El tráfico de vesículas de membrana en células animales eucariotas implica el movimiento de moléculas de señal bioquímica desde lugares de síntesis y empaquetamiento en el cuerpo de Golgi hasta lugares de liberación específicos en el interior de la membrana plasmática de la célula secretora. Tiene lugar en forma de microvesículas 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 otra parte, 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 recibieron el premio Nobel del año 2013.
En las células bacterianas procarióticas gramnegativas , el tráfico de vesículas de membrana está mediado a través de vesículas de tamaño nanométrico delimitadas por una membrana externa bacteriana, llamadas vesículas de membrana externa (OMV). Sin embargo, en este caso también se secreta la membrana de OMV junto con el contenido de OMV al exterior de la bacteria activa en la secreción . Este fenómeno diferente tiene un papel importante en las interacciones huésped-patógeno , el shock 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 endoplásmico y se modifican en el cuerpo de Golgi, se dirigen a una variedad de destinos dentro de la célula. Las vesículas abandonan primero el cuerpo de Golgi y se liberan al citoplasma en un proceso llamado gemación. Luego, las proteínas motoras mueven las vesículas hacia su destino . Una vez que la vesícula llega a su destino se une a la capa bilipídica en un proceso llamado fusión , y luego libera su contenido.
Los receptores incrustados en la membrana del cuerpo de Golgi unen una carga específica (como la dopamina) en el lado lumenal de la vesícula. Estos receptores de carga luego reclutan una variedad de proteínas, incluidos otros receptores de carga y proteínas de cubierta como clatrina , COPI y COPII . A medida que más y más proteínas de recubrimiento se unen, hacen que la vesícula brote hacia afuera y finalmente se libere hacia el citoplasma. Las proteínas de recubrimiento luego se vierten al citoplasma para ser recicladas y reutilizadas. [1]
Para el movimiento entre diferentes compartimentos dentro de la célula, las vesículas dependen de las proteínas motoras miosina , cinesina (principalmente transporte anterógrado) y dineína (principalmente transporte retrógrado). Un extremo de las proteínas motoras se une a la vesícula mientras que el otro extremo se une a microtúbulos o microfilamentos . Luego, las proteínas motoras se mueven hidrolizando el ATP, lo 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 objetivo. 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 objetivo (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 diana o con la membrana externa, el contenido de la vesícula se libera dentro del complejo diana o fuera de la célula. [4]
Todos estos tipos (1 a 4) de modos de tráfico de vesículas de membrana que tienen lugar en células eucariotas se han explicado esquemáticamente. [5]
A diferencia de los eucariotas , el tráfico de vesículas de membrana en procariotas es un área emergente en la biología interactiva para la señalización intraespecies (detección de quórum) e interespecies en la interfaz huésped-patógeno , ya que los procariotas carecen de compartimentación de membrana interna de su citoplasma . Se midió la dispersión de las vesículas de la membrana externa bacteriana a lo largo de la superficie celular en Escherichia coli viva , una bacteria comensal común en el intestino humano. El tratamiento con antibióticos alteró la dinámica de las vesículas, la afinidad entre vesículas y membranas y las propiedades de la superficie de las membranas celulares, lo que generalmente mejoró el transporte de las vesículas a lo largo de las superficies de las membranas bacterianas y sugirió que sus propiedades de movimiento podrían ser una señal de estrés por antibióticos. [6]
Durante más de cuatro décadas, los cultivos de bacterias gramnegativas revelaron la presencia de vesículas de membrana a nanoescala. Se sospecha un papel de las vesículas de membrana en los procesos patógenos desde la década de 1970, cuando se observaron en la placa gingival mediante microscopía electrónica . [7] Se sospechaba que estas vesículas promovían la adhesión bacteriana a la superficie de la célula epitelial 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 fusionan con la membrana externa de otras bacterias gramnegativas, lo que provoca su bacteriólisis; Estas OMV también podrían 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 parece mucho al estómago humano. [11] Las OMV que contienen VacA también podrían detectarse en la mucosa gástrica humana, infectada con H. pylori . . [12] También se demostró que las OMV de Salmonella tienen un papel directo en la invasión de células epiteliales ileales de pollo in vivo en el año 1993 (ref 4) y posteriormente, en el secuestro de macrófagos de defensa para la replicación de patógenos y la consiguiente apoptosis de infectados. macrófagos en infecciones animales de tipo tifoideo. [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 que incluyen 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 compresión como vesículas delimitadas por la membrana externa (OMV) en las líneas de formación de una 'burbuja de jabón' con un tubo de burbujas, y una mayor fusión o absorción de OMV en difusión por parte de 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 gramnegativos atraviesa especies y reinos, incluido el reino vegetal [15] , en el ámbito de la señalización de célula a célula .