La endocitosis es un proceso celular en el que se introducen sustancias en la célula. El material a internalizar está rodeado por un área de membrana celular , que luego brota dentro de la célula para formar una vesícula que contiene los materiales ingeridos. La endocitosis incluye la pinocitosis (beber células) y la fagocitosis (comer células). Es una forma de transporte activo.
Dibujo esquemático que ilustra la endocitosis mediada por clatrina (izquierda) e independiente de clatrina (derecha) de las membranas de vesículas sinápticas .
El estudio [6] en células de mamíferos confirma una reducción en el tamaño de la capa de clatrina en un ambiente de mayor tensión. Además, sugiere que los dos modos de ensamblaje de clatrina aparentemente distintos, a saber, fosas recubiertas y placas recubiertas, observados en investigaciones experimentales podrían ser una consecuencia de tensiones variadas en la membrana plasmática.
Las caveolas son las yemas de membrana plasmática no recubiertas de clatrina que se informan con mayor frecuencia y existen en la superficie de muchos, pero no de todos, los tipos de células. Consisten en la proteína caveolina (Vip21), fijadora de colesterol, con una bicapa enriquecida en colesterol y glicolípidos . Las caveolas son pequeños hoyos (de aproximadamente 50 nm de diámetro) con forma de matraz en la membrana que se asemejan a la forma de una cueva (de ahí el nombre de caveolas). Pueden constituir hasta un tercio del área de la membrana plasmática de las células de algunos tejidos, siendo especialmente abundantes en el músculo liso , neumocitos tipo I, fibroblastos , adipocitos y células endoteliales . [7] También se cree que la captación de moléculas extracelulares está mediada específicamente a través de receptores en las caveolas.De izquierda a derecha: fagocitosis, pinocitosis, endocitosis mediada por receptores.
La potocitosis es una forma de endocitosis mediada por receptores que utiliza vesículas caveolas para introducir moléculas de varios tamaños en la célula. A diferencia de la mayoría de las endocitosis que utilizan caveolas para entregar el contenido de las vesículas a los lisosomas u otros orgánulos, el material endocitosado mediante potocitosis se libera al citosol. [8]
La pinocitosis , que generalmente ocurre en regiones muy erizadas de la membrana plasmática, es la invaginación de la membrana celular para formar una bolsa, que luego se introduce en la célula para formar una vesícula (de 0,5 a 5 µm de diámetro) llena de un gran volumen. de líquido extracelular y moléculas dentro de él (equivalente a ~100 CCV). El llenado de la bolsa se produce de forma inespecífica. Luego, la vesícula viaja hacia el citosol y se fusiona con otras vesículas, como endosomas y lisosomas . [9]
Experimentos más recientes han sugerido que estas descripciones morfológicas de eventos endocíticos pueden ser inadecuadas, y un método de clasificación más apropiado puede basarse en si determinadas vías dependen de la clatrina y la dinamina .
Las vías independientes de clatrina dependientes de dinamina incluyen la captación de FEME , UFE, ADBE, EGFR-NCE e IL2Rβ. [10]
Las vías independientes de clatrina independientes de dinamina incluyen la vía CLIC/GEEC (regulada por Graf1 ), [11] así como MEND y macropinocitosis . [10]
La vía endocítica de las células de mamíferos consta de distintos compartimentos de membrana, que internalizan moléculas de la membrana plasmática y las reciclan de regreso a la superficie (como en los endosomas tempranos y en los endosomas reciclados), o las clasifican para su degradación (como en los endosomas tardíos y lisosomas). Los principales componentes de la vía endocítica son: [3]
Los endosomas tempranos son el primer compartimento de la vía endocítica. Los primeros endosomas suelen estar ubicados en la periferia de la célula y reciben la mayoría de los tipos de vesículas provenientes de la superficie celular. Tienen una estructura túbulo-vesicular característica (vesículas de hasta 1 µm de diámetro con túbulos conectados de aproximadamente 50 nm de diámetro) y un pH ligeramente ácido. Son principalmente orgánulos clasificadores donde muchos ligandos endocitosados se disocian de sus receptores en el pH ácido del compartimento, y desde los cuales muchos de los receptores se reciclan a la superficie celular (a través de túbulos). [12] [13] También es el sitio de clasificación en la vía transcitótica hacia compartimentos posteriores (como endosomas tardíos o lisosomas) a través de compartimentos transvesiculares (como cuerpos multivesiculares (MVB) o vesículas transportadoras endosómicas (ECV)).
