¡Descarga Tema 2 - Transporte de membranas y más Apuntes en PDF de Biología Celular solo en Docsity!
TEMA 2
TRAFICO INTRACELULAR DE MEMBRANAS
Proceso imprescindible para que se mantenga la homeostasis en la células eucarióticas.
- (^) sentido anterógrado : desde el núcleo a la membrana plasmática.
- (^) sentido retrógrado : desde la membrana plasmática hacia el interior. Hay distintos compartimentos que participan en el tráfico de vesículas:
- Retículo endoplasmático
- (^) ERES : sitios de salida del RE.
- (^) ERGIC : complejo intermedio entre el Golgi y el RE.
- Complejo de Golgi
- Red trans Golgi
- (^) El compartimento endosomal Tenemos diferentes revestimientos en esas vesículas o elementos de transporte que van a marcar el destino de carga que están transportando las vesículas. Hay revestimientos de COP I, COP II y de clatrina.
RETÍCULO ENDOPLÁSMICO
Se considera el orgánulo de mayor tamaño en una célula eucariota. Consta de dos regiones:
- (^) La región que organiza la envoltura nuclear.
- (^) Región periférica del retículo endoplásmico : a su vez se divide en dos tipos de estructura; los túbulos (REL) y las láminas planas (RER). Ambos están en contacto. Presenta zonas o puntos de contacto con otros orgánulos de la célula: endosomas, mitocondrias, peroxisomas, gotas lipidicas y complejo de Golgi. Estos puntos de contacto no están al azar organizados, sino que son concretos con finalidad concreta, con determinadas proteínas implicadas en ese contacto.
- (^) Entre el reticulo y las mitocondrias : el REL tiene que transferir determinados lípidos a la mitocondria, por los lugares de contacto por una difusión. Los iones Ca+ acumulados en el REL también se transfieren por este mecanismo.
- (^) Entre el retículo y el compartimento endosomal : transferencia de esteroles o determinadas proteínas motoras como la kinesina 1 transferida hacia los endosomas para favorecer el movimiento de los endosomas al exterior.
- (^) Entre el retículo y el Golgi : transferencia de la ceramida , lípido sintetizado en el REL pero que es el origen de formación de glicoesfingolipidos en el Golgi y se transfieren por el punto de unión entre ambos orgánulos. Los subdominios del RE.
- (^) RER : se produce la translocación de proteínas por importación cotraduccional, plegamiento y ensamblaje de las proteínas, la N-glicosidación (adición de oligosacáridos a esas proteínas) y la degradación de algunas proteínas. Son necesarias una serie de proteínas específicas y asociadas a esta región del retículo para cumplir estas funciones.
- (^) REL : procesos detoxificación, procesos de sintesis y metabolismo de lípidos, metabolismo de grupos hemo- y liberación de iones de Ca+.
- (^) Envoltura nuclear : la función estaría asociada con la presencia de los poros nucleares, así como el anclaje de la cromatina a la lámina nuclear.
- (^) ERES : exportar los lípidos y proteínas a través de la vía secretora.
SÍNTESIS PROTEÍNAS
Siempre cualquier proteína inicia su síntesis en el citosol en polisomas. Luego tenemos dos vías:
- (^) Postraduccional : la proteína que inicia su sintesis en el citosol, la completa ahí. Una vez que se termina de sintetizar, la proteína puede quedar en el citosol (enzima) o se puede dirigir a cualquiera de los compartimentos celulares (peroxisomas, cloroplastos, mitocondiras, núcleo, etc.)
- (^) Cotraduccional : a la vez que se está sintetizando en el citosol se va a importar hacia el retículo. Necesita una secuencia señal que nos indique que esta proteína debe dirigirse al retículo endoplásmico. Una vez que se desplaza la proteína en sintesis y está adherida al retículo endoplásmico va a continuar esta traducción con el posterior paso por el Golgi y finalmente se dirigirá o a la membrana plasmática o al compartimento endosomal, teniendo en cuenta que algunas proteínas pueden ser residentes del retículo endoplásmico o residentes del Golgi.
