Biogénesis del complejo 1 de orgánulos relacionados con los lisosomas

BLOC-1, o complejo 1 de biogénesis de orgánulos relacionados con los lisosomas, es un complejo proteico multisubunitario de expresión ubicua que pertenece a un grupo de complejos que también incluye BLOC-2 y BLOC-3 . BLOC-1 es esencial para la biogénesis normal de orgánulos especializados del sistema endosomal-lisosomal, como los melanosomas y los gránulos densos de las plaquetas . Estos orgánulos se denominan LRO ( orgánulos relacionados con los lisosomas ) y se encuentran en tipos celulares específicos, como los melanocitos. La importancia de BLOC-1 en el tráfico de membranas parece extenderse más allá de estos LRO, ya que ha demostrado su participación en la clasificación normal de proteínas, la biogénesis normal de membranas y el tráfico vesicular. Por lo tanto, BLOC-1 es multifuncional, con una función adaptable que depende tanto del organismo como del tipo celular.

Las subunidades proteicas identificadas de BLOC-1 incluyen:

La ultracentrifugación acoplada a la microscopía electrónica demostró que BLOC-1 tiene 8 subunidades ( palidina , capuchino , disbindina , snapina , MUTED , BLOS1 , BLOS2 y BLOS3 ) que se unen linealmente para formar un complejo de aproximadamente 300 Angstrom de longitud y 30 Angstrom de diámetro. ^{[ 1 ]} La recombinación bacteriana también demostró subcomplejos heterotriméricos que contienen palidina, capuchino y BLOS1, así como disbindina, Snapina y BLOS-2 como estructuras intermedias importantes. ^{[ 1 ]} Estos subcomplejos pueden explicar los diferentes resultados funcionales observados al alterar diferentes subunidades de BLOC-1. ^{[ 2 ]} Además, la flexión dinámica del complejo de hasta 45 grados indica que la flexibilidad probablemente esté relacionada con la función adecuada de BLOC-1. ^{[ 1 ]}

Dentro del sistema de endomembranas, BLOC-1 actúa en el endosoma temprano, como se observa en experimentos de microscopía electrónica, donde ayuda a coordinar la clasificación de proteínas LAMPS (proteínas de membrana asociadas a lisosomas). ^{[ 3 ]} Múltiples estudios recapitulan una asociación con el complejo adaptador AP-3, una proteína involucrada en el tráfico vesicular de carga desde el endosoma temprano a los compartimentos lisosomales. ^{[ 3 ] [ 4 ]} BLOC-1 demuestra asociación física con AP-3 y BLOC-2 tras inmunoprecipitación, aunque no con ambos complejos al mismo tiempo. ^{[ 3 ]} De hecho, BLOC-1 funciona en una ruta dependiente de AP-3 para clasificar CD63 (LAMP3) y Tyrp1. ^{[ 3 ]} Además, otro estudio sugiere que una ruta dependiente de AP-3 de BLOC-1 también facilita el tráfico de LAMP1 y Vamp7-T1, una proteína SNARE. ^{[ 4 ]} También se observa una ruta de clasificación de Tyrp1 por BLOC-1 independiente de AP-3 y dependiente de BLOC-2. ^{[ 3 ]} Por lo tanto, BLOC-1 parece tener un comportamiento de tráfico multifacético. De hecho, los ratones knockout de AP-3 mantienen la capacidad de entregar Tyrp1 a los melanosomas, lo que apoya la existencia de múltiples vías de tráfico de BLOC-1. ^{[ 5 ]} Sin embargo, la evidencia sugiere que BLOC-2 puede intersecarse directa o indirectamente con el tráfico de BLOC-1 aguas abajo de los endosomas tempranos; la deficiencia de BLOC-1 promueve la clasificación errónea de Tyrp1 en la membrana plasmática, mientras que la deficiencia de BLOC-2 promueve la concentración de Tyrp1 en los compartimentos endosomales intermedios. ^{[ 5 ]} Estos estudios demuestran que BLOC-1 facilita el transporte de proteínas a los compartimentos lisosomales, como los melanosomas, a través de múltiples rutas, aunque la asociación funcional exacta con BLOC-2 no está clara.

La mayoría de los estudios se han centrado en BLOC-1 de mamíferos, presumiblemente debido a su asociación con múltiples estados patológicos en humanos. Sin embargo, es evidente que BLOC-1 tiene una importancia evolutivamente conservada en el tráfico intracelular, ya que se ha propuesto que su homólogo en levaduras, que contiene Vab2, modula Rab5 (Vps21), esencial para su localización en la membrana, actuando como receptor en los endosomas tempranos para Rab5-GAP Msb3. ^{[ 6 ]} Aunque este estudio postula la función de BLOC-1 en los endosomas tempranos, recientemente se ha argumentado que las levaduras no contienen un endosoma temprano. ^{[ 7 ]} A la luz de estos nuevos hallazgos, parece que BLOC-1 podría actuar en realidad en la TGN de ​​las levaduras. No obstante, BLOC-1 es importante para el correcto funcionamiento de las endomembranas tanto en eucariotas de orden inferior como superior.