Los endosomas tardíos reciben material endocitosado en el camino hacia los lisosomas , generalmente desde endosomas tempranos en la vía endocítica, desde la red trans-Golgi (TGN) en la vía biosintética y desde fagosomas en la vía fagocítica. [14] Los endosomas tardíos a menudo contienen proteínas características de los nucleosomas, mitocondrias y ARNm, incluidas glicoproteínas de membrana lisosomal e hidrolasas ácidas. Son ácidos (aprox. pH 5,5) y forman parte de la vía de tráfico de los receptores de manosa-6-fosfato . Se cree que los endosomas tardíos median en una serie final de eventos de clasificación antes de la entrega de material a los lisosomas.
Los lisosomas son el último compartimento de la vía endocítica. Su función principal es descomponer los productos de desecho celular, grasas, carbohidratos, proteínas y otras macromoléculas en compuestos simples. Luego estos regresan al citoplasma como nuevos materiales de construcción celular. Para lograr esto, los lisosomas utilizan unos 40 tipos diferentes de enzimas hidrolíticas, todas las cuales se fabrican en el retículo endoplásmico, se modifican en el aparato de Golgi y funcionan en un ambiente ácido. [15] El pH aproximado de un lisosoma es 4,8 y mediante microscopía electrónica (EM) suelen aparecer como vacuolas grandes (1-2 µm de diámetro) que contienen material denso en electrones. Tienen un alto contenido de proteínas de membrana lisosomal e hidrolasas lisosomales activas, pero no tienen receptor de manosa-6-fosfato. Generalmente se los considera el principal compartimento hidrolítico de la célula. [16] [17]
Recientemente se descubrió que un eisosoma sirve como portal de endocitosis en levaduras. [18]
mediado por clatrina
La ruta principal de endocitosis en la mayoría de las células, y la mejor conocida, es la mediada por la molécula clatrina . [19] [20] Esta proteína de gran tamaño ayuda a la formación de una fosa recubierta en la superficie interna de la membrana plasmática de la célula. Este hoyo luego brota en la célula para formar una vesícula recubierta en el citoplasma de la célula. Al hacerlo, introduce en la célula no sólo una pequeña zona de la superficie de la célula, sino también un pequeño volumen de líquido del exterior de la célula. [21] [22] [23]
Las capas funcionan para deformar la membrana donante para producir una vesícula y también funcionan en la selección de la carga de la vesícula. Los complejos de cubierta que se han caracterizado bien hasta ahora incluyen la proteína de cubierta I (COP-I), COP-II y clatrina. [24] [25] Las cubiertas de clatrina participan en dos pasos de transporte cruciales: (i) endocitosis en fase fluida y mediada por receptores desde la membrana plasmática hasta el endosoma temprano y (ii) transporte desde la TGN hasta los endosomas. En la endocitosis, la cubierta de clatrina se ensambla en la cara citoplasmática de la membrana plasmática, formando hoyos que se invaginan para pellizcarse (escisión) y convertirse en CCV libres. En células cultivadas, el ensamblaje de un CCV tarda aproximadamente 1 minuto, y cada minuto se pueden formar entre varios cientos y miles o más. [26] El principal componente de andamio de la cubierta de clatrina es la proteína de 190 kD llamada cadena pesada de clatrina (CHC), que está asociada con una proteína de 25 kD llamada cadena ligera de clatrina (CLC), formando trímeros de tres patas llamados trisqueles.
Las vesículas concentran selectivamente y excluyen ciertas proteínas durante la formación y no son representativas de la membrana en su conjunto. Los adaptadores AP2 son complejos de múltiples subunidades que realizan esta función en la membrana plasmática. Los receptores mejor conocidos que se encuentran concentrados en las vesículas recubiertas de células de mamíferos son el receptor de LDL (que elimina el LDL de la sangre circulante), el receptor de transferrina (que introduce iones férricos unidos por la transferrina al interior de la célula) y ciertos receptores hormonales (como que para el FEAG ).