TRANSLOCACION DE PROTEINAS
Va a depender del péptido o secuencia señal que dirige a la proteína a su destino correspondiente, consiste en una secuencia de unos 20 aminoácidos que puede estar en el extremo N o C terminal o bien en situaciones internas de la proteína y dependiendo del destino que va a tener encontramos distintos péptidos de distinta longitud y estructura. Puede ser cortada o ser mantenida una vez llega al destino. Las proteínas que se dirigen para terminar su sintesis en el RER son las proteínas de sintesis cotraduccional. Pueden ser proteínas solubles (destinadas a la secreción) o transmembranosas hasta ser liberadas por la membrana plasmática por exocitosis. Las proteínas solubles son todas las destinadas a la secreción. Van a caer a la luz de retículo endoplásmico y van a ser transferidas por estructuras de transporte hasta ser liberadas por la membrana plasmática. Estas proteínas también pueden pertenecer al interior de orgánulos como las residentes del retículo endoplásmico, Golgi o los endosomas por ejemplo. Las proteínas transmembrana no caen a la luz de retículo endoplásmico sino que quedan embebidas en la membrana. Si es del retículo endoplásmico se quedará formando parte de la membrana, pero si pertenece a otro orgánulo saldrá en vesículas desde el retículo manteniendo la misma topología que tenía en el retículo y por fusión de membranas llegará a formar parte de la membrana diana. En función de si una proteína es soluble o transmembrana, el proceso esa formación cotraduccional, aunque tienen una base común puede variar. Las proteínas transmembranosas tienen diferentes señales de parada en su traducción. Una primera señal para ir al retículo endoplásmico pero aparecen más señales que indicaban una parada, esa región quedaba embebida en la membrana y a continuación hay otra señal que dice que siga la traducción y así sucesivamente; dependiendo de los dominios transmembrana que tenga la proteína. En el caso de la translocación de proteinas al retículo se producía al a vez de esa translocación una N - glicosidación y un plegamiento y control de calidad de plegamiento. El polisacárido incorporado en la glicosidación es siempre el mismo para todas las proteínas. El enzima encargado de la glicosidación es la oligosacárido - transferasa. En la membrana del retículo endoplásmico hay un lípido, el diolicol fosfato, que es el que va a proporcionar al retículo 2 grupo de olgosacáridos que se transfieren en bloque a la proteína. El polisacárido constaba de un residuo de N - acetilglucosamina , 9 manosas y 3 glucosas. Una vez completo el oligosacárido, la oligosacárido-transferasa lo transfiere desde el dolicol - fosfato hasta ese primer residuo de Asp de la proteína. Este proceso de glicosidación es fundamental para regular el plegamiento y el control de calidad. La proteína se glicosida tantas veces como residuos de asparagina haya. No solo se necesita que se produzca esta glicosidación, sino que va a sufrir otro tipo de modificaciones, tanto durante la importación como después que afectan al plegamiento de la proteína. Van a actuar una serie de chaperonas y de enzimas relacionados con el plegamiento de las proteína: la calnexina (membrana del retículo endoplásmico) y la calreticulina (lúmen del retículo endoplásmico), son proteínas proteínas residentes. Además de estas proteínas tenemos la Protein disulfuro - isomerasa que producían enlaces para favorecer el plegamiento.
al ERGIC con forma túbulo-vesicular. Estas estructuras tienen carga que viene liberado del retículo. A partir de ahí se mueve al complejo de Golgi. GOLGI Es una estructura en forma de cisternas en forma de de más o menos aplanadas con polaridad cis-trans. En la región próxima al ERGIC encontramos la red cis , con aspecto tubular, a continuación están las cisternas medianas , las cisternas trans y por último la red trans golgi. Va a llevar a cabo una serie de funciones:
- (^) Procesar el oligosacárido que traían unido las proteínas desde el retículo endoplásmico, oligosacáridos N-ligados, que les da el destino final, producidos de manera secuencial, desde la cara cis a la cara trans.
- (^) Producir O - glicosidación , unión de azúcar al residuo OH de los aminoácidos que provoca que cuando las glicoproteínas atraviesan las cisternas del Golgi presentarán oligosacáridos unidos por N-glicosidación y por N-glicosilación. Todas esas proteínas que salen del complejo de golgi serán ese tipo de posibles estructuras glucídicas que puedan estar unidas a las proteínas. RED TRANS GOLGI No es lo mismo que las cisternas trans del golgi. Es una estructura tubular compuesta por dos cisternas que se originan desde las últimas cisternas trans del complejo de Golgi. Tiene una serie de particularidades:
- (^) Tienen puntos de contacto físico con el retículo endoplásmico, para la transferencia de lípidos.
- (^) La cisterna más distal puede presentar revestimiento de clatrina. Transfiere moléculas que llegan desde el golgi y se transportan hacia la membrana plasmática, los endosomas tempranos y los lisosomas ( movimientos anterógrados ) que están compensados con movimientos retrógrados que devolverán tanto a distintos compartimentos como a la propia red trans golgi determinados compuestos que no deberían haber salido de la red determinados componentes que no deberían ser secretados. Por fragmentación, esta red trans golgi va a dar lugar a las distintas vesículas con distintos compartimentos celulares diana. COMPARTIMENTO ENDOSOMAL Tiene una serie de componentes donde encontramos endosomas tempranos, cuerpos multivesiculares en los que encontramos los endosomas tardíos y lisosomas propiamente dichos, así como endosomas de reciclaje. Este compartimento endosomal se considera como una maduración del endosoma temprano. La principal característica de este compartimento son los cambios de pH a la vez que madura.
- (^) Endosomas tempranos : pH=6,
- (^) Endosomas tardíos =4, El pH ácido es necesario para separar el receptor del ligando y devolver los receptores a sus lugares correspondientes. Las manosas están fosforiladas y en los lisosomas ya no están fosforiladas porque actúa una fosfatasa y pueden actuar las hidrolasas al estar las manosas sin fosforilar. Se considera su función como el lugar donde converge la ruta secretora con la ruta endocítica. Una función fundamental en cuanto al reciclaje y transporte de componentes.
