Caveolas

Tipo de balsa lipídica en la endocitosis

En biología , las caveolas ( del latín caveola , "pequeñas cuevas"; en singular caveola ), que son un tipo especial de balsa lipídica , son pequeñas invaginaciones (50-100 nanómetros ) de la membrana plasmática en las células de muchos vertebrados . Son la característica superficial más abundante de muchos tipos de células de vertebrados, especialmente células endoteliales , adipocitos y células de la notocorda embrionaria . ^{[1] [2]} Fueron descubiertas originalmente por E. Yamada en 1955. ^[3]

Estas estructuras en forma de matraz son ricas en proteínas y lípidos como el colesterol y los esfingolípidos y tienen varias funciones en la transducción de señales . ^[4] También se cree que desempeñan un papel en la mecanoprotección, la mecanosensación , la endocitosis , la oncogénesis y la captación de bacterias patógenas y ciertos virus . ^{[5] [6] [3] [7]}

Caveolinas

Inicialmente se pensó que la formación y el mantenimiento de las caveolinas se debían principalmente a la caveolina , ^[8] una proteína de 21 kD. Hay tres genes homólogos de caveolina expresados ​​en células de mamíferos: Cav1, Cav2 y Cav3. Estas proteínas tienen una topología común: extremo N citoplasmático con dominio de andamiaje, dominio transmembrana de horquilla larga y extremo C citoplasmático. Las caveolinas se sintetizan como monómeros y se transportan al aparato de Golgi. Durante su posterior transporte a través de la vía secretora, las caveolinas se asocian con balsas lipídicas y forman oligómeros (14-16 moléculas). Estas caveolinas oligomerizadas forman las caveolas. La presencia de caveolina conduce a un cambio local en la morfología de la membrana. ^[9]

Cavidades

Las proteínas cavin surgieron a fines de la década de 2000 como los principales componentes estructurales que controlan la formación de caveolas. ^{[10] [11] [12] [13]} La familia de proteínas cavin consiste en Cavin1 (también conocida como PTRF), Cavin2 (también conocida como SDPR), Cavin3 (también conocida como SRBC) y Cavin4 (también conocida como MURC). Se ha demostrado que Cavin1 es el principal regulador de la formación de caveolas en múltiples tejidos, y la sola expresión de Cavin1 es suficiente para la formación de caveolas morfológicas en células que carecen de caveolas pero son abundantes en Cav1. ^{[14] [10]} Cavin4, análoga a Cav3, es específica del músculo. ^[11]

Endocitosis caveolar

Las caveolas son una fuente de endocitosis dependiente de balsas independientes de clatrina . La capacidad de las caveolinas para oligomerizarse debido a sus dominios de oligomerización es necesaria para la formación de vesículas endocíticas caveolares. La oligomerización conduce a la formación de microdominios ricos en caveolina en la membrana plasmática. El aumento de los niveles de colesterol y la inserción de los dominios de andamiaje de las caveolinas en la membrana plasmática conduce a la expansión de la invaginación caveolar y la formación de vesículas endocíticas. La fisión de la vesícula de la membrana plasmática es mediada entonces por la GTPasa dinamina II, que se localiza en el cuello de la vesícula en ciernes. La vesícula caveolar liberada puede fusionarse con el endosoma temprano o caveosoma. El caveosoma es un compartimento endosómico con pH neutro que no tiene marcadores endosómicos tempranos. Sin embargo, contiene moléculas internalizadas por la endocitosis caveolar. ^{[9] [15]}

Este tipo de endocitosis se utiliza, por ejemplo, para la transcitosis de albúmina en células endoteliales o para la internalización del receptor de insulina en adipocitos primarios. ^[9]

