La transcitosis (también conocida como citopenpsis ) [1] es un tipo de transporte transcelular en el que se transportan diversas macromoléculas a través del interior de una célula . Las macromoléculas se capturan en vesículas en un lado de la célula, se arrastran a través de la célula y se expulsan por el otro lado. Ejemplos de macromoléculas transportadas incluyen IgA , [2] transferrina , [3] e insulina . [4] Si bien la transcitosis se observa con mayor frecuencia en las células epiteliales , el proceso también está presente en otros lugares. Los capilares sanguíneos son un sitio bien conocido para la transcitosis, [5] aunque ocurre en otras células, incluidas las neuronas , [6] los osteoclastos [7] y las células M del intestino . [8]
La regulación de la transcitosis varía mucho debido a los diferentes tejidos en los que se observa este proceso. Se han identificado varios mecanismos de transcitosis específicos de tejido. Se ha demostrado que la brefeldina A , un inhibidor comúnmente utilizado del transporte del RE al aparato de Golgi , inhibe la transcitosis en células de riñón de perro, lo que proporcionó las primeras pistas sobre la naturaleza de la regulación de la transcitosis. [9] También se ha demostrado que la transcitosis en células de riñón de perro está regulada en la membrana apical por Rab17 , [10] así como por Rab11a y Rab25 . [11] Trabajos adicionales en células de riñón de perro han demostrado que una cascada de señalización que implica la fosforilación de EGFR por Yes y que conduce a la activación de Rab11FIP5 por MAPK1 regula positivamente la transcitosis. [12] Se ha demostrado que la transcitosis es inhibida por la combinación de progesterona y estradiol seguida de una activación mediada por la prolactina en la glándula mamaria del conejo durante el embarazo . [13] En la tiroides , la transcitosis de las células foliculares está regulada positivamente por la TSH [ cita necesaria ] . Se ha demostrado que la fosforilación de caveolina 1 inducida por peróxido de hidrógeno es crítica para la activación de la transcitosis en el tejido vascular pulmonar . [14] Por lo tanto, se puede concluir que la regulación de la transcitosis es un proceso complejo que varía entre los tejidos.
Debido a la función de la transcitosis como proceso que transporta macromoléculas a través de las células, puede ser un mecanismo conveniente mediante el cual los patógenos pueden invadir un tejido. Se ha demostrado que la transcitosis es fundamental para la entrada de Cronobacter sakazakii a través del epitelio intestinal y de la barrera hematoencefálica . [15] Se ha demostrado que Listeria monocytogenes ingresa a la luz intestinal mediante transcitosis a través de células caliciformes . [16] Se ha demostrado que la toxina Shiga secretada por E. coli enterohemorrágica se transcitosa hacia la luz intestinal. [17] A partir de estos ejemplos, se puede decir que la transcitosis es vital para el proceso de patogénesis de una variedad de agentes infecciosos.
Empresas farmacéuticas, como Lundbeck , están explorando actualmente el uso de la transcitosis como mecanismo para transportar fármacos terapéuticos a través de la barrera hematoencefálica humana (BHE). [ cita necesaria ] Explotar el propio mecanismo de transporte del cuerpo puede ayudar a superar la alta selectividad de la BHE, que normalmente bloquea la absorción de la mayoría de los anticuerpos terapéuticos en el cerebro y el sistema nervioso central (SNC). La empresa farmacéutica Genentech , después de haber sintetizado un anticuerpo terapéutico que inhibía eficazmente la función enzimática BACE1 , experimentó problemas para transferir niveles adecuados y eficientes del anticuerpo dentro del cerebro. BACE1 es la enzima que procesa las proteínas precursoras de amiloide en péptidos β-amiloides , incluidas las especies que se agregan para formar placas amiloides asociadas con la enfermedad de Alzheimer . [ cita necesaria ]
Las moléculas se transportan a través de una barrera epitelial o endotelial por una de dos rutas: 1) una ruta transcelular a través del compartimento intracelular de la célula, o 2) una ruta paracelular a través del espacio extracelular entre células adyacentes. [18] La ruta transcelular también se llama transcitosis. La transcitosis puede estar mediada por receptores y consta de tres pasos: 1) endocitosis de la molécula mediada por receptores en un lado de la célula, por ejemplo, el lado luminal; 2) movimiento de la molécula a través del compartimento intracelular típicamente dentro del sistema endosómico; y 3) exocitosis de la molécula al espacio extracelular del otro lado de la célula, por ejemplo, el lado abluminal.
La transcitosis puede ser unidireccional o bidireccional. La transcitosis unidireccional puede ocurrir selectivamente en dirección luminal a abluminal, o en dirección inversa, en dirección abluminal a luminal.