TIPOS DE ESTRUCTURAS DE TRANSPORTE Hay múltiples transportadores que mueven miles de moléculas entre todos los compartimentos que participan en el traspaso de componentes que hemos visto antes. Todos esos compartimentos están recibiendo y emitiendo material para procesarlo de una manera u otra. Este movimiento tiene que ser muy eficiente y está basado fundamentalmente en carriers o transportadores que se mueven tanto en sentido retrógrado ( COP I ) como anterógrado ( COP II ) como en ambos ( Clatrina ). Todos estos transportadores implican a pequeñas vesículas (60-80nm) como a estructuras tubulares elongadas o grandes estructuras. Tenemos revestimientos en todas las estructuras, como las anteriormente descritas. Para que el movimiento tenga lugar se necesitan:
- Proteínas de revestimiento especializadas
- GTPasas activas
- Proteínas motoras
- Factores de anclaje
- Maquinaria de fusión de membranas La mayoría de los carriers implicados en el transporte los vamos a encontrar en zonas específicas de la membrana que están revestidas, cuyo revestimiento es variado. Esas proteínas que revisten al carirrer tienen una función mecánica, que ayuda a que la membrana se curve para formar el carrier; y para seleccionar la carga que van a transportar. Este tipo de complejos proteicos tienen determinadas zonas que son comunes entre ellos, por lo que parece que esa estructura está muy conservada en la evolución. Estas estructuras de transporte con los diferentes revestimientos van a funcionar en distintas regiones de la célula. Las vesículas COP II brotarían de las zonas del ERES, las COP I de la zona del ERGIC o el Golgi y los elementos de transporte de clatrina , de las cisternas más distales de la red trans o en los procesos de endocitosis mediados por clatrina. Cuando observamos los componentes que aparecen en estos transportadores que tienen una determinada localización, vemos que la composición es distinta. La clatrina requiere de proteínas adaptadoras (clatrina no reconoce su carga) que recogen la carga para que reconozca la clatrina. Cada tipo de revestimiento lleva un tipo de carga asociado. Llevan una GTPasa activa asociada al proceso mediante el cual esas estructuras forman su cubierta. Esas GTPasas corresponden al grupo de las GTPasas monoméricas, o porteínas G (o GTPasas pequeñas). *Las proteínas G heterotriméricas eran las asociadas a receptores en superficie de la membrana plasmática. Son interruptores moleculares. En lo que se refiere al trafico intracelular tenemos a dos subfamilias:
- (^) Rab : van a controlar interacciones entre los carriers de transporte, asi como la unión con las membranas de destino.
- (^) Sar1 / Arf : reclutan moléculas a la superficie de la membrana. (Arf 1-6 y Sar1 a-b). La GTPasa inactiva está unida a GDP, porque está ayudada por el facto GDI que lo mantiene en esta conformación. Para activarse necesita la ayuda del GEF , un factor de intercambio de nucleótidos, que intercambia GDP por GTP. En el momento en el que acaba su papel (son interruptores), se inactivan con el factor GAP que dispara la hidrólisis de GTP.
REVESTIMIENTO COP I La GTPasa que recluta las cubiertas es Arf1 y la proteína que actúa como GEF van a ser proteínas de la membrana del Golgi. Arf1 unida a GDP es citosólica, es activada por la proteína de la membrana del Golgi y va a exponer esa cola de ácido graso que la permite unirse a la membrana. A continuación se une el coatómero (revestimiento de COP I), 7 subunidades proteicas que se unen en bloque. El coatómero completo se une a la Arf1 activa. También se encarga de reclutar las cargas. Con las cargas reclutadas, al irse uniendo distintos coatómeros se va a activar el ArfGAP de Arf1 ( GAP devuelve el estado inactivo a la GTPasa ) y es el que va a estimular la hidrólisis. Antes de que esto ocurra, la escisión de la vesícula es a partir de Arf activa (unida a GTP) la que va a formar el anillo y escindir la vesícula y el GAPArf produce la hidrólisis del GTP y desensamblar la cubierta de COP I. REVESTIMIENTO DE CLATRINA Aparece revistiendo vesículas y estructuras tubulares en distintas regiones de la célula durante ese tráfico intracelular. Algunas vesículas que brotan de la membrana plasmática, en la región trans Golgi y algunos endosomas. Las proteínas citosólicas del reclutamiento de cubiertas es ARF1 y ARF6 dependiendo de donde se forme el revestimiento de clatrina. Tenemos un caso particular, la clatrina no reconoce cargas y necesita otras proteínas que van a actuar como adaptadores para reconocer y reclutar las cargas que lleven este tipo de transportadores. Estos adaptadores forman parte del revestimiento total de la estructura, dentro están los adaptadores y fuera está la clatrina. La clatrina tiene una estructura denominada trisquelión. Hay tres cadenas pesadas y tres ligeras y mediante la ayuda de proteínas accesorias va a ir formando estructuras tipo hexágono y tipo pentágono hasta dar lugar a un revestimiento de 26 trisqueliones. Los adaptadores son de dos tipos, AP-1,2,3,4 , ( 5 recién descubierto se desconoce función) y GGAs. Ayudan a la clatrina en el reconocimiento de las cargas. En estos adaptadores están localizados en las distintas zonas donde vamos a encontrar el revestimiento de clatrina. La región central de estos adaptadores sería la responsable de reclutar y reconocer la carga en la correspondiente membrana, mientras que los otros dominios externos van a interaccionar con la clatrina y las proteínas accesorias. Dependiendo de en qué lugar se está produciendo un revestimiento de clatrina vamos a tener unos adaptadores u otros.
