Gránulo (biología celular)

En biología celular , un gránulo es una partícula pequeña apenas visible mediante microscopía óptica . El término se usa con mayor frecuencia para describir una vesícula secretora que contiene componentes importantes de la fisiología celular. ^{[ 1 ]} Ejemplos de gránulos incluyen granulocitos, gránulos plaquetarios, gránulos de insulina, gránulos de germanio, gránulos de almidón y gránulos de estrés. Se considera un orgánulo celular. ^{[ 2 ]}

Existen principalmente dos tipos de gránulos según la presencia o ausencia de membrana: gránulos unidos a membrana y gránulos no unidos a membrana. Los gránulos eosinófilos, basófilos y secretores son ejemplos de gránulos unidos a membrana, ^{[ 3 ] [ 4 ]} mientras que los gránulos P y los gránulos de estrés son ejemplos de gránulos no unidos a membrana. ^{[ 5 ]}

Un grupo de leucocitos , llamados granulocitos , son glóbulos blancos que contienen gránulos enzimáticos que desempeñan un papel importante en el sistema inmunitario . Los granulocitos incluyen neutrófilos , eosinófilos y basófilos , que atacan bacterias o parásitos y responden a alérgenos. Cada tipo de granulocito contiene enzimas y sustancias químicas específicas para 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 como elastasa , mieloperoxidasa , catepsinas y defensinas que ayudan a destruir patógenos. Los gránulos secundarios, o gránulos específicos, en los neutrófilos contienen lactoferrina , una proteína fijadora de hierro . Los gránulos terciarios contienen metaloproteinasas de matriz . ^{[ 6 ] [ 7 ]}

Otras células inmunitarias, como las células asesinas naturales , contienen enzimas granulares, incluyendo perforina y proteasas que pueden provocar la lisis de las células vecinas. ^{[ 6 ]}  

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. ^{[ 6 ]}

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

Los gránulos α son exclusivos de las plaquetas y constituyen los gránulos plaquetarios más abundantes, con una concentración de entre 50 y 80 por plaqueta. Estos gránulos miden entre 200 y 500 nm de diámetro y representan aproximadamente el 10 % del volumen plaquetario. Contienen principalmente proteínas, tanto receptores asociados a la membrana (por ejemplo, αIIbβ3 y P-selectina) como componentes solubles (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, incluyendo la hemostasia (por ejemplo, el factor de von Willebrand [VWF] y el factor V), la inflamación (por ejemplo, quimiocinas como CXCL1 e 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 lúcidas en la microscopía electrónica de transmisión es probablemente simplista y puede ser en parte un artefacto de la preparación. La tomografía electrónica con reconstrucción tridimensional de plaquetas destaca por un porcentaje significativo de gránulos α tubulares que generalmente carecen de VWF 4. Trabajos más recientes, utilizando microscopía electrónica de transmisión y deshidratación por criosustitución de plaquetas en reposo, muestran que los gránulos α son ovoides con una matriz generalmente homogénea y que se forman tubos a partir de los gránulos α tras la activación 5. Por lo tanto, aún no se ha resuelto completamente si existe o no una heterogeneidad estructural significativa entre los gránulos α. La exocitosis de gránulos α se evalúa principalmente mediante la expresión en la membrana plasmática de P-selectina (CD62P) por citometría de flujo o la estimación de la liberación de PF4, VWF u otras cargas de gránulos. ^{[ 8 ]}

Los gránulos densos (también conocidos como gránulos δ) son los segundos gránulos plaquetarios más abundantes, con 3 a 8 por plaqueta. Miden aproximadamente 150 nm de diámetro². 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 tipo II y gránulos líticos de las 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, en particular calcio. Estos gránulos derivan su nombre de su apariencia electrodensa en la microscopía electrónica de preparaciones completas, 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, la liberación de serotonina [3H] precargada o la expresión en la membrana de la proteína de membrana asociada al lisosoma 2 (LAMP2) o CD63 mediante citometría de flujo. ^{[ 8 ]}

Se han descrito otros gránulos plaquetarios. Las plaquetas contienen aproximadamente de 1 a 3 lisosomas por plaqueta y peroxisomas, cuya función específica en las plaquetas aún no está clara. La exocitosis lisosomal se evalúa típicamente mediante la estimación de enzimas lisosomales liberadas, como la beta-hexosaminidasa. También se ha descrito un gránulo electrodenso 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 tiol isomerasas plaquetarias se empaquetan dentro de un compartimento no granular derivado del retículo endoplasmático (RE) del megacariocito, que puede estar asociado con el sistema tubular denso. ^{[ 8 ]}