En células de mamíferos, la mayoría de los estudios se han centrado en la capacidad de BLOC-1 para clasificar proteínas. Sin embargo, hallazgos recientes indican que BLOC-1 tiene funciones más complejas en la biogénesis de membranas al asociarse con el citoesqueleto. La biogénesis de endosomas de reciclaje está mediada por BLOC-1 como un centro para la actividad del citoesqueleto. ^{[ 8 ]} La kinesina KIF13A y la maquinaria de actina (AnxA2 y Arp2/3) parecen interactuar con BLOC-1 para generar endosomas de reciclaje/túbulos de endosomas de reciclaje donde la acción de los microtúbulos puede alargar los túbulos y la acción de los microfilamentos puede estabilizarlos o escindirlos. ^{[ 8 ]} La subunidad pallidina de BLOC-1 se asocia con componentes del citoesqueleto sináptico en neuronas de Drosophila melanogaster. ^{[ 2 ]} Por lo tanto, BLOC-1 parece participar tanto en la clasificación de proteínas como en la biogénesis de membranas a través de diversos mecanismos. Será necesario realizar estudios adicionales para sintetizar cualquiera de estas interacciones moleculares en posibles mecanismos unificados.

Las mutaciones en todos los complejos BLOC conducen a estados patológicos caracterizados por el síndrome de Hermansky-Pudlak (HPS), un trastorno de pigmentación subdividido en múltiples tipos según la mutación, lo que resalta el papel de BLOC-1 en la función LRO adecuada. También se cree que las mutaciones de BLOC-1 están relacionadas con la esquizofrenia, y la disfunción de BLOC-1 en el cerebro tiene importantes ramificaciones en la neurotransmisión. ^{[ 9 ] [ 2 ] [ 10 ] [ 11 ]} Se ha dedicado mucho esfuerzo a descubrir los mecanismos moleculares de la función de BLOC-1 para comprender su papel en estas enfermedades.

Los estudios de BLOC-1 en el sistema nervioso han comenzado a vincular numerosos mecanismos moleculares y celulares con su propuesta contribución a la esquizofrenia. Los estudios de silenciamiento del gen de la disbindina DTNBP1 mediante siRNA demostraron que la subunidad de la disbindina es integral para la señalización y el reciclaje del receptor D2 (DRD2) pero no del receptor D1. ^{[ 9 ]} Por lo tanto, las mutaciones de BLOC-1 en la disbindina pueden alterar la señalización dopaminérgica en el cerebro, lo que puede conferir síntomas de esquizofrenia. ^{[ 9 ]} Estos resultados parecen ser relevantes para todo el complejo, ya que la mayor parte de la disbindina expresada se localizó en el complejo BLOC-1 en el cerebro del ratón . ^{[ 10 ]} Además, la extensión adecuada de las neuritas parece estar regulada por BLOC-1, que puede tener vínculos moleculares con la capacidad de BLOC-1 para asociarse físicamente in vitro con proteínas SNARE como SNAP-25, SNAP-17 y sintaxina 13. ^{[ 10 ]} Esta interacción con SNARE podría ayudar en el tráfico de membrana hacia las extensiones de las neuritas. ^{[ 10 ]} Estudios en Drosophila melanogaster indican que la palidina no es esencial para la homeostasis o anatomía de las vesículas sinápticas, pero es esencial en condiciones de señalización neuronal aumentada para mantener el tráfico vesicular desde los endosomas a través de mecanismos de reciclaje. ^{[ 2 ]} Los efectos de un gen Bloc1s6 no funcional (que codifica para la palidina) en el metaboloma del hipocampo de ratón posnatal se exploraron usando LC-MS, revelando niveles alterados de una variedad de metabolitos. ^{[ 11 ]} Entre los efectos particularmente interesantes se incluyen un aumento del glutamato (y su precursor, la glutamina), un neurotransmisor excitatorio vinculado a la esquizofrenia, así como disminuciones en los neurotransmisores fenilalanina y triptófano. ^{[ 11 ]} En general, las modificaciones en el metaboloma de estos ratones se extienden también a las moléculas de nucleobases y lisofosfolípidos, lo que implica que otros efectos de desregulación de las deficiencias de BLOC-1 podrían contribuir molecularmente a la esquizofrenia. ^{[ 11 ]}