- (^) AP-2 : en procesos de endocitosis mediada por clatrina.
- (^) AP-1 : está en las vesículas que salen de la red trans golgi; también en las vesículas que se forman en los endosomas tardíos.
- (^) AP-3 : aparece en los endosomas tempranos.
- (^) GGA : también es típico de la red trans Golgi. En el caso de la clatrina, ARF1 va a regular la formación de este tipo de estructuras de clatrina en la región trans glogi y en el compartimento endosomal. Va a funcionar unida a los adaptadores AP-1 , AP-3 , AP-4 y GGAs. Lo primero que ocurre es que la ARF1 va ayudar a que los adaptadores se sitúen en la región de la membrana correcta de la membrana correcta, a continuación la clatina se une a los adaptadores y de esta forma se irá formando la vesícula. Estos adaptadores son los que inicialmente en los primeros estadios van a capturar la carga, se sitúa en la membrana ayudado por ARF1 , a continuación se van polimerizando los trisqueliones alrededor de la vesícula, y se forma la vesícula.
Si se produce este revestimiento en la membrana plasmática o en determinadas regiones del compartimento endosomal, voy a necesitar ARF6 que funciona con AP-2. En ambos casos la escisión de la vesícula la produce la dinamina , una GTPasa citosólica que se arrolla alrededor del cuello de la vesícula hasta que la libera y una vez que está liberada se produce el desensamblaje de la clatrina. Para ello necesitamos la chaperona Hsc70 ayudada por distintos cofactores, pero fundamentalmente de la proteína auxilina. PROTEINAS MOTORAS Todas las vesículas o estructuras tubulares que se van a mover en esas rutas secretoras o endocíticas se van a ayudar de los los microtúbulos son los elementos del citoesqueleto que más van a actuar en estos movimientos de transporte. Cuando las distancias soon largas, los microtúbulos son los elementos del citoesqueleto que más van a actuar en el movimiento de las vesículas.
- (^) Dineína : cuando las vesículas se mueven hacia el extremo ( - ) cercano al núcleo.
- (^) Kinesina : cuando se dirigen hacia el extremo ( + ) hacia la membrana plasmática. Se ha visto que también los filamentos de actina pueden ayudar en estos movimientos de las vesículas como en los procesos en endocitosis mediados por clatrina, la vesícula de clatrina, una vez escindida de la membrana plasmática se va mover por actina, pero cuando pierde el revestimiento se mueve por micritúbulos. A partir del retículo endoplásmico, se fan a formar vesículas COP II, que avanzan y cuando pierden el revestimiento se fusionan y forman el ERGIC. Se ha visto que ese movimiento de vesículas COP II para originar el ERGIC, no depende de microtúbulos. Se piensa que hay una serie de factores de anclaje, que cuando las vesículas se liberan de retículo endoplásmico van a perder el revestimiento Sec13 / 31 y solamente se quedaría Sec23 / 24. Parece ser que algún factor de anclaje que está en el ERGIC preformado, de alguna manera anclaría a la vesícula para llevarla hacia el ERGIC, pero no está claro. Otra teoría que no tiene una respuesta clara todavía, es que los microtúbulos con sus proteínas motoras, van a formar determinados complejos. En el caso de la dineína , la que se mueve hacia el extremo (-) de los microtúbulos, se va a formar un complejo para que actúa el dineína que se va a asociar con otros factores accesorios. Estos factores son dos: el complejo de dinactina y el Lis. Se ha visto que Sec23 se une a una de las regiones de la dinactina ( p150 ). Cuando no está el revestimiento Sec13 / 31 , Sec23 es capaz de interaccionar con una región de la dinactina , eso nos hace pensar que sí hay un movimiento a través de proteínas motoras y microtúbulos, ya que se une a una porción de la dineína. Los experimentos que se han hecho es inhibir la unión entre la dinactina con Sec23 , y se ha visto que el tráfico sigue funcionando, de manera más lenta. Esto nos indica que no necesitamos la unión a esta proteína motora para que se produzca el tráfico de la vesícula. La duda que queda es que si realmente Sec23 se une a la dineína puede ser que la dineína sea reclutada por las vesículas COP II porque lo va a usar más tarde en otro momento del transporte. Hay un problema añadido, que es que si el retículo endoplásmico es el que produce COP II y se mueve al Complejo de Golgi, tendría que ser la kinesína la que actúa, no la dineína. Por eso se piensa que el reclutamiento de dineína en esta primera fase es para usarla en una etapa más tardía del transporte. FACTORES DE ANCLAJE (tethers) Serie de proteínas que anclan las vesículas de transporte a la membrana aceptora. Una vez que la vesícula está anclada, se va a producir la fusión de las membranas. Dependiendo de la localización en la que nos encontramos y cual es el sentido del tráfico, nos vamos a encontrar un factor de anclaje u otro.
