Gránulo (biología celular)

En biología celular , un gránulo es una partícula pequeña apenas visible con microscopio óptico . El término se utiliza con mayor frecuencia para describir una vesícula secretora que contiene componentes importantes de la fisiología celular. ^[1] Algunos ejemplos de gránulos son los granulocitos, los gránulos de plaquetas, los gránulos de insulina, los gránulos de germanio, los gránulos de almidón y los gránulos de estrés.

Un grupo de leucocitos , llamados granulocitos , son glóbulos blancos que contienen gránulos enzimáticos que desempeñan un papel importante en el sistema inmunológico . Los granulocitos incluyen neutrófilos , eosinófilos y basófilos que atacan bacterias o parásitos y responden a los alérgenos. Cada tipo de granulocito contiene enzimas y sustancias químicas adaptadas a su función. ^[1]

Los neutrófilos, por ejemplo, contienen gránulos primarios, gránulos secundarios, gránulos terciarios y vesículas secretoras. Las vesículas primarias, también conocidas como gránulos azurófilos , secretan enzimas hidrolíticas, incluidas elastasa , mieloperoxidasa , catepsinas y defensinas que ayudan en la destrucción de patógenos. Los gránulos secundarios, o gránulos específicos, en los neutrófilos contienen lactoferrina, una proteína que se une al hierro . Los gránulos terciarios contienen metaloproteinasas de matriz . ^{[2] [3]}

Otras células inmunes, como las células asesinas naturales , contienen enzimas granulares, incluidas perforina y proteasas , que pueden provocar la lisis de las células vecinas. ^[2]  

El proceso por el cual se libera el contenido de los gránulos se conoce como desgranulación . Este proceso estrictamente controlado se inicia mediante estímulos inmunológicos y da como resultado el movimiento de los gránulos hacia la membrana celular para su fusión y liberación. ^[2]

Los gránulos de las plaquetas se clasifican en gránulos densos y gránulos alfa .

Los gránulos α son exclusivos de las plaquetas y son los más abundantes, con una cantidad de 50 a 80 por plaqueta2. Estos gránulos miden entre 200 y 500 nm de diámetro y representan aproximadamente el 10 % del volumen de las plaquetas. Contienen principalmente proteínas, tanto receptores asociados a la membrana (por ejemplo, αIIbβ3 y P-selectina) como carga soluble (por ejemplo, factor plaquetario 4 [PF4] y fibrinógeno). Los estudios proteómicos han identificado más de 300 proteínas solubles que participan en una amplia variedad de funciones, incluidas la hemostasia (por ejemplo, el factor von Willebrand [VWF] y el factor V), la inflamación (por ejemplo, las quimiocinas como CXCL1 y la interleucina-8) y la cicatrización de heridas (por ejemplo, el factor de crecimiento endotelial vascular [VEGF] y el factor de crecimiento de fibroblastos [FGF]) 3. La representación clásica de los gránulos α como orgánulos esféricos con una membrana limitante periférica, un nucleoide denso y zonas periféricas progresivamente lucentes en la microscopía electrónica de transmisión es probablemente simplista y puede ser en parte un artefacto de preparación. La tomografía electrónica con reconstrucción tridimensional de plaquetas es notable por un porcentaje significativo de gránulos α tubulares que generalmente carecen de VWF 4. Trabajos más recientes que utilizan microscopía electrónica de transmisión y deshidratación por sustitución por congelación de plaquetas en reposo muestran que los gránulos α son ovoides con una matriz generalmente homogénea y que los tubos se forman a partir de gránulos α tras la activación 5. Por lo tanto, aún queda por resolverse por completo si existe o no una heterogeneidad estructural significativa entre los gránulos α. La exocitosis de los gránulos α se evalúa principalmente por la expresión de la membrana plasmática de P-selectina (CD62P) por citometría de flujo o estimación de la liberación de PF4, VWF u otras cargas de gránulos. ^[4]

Los gránulos densos (también conocidos como gránulos δ) son los segundos gránulos plaquetarios más abundantes, con 3-8 por plaqueta. Miden alrededor de 150 nm de diámetro 2. Estos gránulos, exclusivos de las plaquetas, son un subtipo de orgánulos relacionados con los lisosomas (LRO), un grupo que también incluye melanosomas, cuerpos lamelares de las células alveolares de tipo II y gránulos líticos de células T citotóxicas. Los gránulos densos contienen principalmente aminas bioactivas (por ejemplo, serotonina e histamina), nucleótidos de adenina, polifosfatos y pirofosfatos, así como altas concentraciones de cationes, particularmente calcio. Estos gránulos derivan su nombre de su apariencia electrodensa en microscopía electrónica de montaje completo, que resulta de sus altas concentraciones de cationes. La exocitosis de gránulos densos se evalúa típicamente mediante la liberación de ADP/ATP utilizando técnicas de luminiscencia basadas en luciferasa, liberación de serotonina [3H] precargada o expresión de membrana de la proteína de membrana asociada a lisosomas 2 (LAMP2) o CD63 mediante citometría de flujo. ^[4]

Se han descrito otros gránulos plaquetarios. Las plaquetas contienen alrededor de 1 a 3 lisosomas por plaqueta y peroxisomas, cuya función específica de las plaquetas sigue sin estar clara. La exocitosis lisosomal se evalúa típicamente mediante la estimación de las enzimas lisosomales liberadas, como la beta hexosaminidasa. También se ha descrito un gránulo denso en electrones definido por la presencia del receptor tipo Toll 9 (TLR9) y la proteína disulfuro isomerasa (PDI), denominado gránulo T, aunque su existencia sigue siendo controvertida. Se ha informado que la PDI y otras isomerasas tiol transportadas por plaquetas están empaquetadas dentro de un compartimento no granular derivado del retículo endoplasmático (RE) de los megacariocitos, que puede estar asociado con el sistema tubular denso. ^[4]

