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Endosoma

Micrografía electrónica de endosomas en células HeLa humanas . Se observan endosomas tempranos (E - marcados para EGFR, 5 minutos después de la internalización, y transferrina),...

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compartimentos de la vía endocítica
Micrografía electrónica de endosomas en células HeLa humanas . Se observan endosomas tempranos (E - marcados para EGFR, 5 minutos después de la internalización, y transferrina), endosomas tardíos/MVB (M) y lisosomas (L). Escala: 500 nm.

Los endosomas son un conjunto de orgánulos de clasificación intracelular en las células eucariotas . Forman parte de la vía de transporte de membrana endocítica que se origina en la red trans-Golgi . Las moléculas o ligandos internalizados desde la membrana plasmática pueden seguir esta vía hasta los lisosomas para su degradación o pueden reciclarse de vuelta a la membrana celular en el ciclo endocítico . Las moléculas también se transportan a los endosomas desde la red trans-Golgi y continúan su camino hacia los lisosomas o se reciclan de vuelta al aparato de Golgi .

Los endosomas se pueden clasificar como tempranos, de clasificación o tardíos según su etapa posterior a la internalización. [ 1 ] Los endosomas representan un compartimento de clasificación importante del sistema de endomembranas en las células. [ 2 ]

Función

Los endosomas proporcionan un entorno para que el material se clasifique antes de que llegue al lisosoma degradativo. [ 2 ] Por ejemplo, la lipoproteína de baja densidad (LDL) es captada por la célula al unirse al receptor de LDL en la superficie celular. Al llegar a los endosomas tempranos, la LDL se disocia del receptor, y este puede reciclarse a la superficie celular. La LDL permanece en el endosoma y se entrega a los lisosomas para su procesamiento. La LDL se disocia debido al entorno ligeramente acidificado del endosoma temprano, generado por una bomba de protones de la membrana vacuolar, la V-ATPasa . Por otro lado, el factor de crecimiento epidérmico (EGF) y el receptor de EGF tienen una unión resistente al pH que persiste hasta que se entrega a los lisosomas para su degradación. El receptor de manosa 6-fosfato transporta ligandos desde el Golgi destinados al lisosoma mediante un mecanismo similar.

Tipos

Existen tres tipos diferentes de endosomas: endosomas tempranos , endosomas tardíos y endosomas de reciclaje . [ 2 ] Se distinguen por el tiempo que tarda el material endocitado en llegar a ellos y por marcadores como Rabs . [ 3 ] También presentan morfologías diferentes. Una vez que las vesículas endocíticas se han desprovisto de su recubrimiento, se fusionan con los endosomas tempranos. Estos, a su vez, maduran en endosomas tardíos antes de fusionarse con los lisosomas. [ 4 ] [ 5 ]

Los endosomas tempranos maduran de varias maneras para formar endosomas tardíos. Se vuelven cada vez más ácidos principalmente a través de la actividad de la V-ATPasa. [ 6 ] Muchas moléculas que se reciclan se eliminan por concentración en las regiones tubulares de los endosomas tempranos. La pérdida de estos túbulos en las vías de reciclaje significa que los endosomas tardíos carecen en su mayoría de túbulos. También aumentan de tamaño debido a la fusión homotípica de endosomas tempranos en vesículas más grandes. [ 7 ] Las moléculas también se clasifican en vesículas más pequeñas que brotan de la membrana perimetral hacia el lumen del endosoma, formando vesículas intraluminales (ILV); esto conduce a la apariencia multivesicular de los endosomas tardíos y por eso también se les conoce como endosomas multivesiculares o cuerpos multivesiculares (MVB). La eliminación de moléculas de reciclaje como los receptores de transferrina y los receptores de manosa 6-fosfato continúa durante este período, probablemente a través de la gemación de vesículas fuera de los endosomas. [ 4 ] Finalmente, los endosomas pierden RAB5A y adquieren RAB7A , lo que los hace competentes para fusionarse con los lisosomas. [ 7 ]

Se ha demostrado que la fusión de endosomas tardíos con lisosomas da lugar a la formación de un compartimento híbrido, con características intermedias entre los dos compartimentos de origen. [ 8 ] Por ejemplo, los lisosomas son más densos que los endosomas tardíos, y los híbridos tienen una densidad intermedia. Los lisosomas se reforman mediante recondensación hasta alcanzar su densidad normal, más elevada. Sin embargo, antes de que esto ocurra, otros endosomas tardíos pueden fusionarse con el híbrido.

Parte del material se recicla a la membrana plasmática directamente desde los endosomas tempranos, [ 9 ] pero la mayor parte se transporta a través de endosomas de reciclaje.