La maduración del ERGIC es lo que translada la carga al complejo de Golgi. Las proteínas que llevan a cabo el movimiento retrógrado son por ejemplo las proteínas residentes del retículo endoplásmico con su señal específica y que si bien llevan en su estructura una señal para permanecer en el retículo endoplásmico, ocurre que en ocasiones, al formarse las vesículas COP II pueden salir alguna de esas proteínas. En ese caso, una vez que llegan al ERGIC, van a ser llevadas al retículo endoplásmico. En el ERGIC y en el complejo de golgi también hay ese tipo de proteinas que deben se devueltas. Todas las proteínas que deben volver a su compartimento van a ser transportadas en vesículas COP I. Lo mismo pasa con las proteínas transmembrana, con esa señal de retención que se encuentra también en el ERGIC y el Golgi hace que permita la vuelta de las proteínas a su lugar de residencia. Transporte y reciclaje en el Golgi Lo microtúbulos van a ser los carriles que utilice el complejo de golgi para liberar los elemento que llevan las cargas correspondientes. Si no se sintetizan estos microtúbulos, se observa que la estructura del Golgi se fragmenta y pierde su forma. Dentro del complejo de Golgi hay mucha más actividad en cuanto a transporte. En el complejo de Golgi teníamos una red cis , aquella que se está formando por maduración del ERGIC y una region trans Golgi que se fragmenta para liberar la carga. En esas zonas y en los laterales del complejo se ha visto que hay una mayor actividad de transporte que en la zona central y se denominan zonas compactas. Hay dos mecanismos para explicar como se mueven las cargas en el complejo de Golgi:
- Transporte vesicular : tendríamos una estructura estática y habría vesículas que van transfiriendo la carga de unas cisternas a otras. Ese transporte se produciría a través de vesículas COP II en sentido anterógrado y COP I en sentido retrógrado.
- Progresión de cisternas : en este caso el complejo es muy dinámico y el ERGIC al ir madurando se convertiría en la red cis. Las cis anteriores en cisternas medianas; y las medianas en trans; y la red trans donde se liberan las estructuras de transporte. La estructuración y el papel del Golgi es algo muy dinámico y funcionaría como progresión del retículo. El paso de unas cisternas a otras en sentido retrógrado correría a cargo de las vesículas COP I. Ultimamente se pregunta si se produce más de un tipo de transporte vesicular cuando se da el transporte anterógrado de las cisternas, aparte del movimiento de cisternas. Dado a que la composición de la membrana de los laterales de las cisternas tienen distinta composición que la membrana más central. ITINERARIOS DE LA RED TRANS GOLGI Esta red es la que por fragmentación va a dar lugar a los carriers que se mueven desde esta zona a los diferentes destinos de las vesículas. Estos diferentes destinos son la membrana plasmática o el compartimento endosomal. En este caso se trata de estructuras mayoritariamente tubulares, aunque hay vesículas también. Esto sería lo que ocurre en sentido anterógrado, aunque también se produce un transporte retrógrado desde la membrana plasmática (receptores que reconocen a los enzimas lisosomales de manosa-6-fosfato ) o desde los endosomas/ lisosomas.
- (^) SECRECIÓN CONSTITUTIVA Vía en la que estaría incluida tanto el transporte de una proteína que pertenece a la membrana, como la salida de una proteína que debe exocitar la célula. Secreción que produce cualquier célula del organismo. Desde la región trans Golgi la carga que va a ir a la membrana plasmática o al compartimento endosomal va a ir casi siempre en carriers de estructuras túbulo vesiculares.