En cualquier momento, alrededor del 25% de la membrana plasmática de un fibroblasto está formada por fosas recubiertas. Como una fosa recubierta tiene una vida de aproximadamente un minuto antes de brotar en la célula, un fibroblasto ocupa su superficie por esta ruta aproximadamente una vez cada 50 minutos. Las vesículas recubiertas formadas a partir de la membrana plasmática tienen un diámetro de aproximadamente 100 nm y una vida útil medida en unos pocos segundos. Una vez que se ha quitado la capa, la vesícula restante se fusiona con los endosomas y continúa por la vía endocítica. El proceso de gemación real, mediante el cual una fosa se convierte en una vesícula, lo lleva a cabo la clatrina asistida por un conjunto de proteínas citoplasmáticas, que incluye dinamina y adaptadores como la adaptina .
Thomas F Roth y Keith R. Porter observaron por primera vez hoyos y vesículas recubiertas en secciones delgadas de tejido en el microscopio electrónico . [27] La importancia de ellas para la eliminación de LDL de la sangre fue descubierta por Richard G. Anderson, Michael S. Brown y Joseph L. Goldstein en 1977. [28] Las vesículas recubiertas fueron purificadas por primera vez por Barbara Pearse , quien descubrió la clatrina. molécula de capa en 1976. [29]
Procesos y componentes
Las proteínas caveolina, como la caveolina-1 ( CAV1 ), la caveolina-2 ( CAV2 ) y la caveolina-3 ( CAV3 ), desempeñan funciones importantes en el proceso de formación caveolar. Más específicamente, CAV1 y CAV2 son responsables de la formación de caveolas en células no musculares, mientras que CAV3 funciona en células musculares. El proceso comienza cuando CAV1 se sintetiza en el RE , donde forma oligómeros resistentes a los detergentes . Luego, estos oligómeros viajan a través del complejo de Golgi antes de llegar a la superficie celular para ayudar en la formación caveolar. La formación de caveolas también es reversible mediante el desmontaje en determinadas condiciones, como el aumento de la tensión de la membrana plasmática. Estas determinadas condiciones dependen entonces del tipo de tejidos que expresan la función caveolar. Por ejemplo, no todos los tejidos que tienen proteínas caveolares tienen una estructura caveolar, es decir. la barrera hematoencefálica . [30]
Aunque hay muchas características morfológicas conservadas entre las caveolas, las funciones de cada proteína CAV son diversas. Una característica común entre las caveolinas son sus tramos hidrofóbicos de posibles estructuras en horquilla que están formadas por hélices α . La inserción de estas hélices α en forma de horquilla forma una capa de caveolas que conduce a la curvatura de la membrana. Además de la inserción, las caveolinas también son capaces de oligomerización, lo que desempeña un papel adicional en la curvatura de la membrana. Estudios recientes también han descubierto que la polimerasa I, el factor de liberación de transcripción y la respuesta de la proteína de privación de suero también desempeñan un papel en el ensamblaje de las caveolas. Además del ensamblaje de las caveolas, los investigadores también han descubierto que las proteínas CAV1 también pueden influir en otras vías endocíticas. Cuando CAV1 se une a Cdc42 , CAV1 lo inactiva y regula la actividad de Cdc42 durante los eventos de tráfico de membrana. [31]
Mecanismos
El proceso de absorción celular depende de la inclinación y la quiralidad de las moléculas constituyentes para inducir la gemación de la membrana. Dado que es probable que estas moléculas lipídicas quirales e inclinadas estén en forma de "balsa", los investigadores sugieren que la formación de caveolas también sigue este mecanismo, ya que las caveolas también están enriquecidas en constituyentes de balsa. Cuando las proteínas caveolina se unen a la valva interna a través del colesterol , la membrana comienza a doblarse, lo que provoca una curvatura espontánea. Este efecto se debe a la distribución de fuerzas generada cuando el oligómero de caveolina se une a la membrana. Luego, la distribución de la fuerza altera la tensión de la membrana, lo que conduce a la gemación y, finalmente, a la formación de vesículas. [32]
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Otras lecturas
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enlaces externos
Endocitosis en biologyreference.com
Endocitosis: investigación de mecanismos endocíticos en endocitosis.org
Endocitosis mediada por clatrina Biblioteca de imágenes y vídeos de ASCB