Otras funciones de las caveolas

• Se ha demostrado que las caveolas son necesarias para la protección de las células contra el estrés mecánico en múltiples tipos de tejidos, como los músculos esqueléticos, las células endoteliales y las células de la notocorda. ^{[16] [17] [18]}
• Las caveolas pueden ser utilizadas para la entrada a la célula por algunos patógenos y así evitar la degradación en los lisosomas. Sin embargo, algunas bacterias no utilizan caveolas típicas sino solo áreas ricas en caveolina de la membrana plasmática. Los patógenos que explotan esta vía endocítica incluyen virus como SV40 y el virus del polioma y bacterias como algunas cepas de Escherichia coli , Pseudomonas aeruginosa y Porphyromonas gingivalis . ^[15]
• Las caveolas también tienen un papel en la señalización celular. Las caveolinas se asocian con algunas moléculas de señalización (por ejemplo, eNOS) a través de su dominio de andamiaje y, por lo tanto, pueden regular su señalización. Las caveolas también están involucradas en la regulación de los canales y en la señalización del calcio. ^[15]
• Las caveolas también participan en la regulación de los lípidos. En los adipocitos se expresan altos niveles de caveolina Cav1. La caveolina se asocia con el colesterol, los ácidos grasos y las gotitas de lípidos y participa en su regulación. ^[15]
• Las caveolas también pueden actuar como mecanosensores en varios tipos de células. En las células endoteliales, las caveolas están implicadas en la sensación de flujo. La exposición crónica al estímulo de flujo conduce a un aumento de los niveles de caveolina Cav1 en la membrana plasmática, su fosforilación, la activación de la enzima de señalización eNOS y la remodelación de los vasos sanguíneos. En las células del músculo liso, la caveolina Cav1 tiene un papel en la detección del estiramiento que desencadena la progresión del ciclo celular. ^[15]

Inhibidores

Algunos inhibidores conocidos de la vía de las caveolas son la filipina III, la genisteína y la nistatina . ^[9]