  • Los endosomas tempranos consisten en una red tubular-vesicular dinámica (vesículas de hasta 1  μm de diámetro con túbulos conectados de aproximadamente 50  nm de diámetro). Los marcadores incluyen RAB5A y RAB4, transferrina y su receptor y EEA1 .
  • Los endosomas tardíos , también conocidos como MVB, son principalmente esféricos, carecen de túbulos y contienen muchas vesículas intraluminales densamente empaquetadas. Entre sus marcadores se incluyen los receptores RAB7, RAB9 y de manosa 6-fosfato. [ 10 ] Además, la membrana del endosoma tardío (y, por consiguiente, el lisosoma) contiene un lípido peculiar y único llamado BMP o LBPA, que no se encuentra en la membrana de ningún otro orgánulo. [ 11 ] [ 12 ]
  • Los endosomas de reciclaje se concentran en el centro organizador de microtúbulos y consisten en una red principalmente tubular. Marcador: RAB11. [ 13 ]

Existen más subtipos en células especializadas como las células polarizadas y los macrófagos .

Los fagosomas , macropinosomas y autofagosomas [ 14 ] maduran de manera similar a los endosomas y pueden requerir la fusión con endosomas normales para su maduración. Algunos patógenos intracelulares subvierten este proceso, por ejemplo, impidiendo la adquisición de RAB7. [ 15 ]

Los endosomas tardíos/MVB a veces se denominan vesículas transportadoras endocíticas , pero este término se utilizaba para describir las vesículas que brotan de los endosomas tempranos y se fusionan con los endosomas tardíos. Sin embargo, varias observaciones (descritas anteriormente) han demostrado que es más probable que el transporte entre estos dos compartimentos se produzca mediante un proceso de maduración, en lugar de un transporte vesicular.

Otra característica distintiva que diferencia a las distintas clases de endosomas es la composición lipídica de sus membranas. Se ha observado que los fosfatidilinositol fosfatos (PIP), una de las moléculas de señalización lipídica más importantes , difieren a medida que los endosomas maduran, desde los endosomas tempranos hasta los tardíos. El PI(4,5)P₂ está presente en las membranas plasmáticas , el PI(3)P en los endosomas tempranos, el PI(3,5)P₂ en los endosomas tardíos y el PI(4)P en la red trans-Golgi . [ 16 ] Estos lípidos en la superficie de los endosomas ayudan en el reclutamiento específico de proteínas del citosol, proporcionándoles así una identidad. La interconversión de estos lípidos es el resultado de la acción concertada de fosfoinosítido quinasas y fosfatasas que se localizan estratégicamente. [ 17 ]

Senderos

vía endocítica de la célula animal
Diagrama de las vías que se cruzan con los endosomas en la vía endocítica de las células animales. Se muestran ejemplos de moléculas que siguen algunas de estas vías, como los receptores del EGF, la transferrina y las hidrolasas lisosomales. No se muestran los endosomas de reciclaje ni los compartimentos y vías presentes en células más especializadas.

Existen tres compartimentos principales con vías de comunicación que se conectan con los endosomas. En células especializadas, como los melanocitos y las células polarizadas, existen más vías. Por ejemplo, en las células epiteliales , un proceso especial llamado transcitosis permite que ciertos materiales entren por un lado de la célula y salgan por el lado opuesto. Además, en ciertas circunstancias, los endosomas tardíos/MVB se fusionan con la membrana plasmática en lugar de con los lisosomas, liberando las vesículas luminales, ahora llamadas exosomas , al medio extracelular.

No existe consenso sobre la naturaleza exacta de estas rutas, y el recorrido secuencial que sigue una carga determinada en una situación dada suele ser objeto de debate.

A/desde el aparato de Golgi

Las vesículas pasan entre el Golgi y los endosomas en ambas direcciones. Los adaptadores de vesículas recubiertas de clatrina GGA y AP-1 hacen vesículas en el Golgi que transportan moléculas a los endosomas. [ 18 ] En la dirección opuesta, el retromero genera vesículas en los endosomas tempranos que transportan moléculas de vuelta al Golgi. Algunos estudios describen una vía de tráfico retrógrado desde los endosomas tardíos al Golgi mediada por Rab9 y TIP47 , pero otros estudios refutan estos hallazgos. Las moléculas que siguen estas vías incluyen los receptores de manosa-6-fosfato que transportan hidrolasas lisosomales a la vía endocítica. Las hidrolasas se liberan en el ambiente ácido de los endosomas, y el receptor es recuperado al Golgi por el retromero y Rab9.

