Endocitosis
Proceso celular
Los diferentes tipos de endocitosis

La endocitosis es un proceso celular en el que se introducen sustancias en la célula. El material que se va a internalizar está rodeado por una zona de membrana celular , que luego se desprende dentro de la célula para formar una vesícula que contiene los materiales ingeridos. La endocitosis incluye la pinocitosis (beber la célula) y la fagocitosis (comer la célula). Es una forma de transporte activo.

Historia

El término fue propuesto por De Duve en 1963. [1] La fagocitosis fue descubierta por Élie Metchnikoff en 1882. [2]

Caminos

Dibujo esquemático que ilustra la endocitosis mediada por clatrina (izquierda) e independiente de clatrina (derecha) de las membranas de las vesículas sinápticas .

Las vías de endocitosis se pueden subdividir en cuatro categorías: a saber, endocitosis mediada por receptores (también conocida como endocitosis mediada por clatrina), caveolas , pinocitosis y fagocitosis . [3]

Un estudio [6] en células de mamíferos confirma una reducción del tamaño de la capa de clatrina en un entorno de mayor tensión. Además, sugiere que los dos modos de ensamblaje de clatrina aparentemente distintos, es decir, las fosas recubiertas y las placas recubiertas, observados en investigaciones experimentales podrían ser una consecuencia de tensiones variadas en la membrana plasmática.
  • Las caveolas son los brotes de membrana plasmática no recubiertos de clatrina reportados con mayor frecuencia, que existen en la superficie de muchos, pero no todos los tipos de células. Consisten en la proteína de unión al colesterol caveolina (Vip21) con una bicapa enriquecida en colesterol y glicolípidos . Las caveolas son pequeños hoyos (aproximadamente de 50 nm de diámetro) en forma de matraz en la membrana que se asemejan a la forma de una cueva (de ahí el nombre caveolas). Pueden constituir hasta un tercio del área de la membrana plasmática de las células de algunos tejidos, siendo especialmente abundantes en músculo liso , neumocitos tipo I, fibroblastos , adipocitos y células endoteliales . [7] También se cree que la captación de moléculas extracelulares está mediada específicamente a través de receptores en las caveolas.
    De izquierda a derecha: Fagocitosis, pinocitosis, endocitosis mediada por receptores.
    • La potocitosis es una forma de endocitosis mediada por receptores que utiliza vesículas caveolas para introducir moléculas de distintos tamaños en la célula. A diferencia de la mayoría de las endocitosis que utilizan caveolas para llevar el contenido de las vesículas a los lisosomas u otros orgánulos, el material endocitosado mediante potocitosis se libera en el citosol. [8]
  • La pinocitosis , que suele producirse en regiones muy rizadas de la membrana plasmática, es la invaginación de la membrana celular para formar una bolsa, que luego se desprende hacia el interior de la célula para formar una vesícula (de 0,5 a 5 μm de diámetro) llena de un gran volumen de líquido extracelular y moléculas en su interior (equivalente a ~100 CCV). El llenado de la bolsa se produce de forma no específica. La vesícula luego viaja al citosol y se fusiona con otras vesículas como endosomas y lisosomas . [9]
  • La fagocitosis es el proceso mediante el cual las células se unen e internalizan partículas de más de 0,75 μm de diámetro, como partículas de polvo de pequeño tamaño, restos celulares, microorganismos y células apoptóticas . Estos procesos implican la captación de áreas de membrana más grandes que la endocitosis mediada por clatrina y la vía de las caveolas .

Experimentos más recientes han sugerido que estas descripciones morfológicas de los eventos endocíticos pueden ser inadecuadas y que un método de clasificación más apropiado puede basarse en si las vías particulares dependen de la clatrina y la dinamina .

Las vías de clatrina dependientes de dinamina incluyen la captación de FEME , UFE, ADBE, EGFR-NCE e IL2Rβ. [10]

Las vías independientes de la clatrina e independientes de la dinamina incluyen la vía CLIC/GEEC (regulada por Graf1 ), [11] así como MEND y la macropinocitosis . [10]

La endocitosis mediada por clatrina es la única vía que depende tanto de la clatrina como de la dinamina.

