En biología celular , los microsomas son artefactos heterogéneos similares a vesículas (de unos 20 a 200 nm de diámetro) que se reforman a partir de fragmentos del retículo endoplasmático (RE) cuando las células eucariotas se descomponen en el laboratorio ; los microsomas no están presentes en las células vivas y sanas. [1]
Los microsomas rugosos (que contienen ribosomas ) y lisos (sin ribosomas) se forman a partir del retículo endoplasmático mediante la disrupción celular . Estos microsomas tienen un interior que es exactamente igual al lumen del retículo endoplasmático. Ambas formas de microsomas se pueden purificar mediante un proceso conocido como centrifugación de densidad de equilibrio . Los microsomas rugosos y lisos difieren en sus proteínas y los microsomas rugosos han demostrado la ocurrencia de traducción y translocación al mismo tiempo, además de ciertas excepciones de las proteínas de la levadura.
La hipótesis de la señal fue postulada por Günter Blobel y David Sabatini en 1971, afirmando que una secuencia peptídica única está codificada por el ARNm específico para las proteínas destinadas a la translocación a través de la membrana del RE. Esta señal peptídica dirige el ribosoma activo a la superficie de la membrana y crea las condiciones para la transferencia del polipéptido naciente a través de la membrana. La generalización de la hipótesis de la señal para incluir señales para cada orgánulo y ubicación dentro de la célula tuvo un impacto mucho más allá de esclarecer la localización de las proteínas secretoras, ya que introdujo el concepto de señales "topogénicas" por primera vez. Antes de la hipótesis de la señal, era casi inconcebible que la información codificada en la cadena polipeptídica pudiera determinar la localización de las proteínas en la célula. [2]
Esto se relaciona con la síntesis de proteínas libres de células . La síntesis de proteínas libres de células que no tiene microsomas no tiene forma de que se produzca la incorporación a los microsomas. Esto significa que cuando se presentan las membranas microsomales más tarde, no se elimina la secuencia señal. Con microsomas allí, la síntesis de proteínas libres de células demuestra el transporte cotraduccional de la proteína al microsoma y, por lo tanto, la eliminación de la secuencia señal. Este proceso produce una cadena de proteína madura. Los estudios han analizado el proceso de síntesis de proteínas libres de células cuando se eliminan los ribosomas unidos a los microsomas. Esto explica ciertos detalles sobre las secuencias señal del retículo endoplásmico. Normalmente, solo se elimina la secuencia señal de una proteína secretora si los microsomas están allí para la síntesis de proteínas debido a que la proteína secretora se incorpora a los microsomas. El transporte de proteínas no ocurre si hay una adición tardía de microsomas después de la finalización del proceso de síntesis de proteínas.
La extrusión de proteínas en un microsoma puede describirse mediante múltiples factores. Una proteína ha sido extruida si es resistente a las proteasas , no es resistente a las proteasas cuando hay detergentes presentes o está glicosilada por enzimas que residen en los microsomas. Además, otra señal de que una proteína ha sido extruida es la escisión del péptido señal N-terminal dentro del microsoma por parte de la peptidasa señal, lo que puede hacer que la proteína sea más pequeña.
Los microsomas también desempeñan un papel en los experimentos Pulse-Chase . Los experimentos Pulse-Chase mostraron que las proteínas secretadas se mueven a través de la membrana del retículo endoplasmático cuando las membranas se purifican. Era importante separar el retículo endoplasmático del resto de la célula para estudiar la translocación, pero esto no es posible debido a lo delicado e interconectado que es. Esto permitió que los microsomas entraran en juego, ya que tienen la mayoría de las propiedades bioquímicas del retículo endoplasmático. Los microsomas se forman mediante la homogeneización de las células y se forman pequeñas vesículas cerradas con ribosomas en el exterior a partir de la descomposición del retículo endoplasmático rugoso. Cuando los microsomas se trataron con proteasa, se descubrió que el polipéptido elaborado por los ribosomas terminaba en el lumen microsomal. Esto ocurre a pesar de que las proteínas se elaboran en la cara citosólica de la membrana del retículo endoplasmático.