Membrana plasmática hacia/desde los endosomas tempranos (a través de endosomas de reciclaje)

Las moléculas se transportan desde la membrana plasmática a los endosomas tempranos en vesículas endocíticas . Las moléculas pueden internalizarse mediante endocitosis mediada por receptores en vesículas recubiertas de clatrina . Otros tipos de vesículas también se forman en la membrana plasmática para esta vía, incluidas las que utilizan caveolina . Las vesículas también transportan moléculas directamente de vuelta a la membrana plasmática, pero muchas moléculas se transportan en vesículas que primero se fusionan con endosomas de reciclaje. [ 19 ] Las moléculas que siguen esta vía de reciclaje se concentran en los túbulos de los endosomas tempranos. Las moléculas que siguen estas vías incluyen los receptores para LDL , el factor de crecimiento epidérmico (EGF) y la proteína de transporte de hierro transferrina. La internalización de estos receptores desde la membrana plasmática ocurre por endocitosis mediada por receptores. El LDL se libera en los endosomas debido al pH más bajo, y el receptor se recicla a la superficie celular. El colesterol se transporta en la sangre principalmente por (LDL), y el transporte por el receptor de LDL es el mecanismo principal por el cual las células captan el colesterol. Los EGFR se activan cuando se une el EGF. Los receptores activados estimulan su propia internalización y degradación en los lisosomas. El EGF permanece unido al receptor de EGF (EGFR) una vez que es endocitado a los endosomas. Los EGFR activados estimulan su propia ubiquitinación, y esto los dirige a vesículas luminales (ver más adelante) y por lo tanto no se reciclan a la membrana plasmática. Esto elimina la porción de señalización de la proteína del citosol y por lo tanto previene la estimulación continua del crecimiento [ 20 ] - en células no estimuladas con EGF, los EGFR no tienen EGF unido a ellos y por lo tanto se reciclan si llegan a los endosomas. [ 21 ] La transferrina también permanece asociada a su receptor, pero, en el endosoma ácido, el hierro se libera de la transferrina, y luego la transferrina libre de hierro (todavía unida al receptor de transferrina) regresa del endosoma temprano a la superficie celular, tanto directamente como a través de endosomas de reciclaje. [ 22 ]