Véase también

• Pinocitosis

Referencias

1. Nixon, Susan J.; Carter, Adrian; Wegner, Jeremy; Ferguson, Charles; Floetenmeyer, Matthias; Riches, Jamie; Key, Brian; Westerfield, Monte; Parton, Robert G. (1 de julio de 2007). "La caveolina-1 es necesaria para el desarrollo del neuromasto de la línea lateral y la notocorda". Journal of Cell Science . 120 (13): 2151–2161. doi : 10.1242/jcs.003830 . PMID  17550965.
2. Lo, Harriet P; Hall, Thomas E; Parton, Robert G (13 de enero de 2016). "Mecanoprotección por caveolas del músculo esquelético". BioArchitecture . 6 (1): 22–27. doi :10.1080/19490992.2015.1131891. PMC 4914031 . PMID  26760312. 
3. Li, Xiang-An; Everson, William V.; Smart, Eric J. (abril de 2005). "Caveolas, balsas lipídicas y enfermedad vascular". Tendencias en medicina cardiovascular . 15 (3): 92–96. doi :10.1016/j.tcm.2005.04.001. PMID  16039968.
4. Anderson, Richard GW (junio de 1998). "El sistema de membrana de las caveolas". Revista Anual de Bioquímica . 67 (1): 199–225. doi : 10.1146/annurev.biochem.67.1.199 . PMID  9759488.
5. Parton, Robert G.; del Pozo, Miguel A. (febrero de 2013). "Caveolas como sensores, protectores y organizadores de la membrana plasmática". Nature Reviews Molecular Cell Biology . 14 (2): 98–112. doi :10.1038/nrm3512. PMID  23340574. S2CID  21940682.
6. Frank, Philippe G; Lisanti, Michael P (octubre de 2004). "Caveolina-1 y caveolas en la aterosclerosis: funciones diferenciales en la formación de vetas grasas y la hiperplasia neointimal". Current Opinion in Lipidology . 15 (5): 523–529. doi :10.1097/00041433-200410000-00005. PMID  15361787. S2CID  20778606.
7. Pelkmans, Lucas (diciembre de 2005). "Secretos de la endocitosis mediada por caveolas y balsas lipídicas revelados por virus de mamíferos". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research . 1746 (3): 295–304. doi : 10.1016/j.bbamcr.2005.06.009 . PMID  16126288.
8. los encabezamientos de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
9. Lajoie, Patrick; Nabi, Ivan R. (2010). Balsas lipídicas, caveolas y su endocitosis . Revista internacional de biología celular y molecular. Vol. 282. págs. 135–163. doi :10.1016/S1937-6448(10)82003-9. ISBN 978-0-12-381256-8. Número de identificación personal  20630468.
10. Hill, Michelle M.; Bastiani, Michele; Luetterforst, Robert; Kirkham, Matthew; Kirkham, Annika; Nixon, Susan J.; Walser, Piers; Abankwa, Daniel; Oorschot, Viola MJ; Martin, Sally; Hancock, John F.; Parton, Robert G. (enero de 2008). "PTRF-Cavin, una proteína citoplasmática conservada necesaria para la formación y función de la caveola". Cell . 132 (1): 113–124. doi :10.1016/j.cell.2007.11.042. PMC 2265257 . PMID  18191225. 
11. Bastiani, Michele; Liu, Libin; Hill, Michelle M.; Jedrychowski, Mark P.; Nixon, Susan J.; Lo, Harriet P.; Abankwa, Daniel; Luetterforst, Robert; Fernandez-Rojo, Manuel; Breen, Michael R.; Gygi, Steven P.; Vinten, Jorgen; Walser, Piers J.; North, Kathryn N.; Hancock, John F.; Pilch, Paul F.; Parton, Robert G. (29 de junio de 2009). "MURC/Cavin-4 y los miembros de la familia cavin forman complejos caveolares específicos de tejido". Revista de biología celular . 185 (7): 1259–1273. doi :10.1083/jcb.200903053. hdl : 2144/3220 . PMC 2712963 . Número de modelo:  PMID19546242. 
12. Kovtun, Oleksiy; Tillu, Vikas A.; Ariotti, Nicolás; Parton, Robert G.; Collins, Brett M. (1 de abril de 2015). "Proteínas de la familia Cavin y ensamblaje de caveolas". Revista de ciencia celular . 128 (7): 1269-1278. doi :10.1242/jcs.167866. PMC 4379724 . PMID  25829513. 
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14. Liu, Libin; Brown, Dennis; McKee, Mary; LeBrasseur, Nathan K.; Yang, Dan; Albrecht, Kenneth H.; Ravid, Katya ; Pilch, Paul F. (octubre de 2008). "La eliminación de Cavin/PTRF provoca pérdida global de caveolas, dislipidemia e intolerancia a la glucosa". Metabolismo celular . 8 (4): 310–317. doi :10.1016/j.cmet.2008.07.008. PMC 2581738 . PMID  18840361. 
15. Parton, Robert G.; Simons, Kai (marzo de 2007). "Las múltiples caras de las caveolas". Nature Reviews Molecular Cell Biology . 8 (3): 185–194. doi :10.1038/nrm2122. PMID  17318224. S2CID  10830810.
16. Lo, Harriet P; Hall, Thomas E; Parton, Robert G (2 de enero de 2016). "Mecanoprotección por caveolas del músculo esquelético". BioArchitecture . 6 (1): 22–27. doi :10.1080/19490992.2015.1131891. PMC 4914031 . PMID  26760312. 
17. Cheng, Jade PX; Mendoza-Topaz, Carolina; Howard, Gillian; Chadwick, Jessica; Shvets, Elena; Cowburn, Andrew S.; Dunmore, Benjamin J.; Crosby, Alexi; Morrell, Nicholas W.; Nichols, Benjamin J. (12 de octubre de 2015). "Las caveolas protegen a las células endoteliales de la ruptura de la membrana durante el aumento del gasto cardíaco". Journal of Cell Biology . 211 (1): 53–61. doi :10.1083/jcb.201504042. PMC 4602045 . PMID  26459598. 
18. Lim, Ye-Wheen; Lo, Harriet P.; Ferguson, Charles; Martel, Nick; Giacomotto, Jean; Gomez, Guillermo A.; Yap, Alpha S.; Hall, Thomas E.; Parton, Robert G. (julio de 2017). "Las caveolas protegen a las células de la notocorda contra fallas mecánicas catastróficas durante el desarrollo". Current Biology . 27 (13): 1968–1981.e7. Bibcode :2017CBio...27E1968L. doi : 10.1016/j.cub.2017.05.067 . PMID  28648821.

Enlaces externos

• Imagen de histología: 21402loa – Sistema de aprendizaje de histología en la Universidad de Boston