Componentes principales

La vía endocítica de las células de los mamíferos consta de compartimentos de membrana diferenciados, que internalizan moléculas de la membrana plasmática y las reciclan de nuevo a la superficie (como en los endosomas tempranos y los endosomas de reciclaje), o las clasifican para su degradación (como en los endosomas tardíos y los lisosomas). Los principales componentes de la vía endocítica son: [3]

  • Los endosomas tempranos son el primer compartimento de la vía endocítica. Los endosomas tempranos suelen estar ubicados en la periferia de la célula y reciben la mayoría de los tipos de vesículas que vienen de la superficie celular. Tienen una estructura túbulo-vesicular característica (vesículas de hasta 1 μm de diámetro con túbulos conectados de aproximadamente 50 nm de diámetro) y un pH ligeramente ácido. Son principalmente orgánulos de clasificación donde muchos ligandos endocitados se disocian de sus receptores en el pH ácido del compartimento, y desde donde muchos de los receptores se reciclan a la superficie celular (a través de túbulos). [12] [13] También es el sitio de clasificación en la vía transcitótica a compartimentos posteriores (como endosomas tardíos o lisosomas) a través de compartimentos transvesiculares (como cuerpos multivesiculares (MVB) o vesículas transportadoras endosómicas (ECV)).
  • Los endosomas tardíos reciben material endocitado en ruta a los lisosomas , generalmente de endosomas tempranos en la vía endocítica, de la red trans-Golgi (TGN) en la vía biosintética y de fagosomas en la vía fagocítica. [14] Los endosomas tardíos a menudo contienen proteínas características de nucleosomas, mitocondrias y ARNm, incluidas las glicoproteínas de membrana lisosomal y las hidrolasas ácidas. Son ácidos (aproximadamente pH 5,5) y son parte de la vía de tráfico de los receptores de manosa-6-fosfato . Se cree que los endosomas tardíos median un conjunto final de eventos de clasificación antes de la entrega de material a los lisosomas.
  • Los lisosomas son el último compartimento de la vía endocítica. Su función principal es descomponer los productos de desecho celulares, grasas, carbohidratos, proteínas y otras macromoléculas en compuestos simples. Estos luego son devueltos al citoplasma como nuevos materiales para la construcción de células. Para lograr esto, los lisosomas utilizan unos 40 tipos diferentes de enzimas hidrolíticas, todas las cuales se fabrican en el retículo endoplasmático, se modifican en el aparato de Golgi y funcionan en un entorno ácido. [15] El pH aproximado de un lisosoma es 4,8 y, mediante microscopía electrónica (EM), generalmente aparecen como grandes vacuolas (1-2 μm de diámetro) que contienen material denso en electrones. Tienen un alto contenido de proteínas de membrana lisosomal e hidrolasas lisosomales activas, pero no tienen receptor de manosa-6-fosfato. En general, se los considera el principal compartimento hidrolítico de la célula. [16] [17]

Recientemente se descubrió que un eisosoma sirve como portal de endocitosis en la levadura. [18]

Mediada por clatrina

La principal vía de endocitosis en la mayoría de las células, y la mejor conocida, es la mediada por la molécula clatrina . [19] [20] Esta gran proteína ayuda a la formación de una cavidad recubierta en la superficie interna de la membrana plasmática de la célula. Esta cavidad luego brota en la célula para formar una vesícula recubierta en el citoplasma de la célula. Al hacerlo, lleva a la célula no solo una pequeña área de la superficie de la célula sino también un pequeño volumen de líquido del exterior de la célula. [21] [22] [23]

Las capas funcionan para deformar la membrana donante para producir una vesícula, y también funcionan en la selección de la carga de la vesícula. Los complejos de capa que han sido bien caracterizados hasta ahora incluyen la proteína de capa I (COP-I), COP-II y clatrina. [24] [25] Las capas de clatrina están involucradas en dos pasos de transporte cruciales: (i) endocitosis mediada por receptor y en fase fluida desde la membrana plasmática hasta el endosoma temprano y (ii) transporte desde el TGN hasta los endosomas. En la endocitosis, la capa de clatrina se ensambla en la cara citoplasmática de la membrana plasmática, formando hoyos que se invaginan para desprenderse (escisión) y convertirse en CCV libres. En células cultivadas, el ensamblaje de un CCV toma ~ 1 minuto, y se pueden formar varios cientos a mil o más cada minuto. [26] El principal componente del andamiaje de la capa de clatrina es la proteína de 190 kD llamada cadena pesada de clatrina (CHC), que está asociada con una proteína de 25 kD llamada cadena ligera de clatrina (CLC), formando trímeros de tres patas llamados triskeliones.

Las vesículas concentran y excluyen selectivamente ciertas proteínas durante su formación y no son representativas de la membrana en su totalidad. Los adaptadores AP2 son complejos multisubunitarios que realizan esta función en la membrana plasmática. Los receptores mejor conocidos que se encuentran concentrados en las vesículas recubiertas de las células de los mamíferos son el receptor de LDL (que elimina las LDL de la sangre circulante), el receptor de transferrina (que lleva los iones férricos unidos a la transferrina a la célula) y ciertos receptores hormonales (como el del EGF ).