De endosomas tardíos a lisosomas

El transporte desde los endosomas tardíos a los lisosomas es, en esencia, unidireccional, ya que un endosoma tardío se "consume" en el proceso de fusión con un lisosoma (a veces llamado endolisosoma [ 23 ] [ 24 ] ). Por lo tanto, las moléculas solubles en el lumen de los endosomas tenderán a terminar en los lisosomas, a menos que sean recuperadas de alguna manera. Las proteínas transmembrana pueden ser entregadas a la membrana perimetral o al lumen de los lisosomas. Las proteínas transmembrana destinadas al lumen del lisosoma se clasifican en las vesículas que brotan de la membrana perimetral hacia los endosomas, un proceso que comienza en los endosomas tempranos. Se cree que el proceso de creación de vesículas dentro del endosoma se ve potenciado por el peculiar lípido BMP o LBPA, que solo se encuentra en los endosomas tardíos, endolisosomas o lisosomas. [ 12 ] Cuando el endosoma ha madurado a un endosoma tardío/MVB y se fusiona con un lisosoma, las vesículas en el lumen se entregan al lumen del lisosoma. Las proteínas se marcan para esta vía mediante la adición de ubiquitina . [ 25 ] Los complejos de clasificación endosómica requeridos para el transporte (ESCRT) reconocen esta ubiquitina y clasifican la proteína en las vesículas luminales en formación. [ 26 ] Las moléculas que siguen estas vías incluyen LDL y las hidrolasas lisosomales entregadas por los receptores de manosa-6-fosfato. Estas moléculas solubles permanecen en los endosomas y, por lo tanto, se entregan a los lisosomas. Además, los EGFR transmembrana, unidos al EGF, se marcan con ubiquitina y, por lo tanto, se clasifican en vesículas luminales por los ESCRT.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Stoorvogel W, Strous GJ, Geuze HJ, Oorschot V, Schwartz AL (mayo de 1991). "Los endosomas tardíos derivan de los endosomas tempranos por maduración". Cell . 65 (3): 417–27 . doi : 10.1016/0092-8674(91 ) 90459-C . PMID 1850321. S2CID 31539542 .  
  2. 1 2 3 Mellman I (1996). "Endocitosis y clasificación molecular". Annual Review of Cell and Developmental Biology . 12 : 575–625 . doi : 10.1146/annurev.cellbio.12.1.575 . PMID 8970738 . 
  3. ↑ Stenmark H (agosto de 2009). " Las GTPasas Rab como coordinadoras del tráfico de vesículas". Nature Reviews. Biología Celular Molecular . 10 (8): 513– 25. doi : 10.1038/nrm2728 . PMID 19603039. S2CID 33236823 .  
  4. 1 2 Futter CE, Pearse A, Hewlett LJ, Hopkins CR (marzo de 1996). "Los endosomas multivesiculares que contienen complejos EGF-receptor de EGF internalizados maduran y luego se fusionan directamente con los lisosomas" . The Journal of Cell Biology . 132 (6): 1011– 23. doi : 10.1083/jcb.132.6.1011 . PMC 2120766. PMID 8601581 .  
  5. ↑ Luzio JP, Rous BA, Bright NA, Pryor PR, Mullock BM, Piper RC (mayo de 2000). "Fusión lisosoma-endosoma y biogénesis lisosómica" . Journal of Cell Science . 113 (Pt 9) (9): 1515–24 . doi : 10.1242/jcs.113.9.1515 . PMID 10751143 . 
  6. ↑ Lafourcade C, Sobo K, Kieffer-Jaquinod S, Garin J, van der Goot FG (julio de 2008). Joly E (ed.). "La regulación de la V-ATPasa a lo largo de la vía endocítica ocurre a través de la asociación reversible de subunidades y la localización en la membrana" . PLOS ONE . 3 (7) e2758. Bibcode : 2008PLoSO...3.2758L . doi : 10.1371/journal.pone.0002758 . PMC 2447177. PMID 18648502 .  
  7. 1 2 Rink J, Ghigo E, Kalaidzidis Y, Zerial M (septiembre de 2005). "Conversión de Rab como mecanismo de progresión de endosomas tempranos a tardíos" . Cell . 122 (5): 735–49 . doi : 10.1016/j.cell.2005.06.043 . PMID 16143105 . 
  8. ↑ Mullock BM, Bright NA, Fearon CW, Gray SR, Luzio JP (febrero de 1998). "La fusión de lisosomas con endosomas tardíos produce un orgánulo híbrido de densidad intermedia y depende de NSF" . The Journal of Cell Biology . 140 (3): 591– 601. doi : 10.1083/jcb.140.3.591 . PMC 2140175. PMID 9456319 .  
  9. ↑ Hopkins CR, Trowbridge IS (agosto de 1983). "Internalización y procesamiento de la transferrina y el receptor de transferrina en células de carcinoma humano A431" . The Journal of Cell Biology . 97 (2): 508–21 . doi : 10.1083/jcb.97.2.508 . PMC 2112524. PMID 6309862 .  
  10. ↑ Russell MR, Nickerson DP, Odorizzi G (agosto de 2006). "Mecanismos moleculares de la morfología, identidad y clasificación de los endosomas tardíos". Current Opinion in Cell Biology . 18 (4): 422–8 . doi : 10.1016/j.ceb.2006.06.002 . PMID 16781134 . 