Los gránulos de insulina son un tipo específico de gránulo que se encuentra en las células beta pancreáticas . Los gránulos de insulina son gránulos secretores, que son responsables del almacenamiento y secreción de insulina , una hormona que regula la concentración de glucosa en el torrente sanguíneo para mantener la homeostasis. La liberación de insulina por los gránulos está señalizada por las concentraciones de glucosa plasmática y la afluencia resultante de iones de calcio en las células pancreáticas, que inician la exocitosis de los gránulos . La liberación de insulina es bifásica, ya que la insulina se libera primero en la fase primaria por los gránulos más cercanos a la membrana plasmática. En la fase secundaria, los gránulos de insulina se reclutan de las reservas más profundas en la célula beta para una tasa de liberación más lenta. ^[5]

Los gránulos de insulina experimentan un importante proceso de maduración. En primer lugar, las moléculas precursoras de proinsulina se sintetizan en el retículo endoplásmico y se empaquetan en la red de Golgi. Los gránulos de insulina brotan de la red trans-Golgi y se clasifican a través del transporte de vesículas recubiertas de clatrina . Después de la gemación, los gránulos secretores de insulina se acidifican, lo que activa las endoproteasas PC1/3 y PC2 para convertir la proinsulina en insulina. La capa de clatrina se libera y los gránulos secretores de insulina se transportan a través de la célula a través de filamentos de actina y microtúbulos . ^[6]

En 1957, André y Rouiller acuñaron por primera vez el término " nube ". ^[7] (en francés, "nube"). Su estructura amorfa y fibrosa apareció en dibujos ya en 1933 (Risley). Hoy en día, se acepta que la nube representa un orgánulo característico del plasma germinal , electrodenso, que encapsula la cara citoplasmática de la envoltura nuclear de las células destinadas al destino de la línea germinal . El mismo material granular también se conoce con varios sinónimos: cuerpos densos, nubes mitocondriales , núcleos vitelinos, cuerpos de Balbiani, gránulos P perinucleares en Caenorhabditis elegans , gránulos germinales en Xenopus laevis , cuerpos cromatoides en ratones y gránulos polares en Drosophila . Molecularmente, el núcleo es una red estrechamente entrelazada de proteínas de unión al ARN localizadas de forma diferencial , que a su vez localizan especies específicas de ARNm para el almacenamiento diferencial, la segregación asimétrica (según sea necesario para la división celular asimétrica ), el empalme diferencial y/o el control de la traducción. Los gránulos de la línea germinal parecen ser ancestrales y universalmente conservados en las líneas germinales de todos los filos de metazoos .

Muchos componentes de los gránulos de la línea germinal son parte de la vía del piRNA y funcionan para reprimir los elementos transponibles .

El almidón es un carbohidrato insoluble que se utiliza para almacenar energía en las células vegetales. Existen dos formas de almidón: el almidón de transición y el almidón de almacenamiento. El almidón de transición se sintetiza mediante la fotosíntesis y se encuentra en las células de los tejidos vegetales fotosintéticos, como las hojas. El almidón de almacenamiento se reserva durante períodos más largos y se encuentra en las células de los tejidos no fotosintéticos, como las raíces o el tallo. El almidón de almacenamiento se utiliza durante la germinación o el rebrote, o cuando las demandas de energía superan la producción neta de energía a partir de la fotosíntesis. ^[8]

El almidón se almacena en forma de gránulos. Los gránulos de almidón están compuestos por una estructura cristalina de amilopectina y amilosa . La amilopectina forma la estructura del gránulo de almidón, con cadenas A, cadenas B y cadenas C ramificadas y no ramificadas. La amilosa llena los huecos de la estructura de la amilopectina. Bajo un microscopio, los gránulos de almidón parecen capas concéntricas, denominadas "anillos de crecimiento". Los gránulos de almidón también contienen sintasa de almidón unida a gránulos y enzimas sintetizadoras de amilopectina. Cabe destacar que los gránulos de almidón varían en tamaño y morfología en los tejidos y especies de plantas. ^[8]

Los gránulos de estrés están compuestos de proteínas y ARN, y se forman a partir de grupos de ARNm que no han comenzado la traducción como resultado de las condiciones ambientales, incluido el estrés oxidativo , la temperatura, las toxinas y la presión osmótica. Los gránulos de estrés también contienen factores de iniciación de la traducción, proteínas de unión al ARN (que representan el 50% de los componentes del gránulo) y proteínas de unión no ARN. Se forman a través de interacciones proteína-proteína entre proteínas de unión al ARNm y están influenciadas por la metilación o fosforilación de proteínas. Contienen un "núcleo" con altas concentraciones de proteínas y ARNm y una región externa menos concentrada. Los gránulos de estrés tienen una estructura dinámica y pueden acoplarse e intercambiarse con p-bodies o el citoplasma. También pueden realizar fusión y fisión en el citoplasma. ^[9]

El ensamblaje de los gránulos de estrés depende de las condiciones de la célula. En la levadura, los gránulos de estrés se forman en condiciones de calor elevado. Los gránulos de estrés son importantes por su papel en la localización del ARNm, las vías de señalización celular y los procesos antivirales. Una vez desensamblados, el ARN dentro de los gránulos de estrés puede volver a traducirse o eliminarse como desecho celular. Los gránulos de estrés pueden proporcionar protección al ARNm de las interacciones con el citosol. Además, las mutaciones que afectan la formación o degradación de los gránulos de estrés pueden contribuir a enfermedades neurodegenerativas como la ELA y la DLFT . Sin embargo, los efectos de los gránulos de estrés en la fisiología celular aún están en estudio. ^[9]