La transcitosis es prominente en el transporte de proteínas y péptidos microvasculares del cerebro , [19] porque el endotelio microvascular del cerebro, que forma la barrera hematoencefálica (BHE) in vivo, expresa uniones estrechas únicas, de tipo epitelial y de alta resistencia . [20] Las uniones estrechas endoteliales del cerebro prácticamente eliminan la vía paracelular de transporte de solutos a través de la pared endotelial microvascular del cerebro. Por el contrario, la barrera endotelial en los órganos periféricos no expresa uniones estrechas y el movimiento de solutos a través de la vía paracelular es prominente en la barrera endotelial en órganos distintos del cerebro o la médula espinal. [21]
La transcitosis mediada por receptores, o RMT, a través de la BHE es una vía potencial para la entrega de fármacos al cerebro , particularmente para fármacos biológicos como las proteínas recombinantes. [22] El fármaco no transportable, o proteína terapéutica, está genéticamente fusionado a una proteína transportadora. La proteína transportadora puede ser un péptido endógeno o un anticuerpo monoclonal peptidomimético, que sufre RMT a través de la BHE mediante transporte en receptores endoteliales cerebrales como el receptor de insulina o el receptor de transferrina. La proteína transportadora actúa como un caballo de Troya molecular para transportar al cerebro la proteína terapéutica que está genéticamente fusionada con la proteína del caballo de Troya específica del receptor.
Los caballos de Troya de anticuerpos monoclonales que se dirigen a la insulina BBB o al receptor de transferrina han estado en desarrollo de fármacos durante más de 10 años en ArmaGen, Inc., una empresa de biotecnología en Los Ángeles. ArmaGen ha desarrollado anticuerpos genéticamente modificados contra los receptores de insulina y transferrina, y ha fusionado a estos anticuerpos diferentes proteínas terapéuticas, incluidas enzimas lisosomales, anticuerpos terapéuticos, receptores señuelo y neurotrofinas. [23] Estas proteínas terapéuticas por sí solas no cruzan la BHE, pero después de la fusión genética con el anticuerpo del caballo de Troya, la proteína terapéutica penetra en la BBB a una velocidad comparable a la de las moléculas pequeñas. En 2015, ArmaGen será el primero en participar en ensayos clínicos en humanos con las proteínas de fusión del caballo de Troya BBB que administran fármacos proteicos al cerebro a través de la vía de transcitosis. Las enfermedades humanas a las que se dirige inicialmente ArmaGen son enfermedades de almacenamiento lisosomal que afectan negativamente al cerebro. Las enfermedades hereditarias crean una condición en la que no se produce una enzima lisosomal específica, lo que conduce a afecciones cerebrales graves que incluyen retraso mental, problemas de conducta y luego demencia. Aunque las compañías farmacéuticas pueden fabricar la enzima faltante, el fármaco enzimático por sí solo no trata el cerebro, porque la enzima por sí sola no cruza la BHE. ArmaGen ha rediseñado la enzima lisosomal faltante como una proteína de fusión de caballo de Troya y enzima que cruza la BBB. Los primeros ensayos clínicos de la nueva tecnología de proteína de fusión del caballo de Troya tratarán el cerebro con trastornos de almacenamiento lisosomal, incluida una de las enfermedades de mucopolisacaridosis tipo I (MPSIH), también llamada síndrome de Hurler , y MPS tipo II, también llamada síndrome de Hunter .
Los investigadores de Genentech propusieron la creación de un anticuerpo biespecífico que podría unirse a la membrana BHE, inducir la transcitosis mediada por receptores y liberarse por el otro lado en el cerebro y el SNC. Utilizaron un anticuerpo biespecífico de ratón con dos sitios activos que realizan funciones diferentes. Un brazo tenía un sitio de unión al receptor de antitransferrina de baja afinidad que induce la transcitosis. Un sitio de unión de alta afinidad daría como resultado que el anticuerpo no pudiera liberarse de la membrana BHE después de la transcitosis. De esta manera, la cantidad de anticuerpo transportado se basa en la concentración de anticuerpo a cada lado de la barrera. El otro brazo tenía el sitio de unión anti-BACE1 de alta afinidad previamente desarrollado que inhibiría la función de BACE1 y evitaría la formación de placa amiloide. Genentech pudo demostrar en modelos de ratón que el nuevo anticuerpo biespecífico era capaz de alcanzar niveles terapéuticos en el cerebro. [24] El método de Genentech para disfrazar y transportar el anticuerpo terapéutico uniéndolo a un activador de transcitosis mediado por receptor se ha denominado método del "caballo de Troya".