La exocitosis ( ⫽ ˌ ɛ k s oʊ s aɪ ˈ t oʊ s ɪ s ⫽ [1] [2] ) es una forma de transporte activo y transporte masivo en el que una célula transporta moléculas (p. ej., neurotransmisores y proteínas ) fuera de la célula. ( exo- + citosis ). Como mecanismo de transporte activo, la exocitosis requiere el uso de energía para transportar material. Todas las células utilizan la exocitosis y su contraparte, la endocitosis , porque la mayoría de las sustancias químicas importantes para ellas son grandes moléculas polares que no pueden atravesar la porción hidrofóbica de la membrana celular por medios pasivos . La exocitosis es el proceso por el cual se libera una gran cantidad de moléculas; por tanto es una forma de transporte a granel. La exocitosis se produce a través de portales secretores en la membrana plasmática celular llamados porosomas . Los porosomas son una estructura lipoproteica permanente en forma de copa en la membrana plasmática celular, donde las vesículas secretoras se acoplan y fusionan transitoriamente para liberar el contenido intravesicular de la célula.
En la exocitosis, las vesículas secretoras unidas a la membrana son transportadas a la membrana celular , donde se acoplan y fusionan en los porosomas y su contenido (es decir, moléculas solubles en agua) se secreta al ambiente extracelular. Esta secreción es posible porque la vesícula se fusiona transitoriamente con la membrana plasmática. En el contexto de la neurotransmisión , los neurotransmisores normalmente se liberan desde las vesículas sinápticas hacia la hendidura sináptica mediante exocitosis; sin embargo, los neurotransmisores también pueden liberarse mediante transporte inverso a través de proteínas de transporte de membrana .
La exocitosis también es un mecanismo por el cual las células pueden insertar proteínas de membrana (como canales iónicos y receptores de la superficie celular ), lípidos y otros componentes en la membrana celular. Las vesículas que contienen estos componentes de la membrana se fusionan completamente con la membrana celular externa y pasan a formar parte de ella.
El término fue propuesto por De Duve en 1963. [3]
En eucariotas , existen dos tipos de exocitosis: 1) no constitutiva desencadenada por Ca 2+ (es decir, exocitosis regulada) y 2) constitutiva desencadenada por Ca 2+ no (es decir, no regulada).
La exocitosis no constitutiva provocada por Ca 2+ requiere una señal externa, una señal de clasificación específica en las vesículas, una capa de clatrina y un aumento del calcio intracelular. En organismos multicelulares, este mecanismo inicia muchas formas de comunicación intercelular, como la transmisión sináptica, la secreción de hormonas por células neuroendocrinas y la secreción de células inmunitarias. En las neuronas y las células endocrinas, las proteínas SNARE y SM catalizan la fusión formando un complejo que une las dos membranas de fusión. Por ejemplo, en las sinapsis, el complejo SNARE está formado por la sintaxina-1 y SNAP25 en la membrana plasmática y VAMP2 en la membrana de la vesícula. [4] La exocitosis en las sinapsis químicas neuronalesse desencadena por Ca 2+ y sirve para la señalización interneuronal. Los sensores de calcio que desencadenan la exocitosis podrían interactuar con el complejo SNARE o con los fosfolípidos de las membranas fusionadas. La sinaptotagmina ha sido reconocida como el principal sensor de la exocitosis provocada por Ca 2+ en animales. [5] Sin embargo, las proteínas sinaptotagmina están ausentes en plantas y eucariotas unicelulares. Otros posibles sensores de calcio para la exocitosis son las proteínas de la mano EF (por ejemplo, calmodulina) y las proteínas que contienen dominio C2 (por ejemplo, Ferlins, E-sinaptotagmina, Doc2b). No está claro cómo los diferentes sensores de calcio pueden cooperar juntos y mediar la cinética de exocitosis desencadenada por calcio de una manera específica. [6]
La exocitosis constitutiva la realizan todas las células y sirve para la liberación de componentes de la matriz extracelular o la entrega de proteínas de membrana recién sintetizadas que se incorporan a la membrana plasmática después de la fusión de la vesícula de transporte . No existe un consenso claro sobre la maquinaria y los procesos moleculares que impulsan la formación, gemación, translocación y fusión de las vesículas post-Golgi a la membrana plasmática. La fusión implica el anclaje (reconocimiento) de la membrana y la fusión de la membrana. Todavía no está claro si la maquinaria entre la secreción constitutiva y la regulada es diferente. La maquinaria necesaria para la exocitosis constitutiva no se ha estudiado tanto como el mecanismo de la exocitosis regulada. Dos complejos de anclaje están asociados con la exocitosis constitutiva en mamíferos, ELKS y Exocyst. ELKS es una proteína grande en espiral, que también participa en la exocitosis sináptica, marcando los puntos de fusión de los "puntos calientes" de la fusión de los portadores secretores. Exocyst es un complejo proteico octamérico. En los mamíferos, los componentes del exociste se localizan tanto en la membrana plasmática como en el aparato de Golgi y las proteínas del exociste se colocan en el punto de fusión de las vesículas post-Golgi. La fusión de membranas de la exocitosis constitutiva, probablemente, esté mediada por SNAP29 y Syntaxin19 en la membrana plasmática y YKT6 o VAMP3 en la membrana de la vesícula. [7]