- (^) SECRECION REGULADA Células secretoras que, ante un determinado estímulo, van a secretar una sustancia al exterior. SECRECCION CONSTITUTIVA Las células epiteliares como están polarizadas , siempre tenemos distintas estructuras especializadas en regiones vasolaterales o regiones apicales. En estas células epiteliales se ha visto que estos túbulos que salen desde la región trans Golgi a la región apical no presentan ningún tipo de revestimiento en la secreción constitutiva, si bien sus membranas pueden tener una constitución particular. En las células no epiteliales también se ha visto que desde la región tans Golgi aparecen estructuras tubulovesiculares dirigidas hacia la membrana con esas características especiales en su membrana. Estas cisternas de la trans Golgi que irían a la región vasolateral presentan en sus membranas dos adaptadores de la clatrina AP-3 y AP-4 , sin que la clatrina actúe. Al romperse estas cisternas a través de dinaminas o proteínas relacionadas hacia la membrana plasmática, lo único que tendrían que no corresponde a una estructuración de la membrana en sí misma es que presentan ese tipo de adaptadores. SECRECIÓN REGULADA Solo células especializadas como respuesta a un determinado estímulo. Tenemos unos productos de secreción acumulados en la célula en forma de gránulos y que serán liberados por exocitosis cuando reciban el estímulo. El tipo de moléculas que libera este tipo de secreción son fundamentalmente hormonas peptídicas y ciokinas , ciertos enzimas digestivos o neurotansmisores. A partir de la region trans golgi se van a formar las estructuras tubulares que serían las que van a la membrana plasmática. Estas estructuras tubulares van a ir madurando. En esta ruta encontramos bombas de protones como las que hay en el compartimento endosomal. Estas bombas de protones presentes en estas carrirers que van hacia la membrana hacen que el contenido de la vesícula se haga más ácido y que esas proteínas que van a ser secretadas se acumulen. Además hay un paso intermedio, a partir de estas estructuras, se pueden retirar ciertas proteínas que no son de la propia secreción en vesículas de clatrina que irán a un endosoma de reciclaje para ir a su lugar correspondiente, bien a la membrana plasmática o a la trans Golgi. Una vez que ya tenemos dentro de esa estructura solamente las proteínas de secreción es lo que va a quedar como gránulos de secreción hasta que reciba el estímulo correspondiente. Todos estos productos de secreción tanto de secreción constitutiva como regulada se van a liberar al exterior mediante exocitosis para lo cual actuarán los complejos SNARE par la fusión de membranas y liberación de la carga. Se van a a dar preferentemente en regiones de rafts lipídicos planos. PROTEÍNAS DESTINADAS AL COMPARTIMENTO ENDOSOMAL Vamos a tener transporte anterógrado y un transporte retrógrado, es decir, desde la región trans Golgi vamos a dirigir proteínas hacia el compartimento endosomal pero también vamos a reciclar las proteínas desde el compartimento endosomal a la región trans Golgi. Este tráfico es bidireccional y lo que va a mover es proteínas modificadas en el complejo de Golgi destinadas a los lisosomas, el compartimento endosomal. Las proteínas pueden ser solubles ( hidrolasas ) o bien pueden ser proteínas de la membrana de ese comartimento endosomal. En el caso de las células de mamíferos, el transporte anterógrado va a ser llevado a cabo por vesículas de clatrina con adaptadores AP-1, AP-3 y GGAs. Dependiendo de las proteínas que se mueven vamos a utilizar un tipo de adaptadores u otro:
- (^) Hidrolasas ácidas : movimiento de vesículas de clatrina desde la trans golgi al compartimento endosomal. Esas vesículas de clatrina van a llevar adaptadores AP-1 y GGA.
- (^) Proteínas de la membrana del compartimento endosomal: Muchas se mueven desde la trans Golgi en vesiculas sin revestimento de clatrina pero con AP-3. ( como en secreción constitutiva ) Este compartimento endosomal también puede devolver a la trans golgi (transporte retrógrado) proteínas hacia el complejo de golgi. El transporte retrógrado es fundamental para la homeostasis
La formación de este retrómero podría se equivalente a la formación de una vesícula revestida. Siempre va a haber una GTPasa ( Rab7 ) que actúa para reclutar al complejo de proteínas VPS. Una vez reclutadas las proteínas del complejo VPS se van a reclutar las nexinas y se sitúan en la membrana. Al reclutarse las nexinas se empieza a curvar la membrana para formar la vesícula. Va a ayudar un tercer complejo, el complejo WASH que provoca la polimerización de actina para ayudar a empujar la formación de la vesícula. A continuación las nexinas 5 y 6 se unen al p de la dineína, favoreciendo el movimiento a través de los microtúbulos. Después actúa una GTPasa para librar la estructura de la membrana del compartimento endosomal, estas GTPasas son EHD1 y dinamina. Tras todo este proceso, la vesícula pierde el revestimiento. Desde el compartimento endosomal, los endosomas tempranos, es donde se va a producir la mayor parte del transporte retrógrado hacia la red trans golgi, pero el compartimento endosomal no solo tiene endosomas tempranos sino que también los tiene tardíos pueden devolver en pequeñas vesículas algunos materiales a la red trans golgi. En este caso, lo que funciona es un complejo formado por una GTPasa Rab9 y TIP47 , un efector de la GTPasa. La