En cualquier momento, aproximadamente el 25% de la membrana plasmática de un fibroblasto está formada por fosas recubiertas. Como una fosa recubierta tiene una vida de aproximadamente un minuto antes de brotar en la célula, un fibroblasto ocupa su superficie por esta vía aproximadamente una vez cada 50 minutos. Las vesículas recubiertas formadas a partir de la membrana plasmática tienen un diámetro de aproximadamente 100 nm y una vida útil medida en unos pocos segundos. Una vez que se ha desprendido la capa, la vesícula restante se fusiona con los endosomas y continúa por la vía endocítica. El proceso real de gemación, mediante el cual una fosa se convierte en una vesícula, lo lleva a cabo la clatrina; asistida por un conjunto de proteínas citoplasmáticas, que incluye dinamina y adaptadores como la adaptina .

Las fosas y vesículas recubiertas fueron vistas por primera vez en secciones delgadas de tejido en el microscopio electrónico por Thomas F Roth y Keith R. Porter . [27] La ​​importancia de ellas para la eliminación de LDL de la sangre fue descubierta por Richard G. Anderson, Michael S. Brown y Joseph L. Goldstein en 1977. [28] Las vesículas recubiertas fueron purificadas por primera vez por Barbara Pearse , quien descubrió la molécula de capa de clatrina en 1976. [29]

Procesos y componentes

Las proteínas caveolinas como caveolina-1 ( CAV1 ), caveolina-2 ( CAV2 ) y caveolina-3 ( CAV3 ), desempeñan papeles importantes en el proceso de formación caveolar. Más específicamente, CAV1 y CAV2 son responsables de la formación de caveolas en células no musculares, mientras que CAV3 funciona en células musculares. El proceso comienza con la síntesis de CAV1 en el RE , donde forma oligómeros resistentes a los detergentes . Luego, estos oligómeros viajan a través del complejo de Golgi antes de llegar a la superficie celular para ayudar en la formación de caveolas. La formación de caveolas también es reversible a través del desmontaje en ciertas condiciones, como el aumento de la tensión de la membrana plasmática. Estas determinadas condiciones dependen entonces del tipo de tejidos que expresan la función caveolar. Por ejemplo, no todos los tejidos que tienen proteínas caveolares tienen una estructura caveolar, es decir, la barrera hematoencefálica . [30] Aunque hay muchas características morfológicas conservadas entre las caveolas, las funciones de cada proteína CAV son diversas. Una característica común entre las caveolinas es sus tramos hidrofóbicos de posibles estructuras en horquilla que están hechas de α-hélices . La inserción de estas α-hélices en forma de horquilla forma una capa de caveolas que conduce a la curvatura de la membrana. Además de la inserción, las caveolinas también son capaces de oligomerización, que además desempeña un papel en la curvatura de la membrana. Estudios recientes también han descubierto que la polimerasa I, el factor de liberación de transcripción y la respuesta de la proteína de privación sérica también desempeñan un papel en el ensamblaje de caveolas. Además del ensamblaje de caveolas, los investigadores también han descubierto que las proteínas CAV1 también pueden influir en otras vías endocíticas. Cuando CAV1 se une a Cdc42 , CAV1 lo inactiva y regula la actividad de Cdc42 durante los eventos de tráfico de membrana. [31]

Mecanismos

El proceso de captación celular depende de la inclinación y quiralidad de las moléculas constituyentes para inducir la gemación de la membrana. Dado que es probable que dichas moléculas lipídicas quirales e inclinadas estén en forma de "balsa", los investigadores sugieren que la formación de caveolas también sigue este mecanismo, ya que las caveolas también están enriquecidas en constituyentes de balsa. Cuando las proteínas caveolina se unen a la hoja interna a través del colesterol , la membrana comienza a doblarse, lo que lleva a una curvatura espontánea. Este efecto se debe a la distribución de fuerza generada cuando el oligómero de caveolina se une a la membrana. La distribución de fuerza luego altera la tensión de la membrana, lo que lleva a la gemación y, finalmente, a la formación de vesículas. [32]

  • Endocitosis. Por ejemplo, el coronavirus SARS-CoV-2 se une al receptor ACE2 de la célula epitelial .
  • Etapa 1
    Etapa 1
  • Etapa 2
    Etapa 2
  • Etapa 3
    Etapa 3
  • Animación de endocitosis (1)
  • Animación de endocitosis (2)

Véase también

Referencias

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Lectura adicional

  • Doherty GJ, McMahon HT (2009). "Mecanismos de endocitosis". Revista Anual de Bioquímica . 78 : 857–902. doi :10.1146/annurev.biochem.78.081307.110540. PMID  19317650.
  • Endocitosis en biologyreference.com
  • Endocitosis: investigación de los mecanismos endocíticos en endocytosis.org
  • Endocitosis mediada por clatrina Biblioteca de imágenes y videos de ASCB
  • Tipos de endocitosis (animación)
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