Los gránulos de insulina son un tipo específico de gránulo que se encuentra en las células beta pancreáticas . Son gránulos secretores, responsables del almacenamiento y la 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 se desencadena por las concentraciones de glucosa en plasma y la consiguiente entrada de iones de calcio en las células pancreáticas, lo que inicia la exocitosis de los gránulos . La liberación de insulina es bifásica: en la fase primaria, los gránulos más cercanos a la membrana plasmática la liberan primero. En la fase secundaria, se reclutan gránulos de insulina de reservas más profundas en la célula beta para una liberación más lenta. ^{[ 9 ]}

Los gránulos de insulina experimentan un proceso de maduración significativo. Primero, las moléculas precursoras de proinsulina se sintetizan en el retículo endoplasmático y se empaquetan en la red de Golgi. Los gránulos de insulina brotan de la red trans-Golgi y se clasifican mediante el transporte de vesículas recubiertas de clatrina . Tras la gemación, los gránulos secretores de insulina se acidifican, activando las endoproteasas PC1/3 y PC2 para convertir la proinsulina en insulina. El recubrimiento de clatrina se libera y los gránulos secretores de insulina se transportan a través de la célula mediante filamentos de actina y microtúbulos . ^{[ 10 ]}

En 1957, André y Rouiller acuñaron por primera vez el término " nuage " ^{[ 11 ]} (del francés "nube"). Su estructura amorfa y fibrosa apareció en dibujos ya en 1933 (Risley). Hoy en día, se acepta que el nuage 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 de vitelo, cuerpos de Balbiani, gránulos P perinucleares en Caenorhabditis elegans , gránulos germinales en Xenopus laevis , cuerpos cromatoides en ratones y gránulos polares en Drosophila . A nivel molecular, el nuage es una red densamente entrelazada de proteínas de unión a ARN localizadas diferencialmente , que a su vez localizan especies específicas de ARNm para su almacenamiento diferencial, segregación asimétrica (como se requiere para la división celular asimétrica ), empalme diferencial y/o control traslacional. Los gránulos de la línea germinal parecen ser ancestrales y estar universalmente conservados en las líneas germinales de todos los filos metazoos .

Muchos componentes de los gránulos de la línea germinal forman parte de la vía de los 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 reserva. 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 reserva se conserva durante periodos más prolongados y se encuentra en las células de los tejidos no fotosintéticos, como las raíces o el tallo. El almidón de reserva se utiliza durante la germinación o el rebrote, o cuando las necesidades energéticas superan la producción neta de energía de la fotosíntesis. ^{[ 12 ]}

El almidón se almacena en forma de gránulos. Estos gránulos están compuestos por una estructura cristalina de amilopectina y amilosa . La amilopectina forma la estructura del gránulo, con cadenas A, B y C ramificadas y no ramificadas. La amilosa rellena los huecos de la estructura de la amilopectina. Bajo el microscopio, los gránulos de almidón se ven como capas concéntricas, denominadas "anillos de crecimiento". Los gránulos de almidón también contienen almidón sintasa y enzimas sintetizadoras de amilopectina unidas al gránulo. Cabe destacar que los gránulos de almidón varían en tamaño y morfología entre los diferentes tejidos vegetales y especies. ^{[ 12 ]}

Los gránulos de estrés están compuestos de proteínas y ARN, y se forman a partir de grupos de ARNm cuya traducción no ha comenzado como resultado de condiciones ambientales, incluyendo estrés oxidativo , temperatura, toxinas y presión osmótica. Los gránulos de estrés también contienen factores de iniciación de la traducción, proteínas de unión a ARN (que representan el 50% de los componentes del gránulo) y proteínas que no se unen al ARN. Se forman mediante interacciones proteína-proteína entre proteínas de unión a ARNm y están influenciados por la metilación o fosforilación de proteínas. Contienen un "núcleo" con altas concentraciones de proteínas y ARNm y una región externa con menor concentración. Los gránulos de estrés tienen una estructura dinámica y pueden acoplarse e intercambiarse con los cuerpos P o el citoplasma. También pueden fusionarse y fisionarse en el citoplasma. ^{[ 13 ]}

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 alta temperatura. Estos gránulos son importantes por su papel en la localización del ARNm, las vías de señalización celular y los procesos antivirales. Una vez desensamblado, el ARN dentro de los gránulos de estrés puede volver a la traducción o eliminarse como desecho celular. Los gránulos de estrés pueden proteger el 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 FTLD . Sin embargo, los efectos de los gránulos de estrés en la fisiología celular aún están en estudio. ^{[ 13 ]}