Los endosomas son un conjunto de orgánulos de clasificación intracelular en células eucariotas . Son partes de la vía de transporte de membrana endocítica que se origina en la red trans Golgi . Las moléculas o ligandos internalizados desde la membrana plasmática pueden seguir este camino hasta los lisosomas para su degradación o pueden reciclarse nuevamente a la membrana celular en el ciclo endocítico . Las moléculas también se transportan a los endosomas desde la red trans Golgi y continúan hacia los lisosomas o se reciclan de regreso al aparato de Golgi .
Los endosomas se pueden clasificar como tempranos, de clasificación o tardíos según su etapa posterior a la internalización. [1] Los endosomas representan un compartimento de clasificación importante del sistema de endomembranas en las células. [2]
Los endosomas proporcionan un entorno para que el material se clasifique antes de que llegue al lisosoma degradativo. [2] Por ejemplo, la lipoproteína de baja densidad (LDL) ingresa a la célula uniéndose al receptor de LDL en la superficie celular. Al llegar a los endosomas tempranos, la LDL se disocia del receptor y el receptor puede reciclarse a la superficie celular. La LDL permanece en el endosoma y se entrega a los lisosomas para su procesamiento. La LDL se disocia debido al ambiente ligeramente acidificado del endosoma temprano, generado por una bomba de protones de membrana vacuolar V-ATPasa . Por otro lado, el factor de crecimiento epidérmico (EGF) y el receptor de EGF tienen un enlace resistente al pH que persiste hasta que llega a los lisosomas para su degradación. El receptor de manosa 6-fosfato transporta ligandos desde el Golgi destinados al lisosoma mediante un mecanismo similar.
Hay tres tipos diferentes de endosomas: endosomas tempranos , endosomas tardíos y endosomas de reciclaje . [2] Se distinguen por el tiempo que tarda el material endocitosado en llegar a ellos, y por marcadores como Rabs . [3] También tienen diferente morfología. Una vez que las vesículas endocíticas se han descubierto, se fusionan con los primeros endosomas. Los endosomas tempranos luego maduran hasta convertirse en endosomas tardíos antes de fusionarse con los lisosomas. [4] [5]
Los endosomas tempranos maduran de varias maneras para formar endosomas tardíos. Se vuelven cada vez más ácidos principalmente debido a la actividad de la V-ATPasa. [6] Muchas moléculas que se reciclan se eliminan por concentración en las regiones tubulares de los primeros endosomas. La pérdida de estos túbulos en las vías de reciclaje significa que los endosomas tardíos en su mayoría carecen de túbulos. También aumentan de tamaño debido a la fusión homotípica de los endosomas tempranos en vesículas más grandes. [7] Las moléculas también se clasifican en vesículas más pequeñas que brotan de la membrana perimetral hacia la luz del endosoma, formando vesículas intraluminales (ILV); esto conduce a la apariencia multivesicular de los endosomas tardíos, por lo que también se les conoce como endosomas multivesiculares o cuerpos multivesiculares (MVB). La eliminación de moléculas de reciclaje, como los receptores de transferrina y los receptores de manosa 6-fosfato, continúa durante este período, probablemente mediante la formación de vesículas en los endosomas. [4] Finalmente, los endosomas pierden RAB5A y adquieren RAB7A , lo que los hace competentes para la fusión con lisosomas. [7]
Se ha demostrado que la fusión de endosomas tardíos con lisosomas da como resultado la formación de un compartimento "híbrido", con características intermedias de los dos compartimentos originales. [8] Por ejemplo, los lisosomas son más densos que los endosomas tardíos y los híbridos tienen una densidad intermedia. Los lisosomas se reforman por recondensación a su densidad normal más alta. Sin embargo, antes de que esto suceda, es posible que más endosomas tardíos se fusionen con el híbrido.
Parte del material se recicla a la membrana plasmática directamente desde los endosomas tempranos, [9] pero la mayoría circula a través de endosomas de reciclaje.
Existen más subtipos en células especializadas como las células polarizadas y los macrófagos .
Los fagosomas , macropinosomas y autofagosomas [14] maduran de manera similar a los endosomas y pueden requerir fusión con endosomas normales para su maduración. Algunos patógenos intracelulares subvierten este proceso, por ejemplo, impidiendo la adquisición de RAB7. [15]
Los endosomas tardíos/MVB a veces se denominan vesículas portadoras endocíticas , pero este término se usó para describir vesículas que brotan de endosomas tempranos y se fusionan con endosomas tardíos. Sin embargo, varias observaciones (descritas anteriormente) han demostrado ahora que es más probable que el transporte entre estos dos compartimentos se produzca mediante un proceso de maduración, más que por transporte de vesículas.
Otra característica de identificación única que diferencia entre las distintas clases de endosomas es la composición de lípidos en sus membranas. Se ha descubierto que los fosfatos de fosfatidil inositol (PIP), una de las moléculas de señalización de lípidos más importantes , difieren a medida que los endosomas maduran desde temprano hasta tarde. PI(4,5)P 2 está presente en las membranas plasmáticas , PI(3)P en los endosomas tempranos, PI(3,5)P 2 en los endosomas tardíos y PI(4)P en la red trans Golgi . [16] Estos lípidos en la superficie de los endosomas ayudan en el reclutamiento específico de proteínas del citosol, proporcionándoles así una identidad. La interconversión de estos lípidos es el resultado de la acción concertada de fosfoinositido quinasas y fosfatasas que están estratégicamente localizadas [17]
Hay tres compartimentos principales que tienen vías que se conectan con los endosomas. Existen más vías en células especializadas, como los melanocitos y las células polarizadas. Por ejemplo, en las células epiteliales , un proceso especial llamado transcitosis permite que algunos materiales entren por un lado de la célula y salgan por el lado opuesto. Además, en algunas circunstancias, los endosomas tardíos/MVB se fusionan con la membrana plasmática en lugar de con los lisosomas, liberando las vesículas luminales, ahora llamadas exosomas , al medio extracelular.