La exocitosis vesicular en bacterias procariotas gramnegativas es un tercer mecanismo y el último hallazgo en la exocitosis. El periplasma se pellizca como vesículas bacterianas de la membrana externa (OMV) para translocar señales bioquímicas microbianas a células huésped eucariotas [8] u otros microbios ubicados cerca, [9] logrando el control del microbio secretor en su entorno, incluida la invasión del huésped, la endotoxemia. , compitiendo con otros microbios por la nutrición, etc. Este hallazgo de tráfico de vesículas de membrana que ocurre en la interfaz huésped-patógeno también disipa el mito de que la exocitosis es un fenómeno puramente de células eucariotas. [10]
Cinco pasos están involucrados en la exocitosis:
Ciertos pasos del tráfico de vesículas requieren el transporte de una vesícula a lo largo de una distancia moderadamente pequeña. Por ejemplo, es probable que las vesículas que transportan proteínas desde el aparato de Golgi a la superficie celular utilicen proteínas motoras y una vía citoesquelética para acercarse a su objetivo. Antes de que el tethering hubiera sido apropiado, muchas de las proteínas utilizadas para el transporte activo se habrían configurado para el transporte pasivo, porque el aparato de Golgi no requiere ATP para transportar proteínas. Tanto la base de actina como la de microtúbulos están implicadas en estos procesos, junto con varias proteínas motoras . Una vez que las vesículas alcanzan sus objetivos, entran en contacto con factores de atadura que pueden frenarlas.
Es útil distinguir entre la unión inicial y laxa de las vesículas a su objetivo de las interacciones más estables y de empaquetamiento . El anclaje implica enlaces a distancias de más de aproximadamente la mitad del diámetro de una vesícula desde una superficie de membrana determinada (>25 nm). Es probable que las interacciones de anclaje estén involucradas en la concentración de vesículas sinápticas en la sinapsis .
Las vesículas secretoras se acoplan y fusionan transitoriamente en el porosoma de la membrana plasmática celular, a través de un complejo de anillo apretado t-/v-SNARE.
En la exocitosis neuronal, el término cebado se ha utilizado para incluir todos los reordenamientos moleculares y las modificaciones de proteínas y lípidos dependientes de ATP que tienen lugar después del acoplamiento inicial de una vesícula sináptica pero antes de la exocitosis, de modo que lo único que se necesita es la entrada de iones de calcio. necesario para desencadenar la liberación casi instantánea de neurotransmisores . En otros tipos de células, cuya secreción es constitutiva (es decir, continua, independiente del ion calcio, no activada) no existe cebado.
La fusión transitoria de vesículas es impulsada por proteínas SNARE , lo que resulta en la liberación del contenido de las vesículas en el espacio extracelular (o en el caso de neuronas en la hendidura sináptica).
La fusión de las membranas donante y aceptora cumple tres tareas:
La recuperación de las vesículas sinápticas se produce por endocitosis . La mayoría de las vesículas sinápticas se reciclan sin una fusión completa en la membrana ( fusión de beso y fuga ) a través del porosoma . La exocitosis no constitutiva y la endocitosis posterior son procesos que consumen mucha energía y, por lo tanto, dependen de las mitocondrias . [12]
El examen de las células después de la secreción mediante microscopía electrónica demuestra una mayor presencia de vesículas parcialmente vacías después de la secreción. Esto sugirió que durante el proceso secretor, sólo una parte del contenido vesicular puede salir de la célula. Esto sólo podría ser posible si la vesícula estableciera temporalmente una continuidad con la membrana plasmática celular en los porosomas , expulsara una parte de su contenido, luego se separara, volviera a sellar y se retirara al citosol (endocitosa). De esta forma, la vesícula secretora podría reutilizarse para rondas posteriores de exoendocitosis, hasta vaciar completamente su contenido. [13]
