Rab5) → Late endosome (Rab7)

Initial state: Rab5-associated domain

  • Rab5-GTP가 early endosome membrane에 abundant
  • Rab5 effector들이 recruit됨
  • Early endosome function

Transition initiation

  • Rab5 effector 중 하나가 Rab7 GEF
  • Rab7 GEF가 Rab7을 locally activate
  • Rab7-GTP 생성 시작

Rab7 domain establishment

  • Rab7이 자신의 effector recruit
  • Rab7 effector 중에 Rab5 GAP 포함
  • Rab5 GAP가 Rab5-GTP를 Rab5-GDP로 전환
  • Rab5-GDP는 membrane에서 dissociate

Complete transition

  • Rab5-associated domain 완전 해체2
  • Rab7-associated domain으로 대체23
  • Early endosome → Late endosome maturation23

Functional consequences

Organelle identity change

Rab protein의 교체는 organelle의 여러 특성을 변화시킨다:

Incoming traffic

  • 다른 tethering protein → 다른 vesicle capture
  • 다른 SNARE → 다른 fusion partner

Outgoing traffic

  • 다른 coat protein → 다른 destination
  • 다른 cargo selection

Positioning

  • 다른 motor protein → 다른 cellular location
  • Early endosome: Cell periphery
  • Late endosome: Near nucleus (dynein에 의해 microtubule을 따라 핵 방향으로 이동)

Biochemical properties

  • 다른 enzyme recruitment
  • 다른 pH regulation
  • 다른 metabolic activity

Self-amplification

Positive feedback

Rab-associated domain 형성은 self-amplifying:

  1. Active Rab이 자신의 GEF recruit
  2. More Rab activation
  3. More effector recruitment
  4. Membrane patch 확장

이러한 positive feedback가 transition을 unidirectional하고 irreversible하게 만든다.

Multiple sequential transitions

Principle은 더 긴 cascade로 확장 가능:

  • RabA → RabB → RabC …
  • 각 step이 이전 Rab inactivate
  • Progressive organelle maturation

Timing control

GTPase activity

Rab의 GTP hydrolysis rate가 transition timing에 영향:

  • Slow hydrolysis → Longer RabA phase
  • Fast hydrolysis → Rapid transition

Effector availability

  • GEF와 GAP의 local concentration
  • Competition between different effector
  • Cellular condition에 따른 modulation

다른 cellular process

Rab cascade mechanism은 다른 곳에서도 사용됨:

  • Autophagosome maturation
  • Phagosome maturation
  • Specialized organelle formation

생리적 중요성

Rab cascade의 dysregulation:

  • Endosome maturation defect
  • Cargo trafficking error
  • Degradation pathway impairment
  • Disease (e.g., neurodegeneration)

Footnotes

  1. 2022 중간 25번 — Rab protein의 cascade(Rab5→Rab7 전환)를 통한 endosome maturation 조절이 정답 근거로 활용됨. ↩

  2. 2025 중간 19번 — ③번 선지: Rab5 단백질이 시간이 지남에 따라 정체성이 변화되어 Rab7 단백질이 된다 (틀림, Rab5가 Rab7으로 변화하는 것이 아니라 Rab5-associated domain이 Rab7-associated domain으로 교체); ④번 선지: Rab 단백질은 적어도 특정 Rab이 vesicle에 존재해야 target membrane에 있는 Rab이 활성화되어야 한다 (맞음, Rab cascade에서 상류 Rab이 하류 Rab의 GEF를 recruit하여 활성화, 정답). ↩ ↩2 ↩3 ↩4

  3. 2025 중간 21번 — ⑤번 선지: Endosome에서 Rab5가 없어지고 Rab7이 생겨나는 Rab cascade는 Cisternal maturation model을 지지하는 것과 유사한 개념이다 (맞음, endosome의 Rab5→Rab7 전환이 막 identity 순차 변화라는 점에서 cisternal maturation model의 cisternae 성숙과 유사, 정답). ↩ ↩2 ↩3

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Backlinks