El tráfico de vesículas de membrana en células animales eucariotas implica el movimiento de moléculas señalizadoras bioquímicas desde los lugares de síntesis y empaquetamiento en el aparato de Golgi hasta lugares de liberación específicos en el interior de la membrana plasmática de la célula secretora. Se lleva a cabo en forma de vesículas de tamaño micro unidas a la membrana de Golgi , denominadas vesículas de membrana (MV).
En este proceso, los productos celulares empaquetados se liberan o secretan fuera de la célula, a través de su membrana. Por otro lado, la membrana vesicular es retenida y reciclada por las células secretoras. Este fenómeno tiene un papel importante en la neurotransmisión sináptica , la secreción endocrina , la secreción mucosa , la secreción de productos granulares por los neutrófilos y otros fenómenos. Los científicos detrás de este descubrimiento fueron galardonados con el premio Nobel del año 2013.
En las células bacterianas procariotas gramnegativas , el tráfico de vesículas de membrana está mediado por vesículas de tamaño nanométrico delimitadas por la membrana externa bacteriana, llamadas vesículas de membrana externa (OMV). En este caso, sin embargo, la membrana de OMV también se secreta, junto con el contenido de OMV, hacia el exterior de la bacteria con actividad de secreción . Este fenómeno diferente tiene un papel importante en las interacciones huésped-patógeno , el choque endotóxico en pacientes, la invasión e infección de animales o plantas, la competencia bacteriana entre especies, la detección de quórum, la exocitosis y otras áreas.
Una vez que las vesículas se producen en el retículo endoplasmático y se modifican en el aparato de Golgi, se dirigen a distintos destinos dentro de la célula. Primero, las vesículas abandonan el aparato de Golgi y se liberan en el citoplasma en un proceso denominado gemación. Luego, las vesículas son trasladadas hacia su destino por proteínas motoras . Una vez que la vesícula llega a su destino, se une a la capa bilipídica en un proceso denominado fusión y luego libera su contenido.
Los receptores incrustados en la membrana del aparato de Golgi unen una carga específica (como la dopamina) en el lado luminal de la vesícula. Estos receptores de carga luego reclutan una variedad de proteínas, incluidos otros receptores de carga y proteínas de recubrimiento como la clatrina , COPI y COPII . A medida que se unen más y más de estas proteínas de recubrimiento, hacen que la vesícula brote hacia afuera y finalmente se libere en el citoplasma. Las proteínas de recubrimiento luego se desprenden en el citoplasma para reciclarse y reutilizarse. [1]
Para moverse entre los diferentes compartimentos dentro de la célula, las vesículas dependen de las proteínas motoras miosina , kinesina (principalmente para el transporte anterógrado) y dineína (principalmente para el transporte retrógrado). Un extremo de las proteínas motoras se adhiere a la vesícula mientras que el otro extremo se adhiere a los microtúbulos o microfilamentos . Las proteínas motoras luego se mueven hidrolizando ATP, que impulsa la vesícula hacia su destino. [2]
A medida que una vesícula se acerca a su ubicación prevista, las proteínas RAB en la membrana de la vesícula interactúan con las proteínas de acoplamiento en el sitio de destino. Estas proteínas de acoplamiento acercan la vesícula para interactuar con el complejo SNARE que se encuentra en la membrana de destino. El complejo SNARE reacciona con la sinaptobrevina que se encuentra en la membrana de la vesícula. [3] Esto fuerza la membrana de la vesícula contra la membrana del complejo de destino (o la membrana externa de la célula) y hace que las dos membranas se fusionen. Dependiendo de si la vesícula se fusiona con un complejo de destino o con la membrana externa, el contenido de la vesícula se libera entonces en el complejo de destino o fuera de la célula. [4]
Todos estos tipos (1–4) de modos de tráfico de vesículas de membrana que tienen lugar en células eucariotas se han explicado esquemáticamente. [5]
A diferencia de lo que ocurre en los eucariotas , el tráfico vesicular de membrana en los procariotas es un área emergente en la biología interactiva para la señalización intra-especie (detección de quórum) e inter-especie en la interfaz huésped-patógeno , ya que los procariotas carecen de compartimentación de membrana interna en su citoplasma . La dispersión de vesículas de membrana externa bacteriana a lo largo de la superficie celular se midió en Escherichia coli viva , bacteria comensal común en el intestino humano. El tratamiento con antibióticos alteró la dinámica de las vesículas, la afinidad vesícula-membrana y las propiedades de la superficie de las membranas celulares, mejorando generalmente el transporte de vesículas a lo largo de las superficies de las membranas bacterianas y sugiriendo que sus propiedades de movimiento podrían ser una señal del estrés por antibióticos. [6]
Durante más de cuatro décadas, los cultivos de bacterias gramnegativas revelaron la presencia de vesículas de membrana a escala nanométrica. Desde los años 1970 se ha sospechado que las vesículas de membrana desempeñan un papel en los procesos patogénicos, cuando se observaron en la placa gingival mediante microscopía electrónica . [7] Se sospechaba que estas vesículas promovían la adhesión bacteriana a la superficie de las células epiteliales del huésped. [8] Luego se demostró su papel en la invasión de células huésped animales in vivo . [9] En interacciones interbacterianas, se demostró que las OMV liberadas por Pseudomonas aeruginosa se fusionaban con la membrana externa de otras bacterias gramnegativas, lo que causaba su bacteriólisis; estas OMV también podían lisar bacterias grampositivas. [10] También se ha confirmado el papel de las OMV en la infección por Helicobacter pylori de células epiteliales antrales primarias humanas , como modelo que se asemeja mucho al estómago humano. [11] Las OMV que contienen VacA también se podrían detectar en la mucosa gástrica humana, infectada con H. pylori . [12] También se demostró que las OMV de Salmonella tenían un papel directo en la invasión de células epiteliales ileales de pollo in vivo en el año 1993 (ref 4) y más tarde, en el secuestro de macrófagos de defensa para subcontratar la replicación de patógenos y la consiguiente apoptosis de macrófagos infectados en una infección animal similar a la fiebre tifoidea. [13] Estos estudios centraron la atención en las OMV en el tráfico de vesículas de membrana y mostraron que este fenómeno está involucrado en múltiples procesos, incluida la transformación genética , la detección de quórum , el arsenal de competencia entre microbios y la invasión, infección e inmunomodulación de huéspedes animales. [7] Ya se ha propuesto un mecanismo para la generación de OMV por bacterias gramnegativas que implica la expansión de bolsas de periplasma (llamadas orgánulos periplásmicos ) debido a la acumulación de secreciones de células bacterianas y su estrangulamiento como vesículas delimitadas por la membrana externa (OMV) en las líneas de la formación de una "burbuja de jabón" con un tubo de burbujas, y la posterior fusión o captación de OMV difundidas por las células huésped/objetivo (Fig. 2). [14]
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En conclusión, el tráfico de vesículas de membrana a través de OMV de organismos Gram-negativos atraviesa especies y reinos, incluido el reino vegetal [15] , en el ámbito de la señalización de célula a célula .