Rab9 ayudado de TIP47 se encuentra en la membrana de estos endosomas tardíos que crea pequeñas vesículas desnudas para devolver algunos receptores para reciclarlos a la red trans golgi. RUTA ENDOCÍTICA Los procesos de endocitosis son procesos fundamentales para que las células eucarióticas sean capaces de internalizar productos o macromoléculas y para internalizar determinadas determinadas proteínas de membrana como pueden ser los receptores ( permeasas , canales , etc.) para controlar las rutas de señalización en una célula. Los mecanismos de endocitosis se dedican al reciclaje de receptores y canales más que a la captación de moléculas desde el exterior. Van a ser los que regulen las vías de señalización. Cuando analizamos una ruta endocítica, noss damos cuenta que hay distintios tipos de vias por las que esas proteínas de membrana o estructuras externas se pueden incorporar. Todas tienen en común que una vez que se incorporan van al compartimento endosomal porque todo lo que incorpora la célula es o bien para reciclarlo o bien es para degradarlo. Una excepción son los procesos de fagocitosis , que la carga va directa al lisosoma. Dentro de los posibles mecanismos de entrada tenemos las endocitosis dependientes de clatrina , dependientes de caveolina y otra serie de mecanismos descubiertos más tarde denominados de manera global como endocitosis independientes de clatrina y caveolina. La endocitosis mediada por clatrina es constitutiva y se ocupa casi del 60% de todos los receptores de membrana. En determinadas situaciones experimentales se observó que inhibiendo esta ruta de endocitosis por clatrina se seguían incorporando receptores de membrana muchas veces con una velocidad mucho menor, pero en otras con una velocidad bastante alta. Por último está el mecanismo de macropinocitosis. Este mecanismo aunque se puede activar por determinados receptores, otras veces lo hace de manera espontánea, por ejemplo cuando hay muchas rutas de señalización activa en na célula, esta tiene que rebajar esa señalización. Si tiene que retirar uno a uno los receptores por endocitosis mediada por clatrina podría tardar demasiado tiempo, mientras que la pinocitosis, que permite la entrada de una gran cantidad de material permite que una región bastante amplia de la membrana plasmática se incorpore al interior de la célula, parando varias rutas de señalización a la vez. En todos los casos se va al compartimento endosomal, que depende del citoesqueleto, tanto actina como tubulina. La entrada de las partículas cuando el transporte se tiene que ir a distancias largas, suelen actual los microtúbulos y sus correspondientes proteínas motoras, mientras que si el movimiento es más corto pueden intervenir los filamentos de actina. COMPARTIMENTO ENDOSOMAL El compartimento endosomal no se trata de un conjunto de orgánulos, sino de un continuo de estructuras pleiomórficas que van madurando poco a poco y cada una de ellas realiza sus propias funciones.
Un endosoma temprano es capaz de llevar a cabo situaciones de reciclaje bastante rápidas. También lo hace un endosoma tardío. Sin embargo los cuerpos multivesiculares son estructuras más bien de transporte y los lisosomas serían en sí mismos la zona del compartimento donde se produce la digestión (solo están activas en ellos las hidrolasas ácidas ). El lisosoma es además el único que no tiene contacto ni con la red trans golgi ni con la membrana plasmática. Esta clasificación del compartimento endosomal tiene mucho que ver con el pH , que va a cambiar a lo largo del proceso de maduración. En los endosomas tempranos tenemos un pH de 6,5 que va siendo inferior a medida que avanzamos en esa maduración. Un endosoma tardío tiene un pH de 4,5 igual que el del lisosoma y este cambio de pH permite esta primera clasificación porque los ligandos y receptores se van a separar. Dependiendo de qué tipo de ligando y receptor que sean se van a separar en el endosoma temprano o en el tardío. En los endosomas tempranos se van a producir el reciclaje de la mayoría de los receptores de la membrana plasmática. Los receptores LDL para la entrada de las partículas LDL por endocitosis mediada por clatrina, en el momento en que llegan al compartimento endosomal pueden ser reciclados. Sin embargo hay otro tipo de receptores, como los receptores de M6P, que si bien pueden ser reciclados a través de endosomas de reciclaje desde el endosoma temprano, pueden mantenerse hasta un pH de 4,5 a sus ligandos y por lo tanto en el endosoma tardío también podrían ser reciclados hacia la red trans golgi. Aparte del reciclaje de receptores y ligandos hay un proceso de degradación en el compartimento endosomal. En este sentido, en los endosomas tempranos ( zona vacuolar ), cuando se trata de un procesos de degradación, pueden sufrir un proceso de maduración que los va a convertir en cuerpos multivesiculares, estructuras de transporte, que no modifican la carga que llevan. Para que los endosomas tempranos s e transformen en cuerpos multivesiculares acumulan vesículas intraluminares que clasifican la carga que va a ser degradada. Las vesículas intraluminares se forman por invaginación de la membrana del endosoma temprano. Para que se produzcan las vesículas se tienen que dar una serie de circunstancias.
- (^) Las proteínas que llevan orden de ser degradadas sufren un proceso de ubiquitinación , solo un residuo de ubiquitina en este caso.