No hay consenso sobre la naturaleza exacta de estas rutas, y la ruta secuencial seguida por cualquier carga dada en cualquier situación dada tenderá a ser un tema de debate.
Las vesículas pasan entre el Golgi y los endosomas en ambas direcciones. Los adaptadores de vesículas recubiertos de clatrina GGA y AP-1 forman vesículas en el Golgi que transportan moléculas a los endosomas. [18] En la dirección opuesta, el retrómero genera vesículas en los endosomas tempranos que transportan moléculas de regreso al Golgi. Algunos estudios describen una vía de tráfico retrógrado desde los endosomas tardíos hasta el Golgi mediada por Rab9 y TIP47 , pero otros estudios cuestionan estos hallazgos. Las moléculas que siguen estas vías incluyen los receptores de manosa-6-fosfato que transportan hidrolasas lisosomales a la vía endocítica. Las hidrolasas se liberan en el ambiente ácido de los endosomas y el retrómero y Rab9 recuperan el receptor al Golgi.
Las moléculas se transportan desde la membrana plasmática a los endosomas tempranos en vesículas endocíticas . Las moléculas pueden internalizarse mediante endocitosis mediada por receptores en vesículas recubiertas de clatrina . También se forman otros tipos de vesículas en la membrana plasmática para esta vía, incluidas las que utilizan caveolina . Las vesículas también transportan moléculas directamente de regreso a la membrana plasmática, pero muchas moléculas se transportan en vesículas que primero se fusionan con endosomas reciclados. [19] Las moléculas que siguen esta ruta de reciclaje se concentran en los túbulos de los primeros endosomas. Las moléculas que siguen estas vías incluyen los receptores de LDL , el factor de crecimiento epidérmico (EGF) y la proteína transportadora de hierro transferrina. La internalización de estos receptores desde la membrana plasmática se produce mediante endocitosis mediada por receptores. La LDL se libera en los endosomas debido al pH más bajo y el receptor se recicla a la superficie celular. El colesterol es transportado en la sangre principalmente por (LDL), y el transporte por el receptor de LDL es el principal mecanismo por el cual las células absorben el colesterol. Los EGFR se activan cuando se une el EGF. Los receptores activados estimulan su propia internalización y degradación en los lisosomas. El EGF permanece unido al receptor de EGF (EGFR) una vez que se endocita a los endosomas. Los EGFR activados estimulan su propia ubiquitinación y esto los dirige a las vesículas luminales (ver más abajo) y, por lo tanto, no se reciclan a la membrana plasmática. Esto elimina la porción de señalización de la proteína del citosol y, por lo tanto, evita la estimulación continua del crecimiento [20] . En las células no estimuladas con EGF, los EGFR no tienen EGF unido y, por lo tanto, se reciclan si llegan a los endosomas. [21] La transferrina también permanece asociada con su receptor, pero, en el endosoma ácido, la transferrina libera hierro y luego la transferrina libre de hierro (aún unida al receptor de transferrina) regresa del endosoma temprano a la superficie celular. tanto directamente como mediante el reciclaje de endosomas. [22]
El transporte desde los endosomas tardíos a los lisosomas es, en esencia, unidireccional, ya que un endosoma tardío se "consume" en el proceso de fusión con un lisosoma (a veces llamado endolisosoma [23] [24] ). Por lo tanto, las moléculas solubles en la luz de los endosomas tenderán a terminar en los lisosomas, a menos que se recuperen de alguna manera. Las proteínas transmembrana pueden entregarse a la membrana perimetral o a la luz de los lisosomas. Las proteínas transmembrana destinadas a la luz del lisosoma se clasifican en las vesículas que brotan de la membrana perimetral hacia los endosomas, un proceso que comienza en los endosomas tempranos. Se cree que el proceso de creación de vesículas dentro del endosoma se ve potenciado por el peculiar lípido BMP o LBPA, que sólo se encuentra en los endosomas tardíos, endolisosomas o lisosomas. [12] Cuando el endosoma ha madurado hasta convertirse en un endosoma tardío/MVB y se fusiona con un lisosoma, las vesículas en la luz se entregan a la luz del lisosoma. Las proteínas están marcadas para esta vía mediante la adición de ubiquitina . [25] Los complejos de clasificación endosómica necesarios para el transporte (ESCRT) reconocen esta ubiquitina y clasifican la proteína en las vesículas luminales en formación. [26] Las moléculas que siguen estas vías incluyen LDL y las hidrolasas lisosomales liberadas por los receptores de manosa-6-fosfato. Estas moléculas solubles permanecen en los endosomas y, por lo tanto, se entregan a los lisosomas. Además, los EGFR transmembrana, unidos a EGF, están marcados con ubiquitina y, por lo tanto, los ESCRT los clasifican en vesículas luminales.