  11. ^ Kobayashi, Toshihide; Beuchat, Marie-Hélène; Chevallier, Julien; Makino, Asami; Mayrán, Nathalie; Escola, Jean-Michel; Lebrand, Cécile; Cosson, Pedro; Kobayashi, Tetsuyuki; Gruenberg, Jean (30 de agosto de 2002). "Separación y caracterización de dominios de membrana endosómica tardía" . La Revista de Química Biológica . 277 (35): 32157– 32164. doi : 10.1074/jbc.M202838200 . ISSN 0021-9258 . PMID 12065580 .  
  12. 1 2 Hullin-Matsuda, F.; Luquain-Costaz, C.; Bouvier, J.; Delton-Vandenbroucke, I. (noviembre de 2009). "Bis(monoacilglicerol)fosfato, un fosfolípido peculiar para controlar el destino del colesterol: Implicaciones en patología". Prostaglandinas, leucotrienos y ácidos grasos esenciales . 81 ( 5– 6): 313– 324. doi : 10.1016/j.plefa.2009.09.006 . ISSN 1532-2823 . PMID 19857945 .  
  13. ↑ Ullrich O, Reinsch S, Urbé S, Zerial M, Parton RG (noviembre de 1996). "Rab11 regula el reciclaje a través del endosoma de reciclaje pericentriolar" . The Journal of Cell Biology . 135 (4): 913–24 . doi : 10.1083/jcb.135.4.913 . PMC 2133374. PMID 8922376 .  
  14. ↑ Fader CM, Colombo MI (enero de 2009). "Autofagia y cuerpos multivesiculares: dos socios estrechamente relacionados" . Cell Death and Differentiation . 16 (1): 70–8 . doi : 10.1038/cdd.2008.168 . PMID 19008921 . 
  15. ↑ Körner U, Fuss V, Steigerwald J, Moll H (febrero de 2006). "Biogénesis de vacuolas que albergan Leishmania major en células dendríticas murinas" . Infection and Immunity . 74 (2): 1305–12 . doi : 10.1128/IAI.74.2.1305-1312.2006 . PMC 1360340. PMID 16428780 .  
  16. ↑ van Meer G, Voelker DR, Feigenson GW (febrero de 2008). "Lípidos de membrana: dónde están y cómo se comportan" . Nature Reviews. Biología Celular Molecular . 9 (2): 112– 24. doi : 10.1038/nrm2330 . PMC 2642958. PMID 18216768 .  
  17. ↑ Di Paolo G, De Camilli P (octubre de 2006). "Fosfoinosítidos en la regulación celular y la dinámica de la membrana". Nature . 443 ( 7112): 651– 7. Bibcode : 2006Natur.443..651D . doi : 10.1038/nature05185 . PMID 17035995. S2CID 4421550 .  
  18. ↑ Ghosh P, Kornfeld S (julio de 2004). "Las proteínas GGA: actores clave en la clasificación de proteínas en la red trans-Golgi". European Journal of Cell Biology . 83 (6): 257– 62. doi : 10.1078/0171-9335-00374 . PMID 15511083 . 
  19. ↑ Grant BD, Donaldson JG (septiembre de 2009). " Vías y mecanismos del reciclaje endocítico" . Nature Reviews. Biología Celular Molecular . 10 (9): 597– 608. doi : 10.1038/nrm2755 . PMC 3038567. PMID 19696797 .  
  20. ↑ Futter CE, Collinson LM, Backer JM, Hopkins CR (diciembre de 2001). "La VPS34 humana es necesaria para la formación de vesículas internas dentro de los endosomas multivesiculares" . The Journal of Cell Biology . 155 (7): 1251– 64. doi : 10.1083/jcb.200108152 . PMC 2199316. PMID 11756475 .  
  21. ↑ Felder S, Miller K, Moehren G, Ullrich A, Schlessinger J, Hopkins CR (mayo de 1990). "La actividad de la quinasa controla la clasificación del receptor del factor de crecimiento epidérmico dentro del cuerpo multivesicular". Cell . 61 ( 4): 623–34 . doi : 10.1016/0092-8674(90)90474-S . PMID 2344614. S2CID 22770514 .  
  22. ↑ Dautry-Varsat A (marzo de 1986). "Endocitosis mediada por receptores: el viaje intracelular de la transferrina y su receptor". Biochimie . 68 (3): 375–81 . doi : 10.1016/S0300-9084(86)80004-9 . PMID 2874839 . 
  23. ↑ Jackson CB, Farzan M, Chen B, Choe H (2022). "Mecanismos de entrada del SARS-CoV-2 en las células" . Nature Reviews Molecular Cell Biology . 23 (1): 3– 20. doi : 10.1038/s41580-021-00418-x . PMC 8491763. PMID 34611326 .  
  24. ↑ Khan N, Chen X, Geiger JD (2020). "Papel de los endolisosomas en la infección por el coronavirus del síndrome respiratorio agudo grave-2 y la patogénesis de la enfermedad por coronavirus 2019: implicaciones para posibles tratamientos" . Frontiers in Pharmacology . 11 595888. doi : 10.3389/fphar.2020.595888 . PMC 7723437. PMID 33324224 .  
  25. ↑ Hicke L, Dunn R (2003). "Regulación del transporte de proteínas de membrana por ubiquitina y proteínas de unión a ubiquitina". Annual Review of Cell and Developmental Biology . 19 : 141–72 . doi : 10.1146/annurev.cellbio.19.110701.154617 . PMID 14570567 . 
  26. ↑ Hurley JH (febrero de 2008). " Complejos ESCRT y la biogénesis de cuerpos multivesiculares" . Current Opinion in Cell Biology . 20 (1): 4– 11. doi : 10.1016/j.ceb.2007.12.002 . PMC 2282067. PMID 18222686 .  
  • Alberts, Bruce; et  al. (2004). Biología celular esencial (2.ª  ed.). Nueva York, NY: Garland Science. ISBN 978-0-8153-3480-4.
  • Estructuras 3D de algunas proteínas asociadas a la membrana del endosoma.