- (^) Necesitamos proteínas accesorias. Estas proteínas son la HRS y unos complejos proteicos denominados ESCRT 1, 2, 3 (complejos requeridos para el transporte de los endosomas) que actúan de manera secuencial. - (^) HRS se ocupa de unirse a las proteínas ubiquitinizadas y a reclutar los complejos ESCRT. - (^) ESCRT completan la formación de la vesícula intraluminar y producir la separación de la membrana apara que caiga al lumen. Una vez completado el proceso, los complejos, a través de ATPasas se reciclan, no están siempre en la membrana del endosoma. Los cuerpos multivesiculares, a medida que acumulan las vesículas internas, terminan convirtiéndose en endosomas tardíos. El endosoma tardío se va a fundir con un lisosoma y entrega la carga que se necesita degradar la carga. El lisosoma no solo participa en los procesos de endocitosis, también participa en procesos de autofagia. En ciertas condiciones, estos cuerpos multivesiculares, en lugar de fundirse con un lisosoma directamente, libran por exocitosis todas las vesículas intraluminares. Cuando estas vesículas salen de la célula, reciben el nombre de exosomas. Durante años se pensó que los exosomas eran unas vesículas extracelulares, pero ahora se ha visto que estos exosomas con capaces de comenzar rutas de señalización. Además pueden actuar como métodos de diagnóstico en sangre para algunas enfermedades. Suelen aparecer en estos exosomas tetraspaninas, RNAs, proteínas citosólicas, microRNAs… FAGOCITOSIS En el caso de la fagocitosis , las vesículas que se forman incorporan con la partícula en cuestión su funden directamente con un lisosoma. La fagocitosis en organismos superiores no es un proceso para alimentarse sino un proceso de defensa, por los que solo lo llevan a cabo determinados tipos de células del sistema inmune (neutrófilos y macrófagos). Es un mecanismo que depende del reconocimiento de la carga. Ese reconocimiento iría seguido de la emisión de
Mediada por ARF6 : parece ser que no hay revestimiento, son vesiculas y la carga son moléculas de adhesión (cadherinas-E, integrinas, etc.). La importancia de este tipo de endocitosis mediada es que va a retirar cadherinas e integrinas de la membrana, que hacer que las células pierdan la adhesión que tenían con otras celulas, como en el caso del cáncer, que produce la transmisión epitelio mesénquima. El sistema que utiliza este tipo de endocitosis para retirar la vesícula se desconoce su funcionamiento, pero se cree que es una proteína relacionada con la dinamina. Flotilinas : las vesículas están sin revestimiento, la carga son proteínas ancladas por glicosil- fosfatidil-inositol GPI y algunos proteoglicanos. Un tipo de endocitosis muy especializado en recilar y asegurar la composición de los rafts lipídicos. El sistema de retirada de las vesículas de la membrana también se piensa que es dinamina , pero no está claro. Mediada CLIC/GEEC : ( CLIC = carriers dependientes de clatrina sin revestimiento)Se forma una estructura tubular (CLIC) y para que se forme la estructura tubular participan las galectinas. Esto nos dice que son procesos donde se localiza un raft lipídico, pero vuelve a ser un mecanismo de control de los rafts. La parte de GEEC (compartimentos endosomales enriquecidos en GPI) se piensa que el compartimento que surge del proceso de endocitosis tiene cierto caracter ácido. Procesos de endocitosis encargados de incorporar alguna toxina : ya sea de plantas o bacterias. El carrier que se forma es también tubular. La carga que se incorpora son toxinas y algunos autores dicen haber visto incorporación de galectinas por esta vía pero otros dicen que es por contaminación. En esta situación nos encontramos con que el sistema de separación de la membrana no es conocido por el momento. Se ha visto de forma global que todos los mecanismos de endocitosis son utilizados por virus, bacterias y toxinas en general. Este mecanismo de endocitosis que utilizan toda esta serie de patógenos, no lo hacen por mecanismos de reciclaje, evitan la vía de degradación e intentan ejercer un efecto tóxico en las células. En el caso de la endocitosis mediada por clatrina se pueden incorporar los virus del VIH, toxinas, etc. En estos tipos de endocitosis donde se sabe que pueden entrar patógenos se está estudiando para utilizar determinados inhibidores para no dejar entrar a los patógenos. Alternativamente se está utilizando otro inhibidor que evita que se desorganice el revestimiento de clatrina. Lo que ocurre es que se produce una vesícula de clatrina, pero no pierde el revestimiento. El reciclaje de componentes desde un endosoma temprano a la trans golgi se puede bloquear con iones Mn+ , que impide que se organice el retrómero. No es porque no queramos que el endosoma temprano no devuelva nada a la trans golgi, sino porque hay determinados tipos de patógenos como algunas toxinas que cuando llegan a los endosomas tempranos, en lugar de seguir la vía de degradación pueden seguir mecanismos específicos para infectar el complejo de Golgi. Por lo que bloqueamos ese tipo de toxinas que tiene como diana el aparato de Golgi. De la misma manera, determinados procesos de macropinocitosis como el de la salmonella , se ha conseguido que ese macropinnosoma de la bacteria no se pueda unir con un endosoma tardío y se pueden bloquear los movimientos dentro de la célula.