Otros experimentos han demostrado que los microsomas deben introducirse antes de que se traduzcan los primeros 70 aminoácidos para que la proteína secretora entre en el lumen microsomal. En este punto, 40 aminoácidos sobresalen del ribosoma y los 30 aminoácidos siguientes están en el canal ribosómico. La translocación cotraduccional explica que el transporte hacia el lumen del retículo endoplasmático de las proteínas secretoras comienza con la proteína todavía unida a los ribosomas y no completamente sintetizada. [3] Los microsomas se pueden concentrar y separar de otros restos celulares mediante centrifugación diferencial . Las células, los núcleos y las mitocondrias intactas sedimentan a 10.000 g (donde g es la aceleración gravitacional de la Tierra), mientras que las enzimas solubles y el RE fragmentado, que contiene citocromo P450 (CYP), permanecen en solución. A 100.000 g, logrados mediante una rotación más rápida de la centrífuga, el ER se sedimenta fuera de la solución como un pellet, pero las enzimas solubles permanecen en el sobrenadante . De esta manera, el citocromo P450 en los microsomas se concentra y se aísla. Los microsomas tienen un color marrón rojizo, debido a la presencia del hemo . Debido a la necesidad de un sistema proteico de varias partes, los microsomas son necesarios para analizar la actividad metabólica de los CYP. Estos CYP son muy abundantes en los hígados de ratas, ratones y humanos, pero también están presentes en todos los demás órganos y organismos.
Para obtener microsomas que contengan un CYP específico o para altas cantidades de enzima activa, los microsomas se preparan a partir de células de insectos Sf9 o en levadura mediante expresión heteróloga . Alternativamente, también se puede realizar la expresión en Escherichia coli de proteínas completas o truncadas. [4] [5] Por lo tanto, los microsomas son una herramienta valiosa para investigar el metabolismo de compuestos (inhibición enzimática, depuración e identificación de metabolitos ) y para examinar las interacciones fármaco-fármaco mediante investigación in vitro . Los investigadores a menudo seleccionan lotes de microsomas en función del nivel de actividad enzimática de CYP específicos. Algunos lotes están disponibles para estudiar poblaciones específicas (por ejemplo, microsomas pulmonares de fumadores o no fumadores) o divididos en clasificaciones para cumplir con los niveles de actividad de CYP objetivo para estudios de inhibición y metabolismo .
Los microsomas se utilizan para imitar la actividad del retículo endoplasmático en un tubo de ensayo y realizar experimentos que requieren la síntesis de proteínas en una membrana. Proporcionan una forma para que los científicos descubran cómo se producen las proteínas en el retículo endoplásmico de una célula reconstituyendo el proceso en un tubo de ensayo.
Keefer et al. analizaron cómo se utilizan los microsomas hepáticos humanos y los hepatocitos humanos para estudiar la estabilidad metabólica y la inhibición de los sistemas in vitro. Analizar sus similitudes y diferencias puede arrojar luz sobre los mecanismos del metabolismo , la permeabilidad pasiva y los transportadores. Se demostró que la permeabilidad pasiva es importante en el metabolismo y la inhibición enzimática en los hepatocitos humanos. Además, el eflujo de P-gp tiene un papel menor en esta misma área. Además, los microsomas hepáticos son más predictivos que los hepatocitos de la depuración in vivo cuando dan una depuración intrínseca mayor que los hepatocitos. [6]
Iqbal, Jahangir y Al-Qarni estudiaron la proteína de transferencia de triglicéridos microsomales (MTP). La MTP es una proteína residente en el retículo endoplasmático y ayuda a transferir lípidos neutros a la apolipoproteína B naciente . La MTP tiene un gran uso para los pacientes con abetalipoproteinemia con mutaciones de MTP debido a cómo afecta el ensamblaje y la secreción de lipoproteínas que contienen apoB. Estas mutaciones de MTP están relacionadas con la falta de circulación de las lipoproteínas que contienen apoB. La MTP también está involucrada en la biosíntesis de ésteres de colesterol y grupos de diferenciación 1d. La transferencia de esfingolípidos a lipoproteínas que contienen apoB también cae dentro de la capacidad de la MTP. La MTP trabaja con la homeostasis de lípidos y lipoproteínas y está relacionada con ciertas condiciones fisiopatológicas y enfermedades metabólicas . [7]
Wang et al. exploraron el metabolismo de fármacos in vitro utilizando microsomas hepáticos humanos y fracciones S9 de hígado humano. El estudio encontró diferencias significativas entre los microsomas hepáticos humanos y las fracciones S9 de hígado humano en las concentraciones de enzimas metabolizadoras de fármacos y proteínas transportadoras. Se determinaron las correlaciones proteína-proteína de estas enzimas metabolizadoras de fármacos y transportadores en relación con las dos preparaciones hepáticas. [8]