Microsome

In cell biology, microsomes are heterogeneous vesicle-like artifacts (~20-200 nm diameter) re-formed from pieces of the endoplasmic reticulum (ER) when eukaryotic cells are broken-up in the laboratory; microsomes are not present in healthy, living cells.^[1]

Rough (containing ribosomes) and smooth (without ribosomes) microsomes are made from the endoplasmic reticulum through cell disruption. These microsomes have an inside that is exactly the same as the endoplasmic reticulum lumen. Both forms of microsomes can be purified by a process known as equilibrium density centrifugation. Rough and smooth microsomes do differ in their proteins and rough microsomes have shown occurrence of translation and translocation at the same time besides certain exceptions from proteins in yeast.

The Signal Hypothesis was postulated by Günter Blobel and David Sabatini in 1971, stating that a unique peptide sequence is encoded by mRNA specific for proteins destined for translocation across the ER membrane. This peptide signal directs the active ribosome to the membrane surface and creates the conditions for transfer of the nascent polypeptide across the membrane. The generalization of the Signal Hypothesis to include signals for every organelle and location within the cell had an impact far beyond illuminating the targeting of secretory proteins, as it introduced the concept of 'topogenic' signals for the first time. Before the Signal Hypothesis, it was almost inconceivable that information encoded in the polypeptide chain could determine the localization of proteins in the cell.^[2]

This relates to cell-free protein synthesis. Cell-free protein synthesis that is without microsomes has no way for incorporation into the microsomes to happen. This means that when microsomal membranes are presented later there isn't the removal of the signal sequence. With microsomes there, cell-free protein synthesis demonstrates cotranslational transport of the protein into the microsome and therefore the removal of the signal sequence. This process produces a mature protein chain. Studies have looked into the cell-free protein synthesis process when microsomes have their bound ribosomes stripped away from them. This explained certain details about endoplasmic reticulum signal sequences. Normally, a secretory protein only has its signal sequence removed if the microsomes are there for protein synthesis due to the secretory protein being incorporated into the microsomes. Protein transport doesn't happen if there is a late addition of microsomes after the completion of the protein synthesis process.

Protein extrusion into a microsome can be described by multiple factors. A protein has been extruded if it is resistant to proteases, is not resistant to proteases when detergents are present, or is glycosylated by enzymes residing in the microsomes. Additionally, another sign that a protein has been extruded is signal peptidase cleaving off the N-terminal signal peptide inside the microsome that may cause the protein to be smaller in size.

Microsomes also play a part in the Pulse-Chase experiments. The Pulse-Chase experiments showed that secreted proteins move across the endoplasmic reticulum membrane when the membranes are purified. It was important to take the endoplasmic reticulum away from the rest of the cell to look into translocation but this isn't possible due to how delicate and interconnected it is. This allowed microsomes to come into play as they have the majority of the biochemical properties of the endoplasmic reticulum. The microsomes are formed through homogenizing the cells and small closed vesicles with ribosomes outside being formed from rough endoplasmic reticulum breakdown. When microsomes were treated with protease, it was found that the polypeptide made by ribosomes ended in the microsomal lumen. This takes place even though the proteins are made on the cytosolic face of the endoplasmic reticulum membrane.

Otros experimentos han demostrado que los microsomas deben introducirse antes de que se traduzcan aproximadamente los primeros 70 aminoácidos para que la proteína secretora entre en el lumen microsomal. En este punto, 40 aminoácidos sobresalen del ribosoma y los 30 aminoácidos siguientes están en el canal ribosomal. La translocación cotraduccional explica que el transporte al lumen del retículo endoplasmático de las proteínas secretoras comienza con la proteína aún unida a los ribosomas y no completamente sintetizada. ^{[ 3 ]} Los microsomas pueden concentrarse y separarse de otros restos celulares mediante centrifugación diferencial . Las células intactas, los núcleos y las mitocondrias sedimentan a 10 000 g (donde g es la aceleración gravitatoria de la Tierra), mientras que las enzimas solubles y el RE fragmentado, que contiene citocromo P450 (CYP), permanecen en solución. A 100 000 g, lo que se logra mediante una rotación más rápida de la centrífuga, el RE sedimenta en forma de pellet, pero las enzimas solubles permanecen en el sobrenadante . De esta manera, el citocromo P450 en los microsomas se concentra y aísla. Los microsomas tienen un color marrón rojizo debido a la presencia del grupo hemo . Debido a la necesidad de un sistema proteico multicomponente, los microsomas son necesarios para analizar la actividad metabólica de las CYP. Estas CYP son muy abundantes en el hígado de ratas, ratones y humanos, pero también están presentes en todos los demás órganos y organismos.

Para obtener microsomas que contengan un CYP específico o para altas cantidades de enzima activa, los microsomas se preparan a partir de células de insecto Sf9 o en levadura mediante expresión heteróloga . Alternativamente, también se puede realizar la expresión en Escherichia coli de proteínas completas o truncadas. ^{[ 4 ] [ 5 ]} Por lo tanto, los microsomas son una herramienta valiosa para investigar el metabolismo de compuestos (inhibición enzimática, eliminación e identificación de metabolitos ) y para examinar interacciones farmacológicas mediante investigación in vitro . Los investigadores a menudo seleccionan lotes de microsomas en función del nivel de actividad enzimática de CYP específicos. Algunos lotes están disponibles para estudiar poblaciones específicas (por ejemplo, microsomas pulmonares de fumadores o no fumadores) o divididos en clasificaciones para cumplir con los niveles de actividad CYP objetivo para estudios de inhibición y metabolismo .

Los microsomas se utilizan para imitar la actividad del retículo endoplasmático en un tubo de ensayo y realizar experimentos que requieren la síntesis de proteínas en una membrana. Permiten a los científicos comprender cómo se sintetizan las proteínas en el retículo endoplasmático de una célula, al reconstituir el proceso en un tubo de ensayo.

Keefer et al. investigaron cómo se utilizan los microsomas hepáticos humanos y los hepatocitos humanos para estudiar la estabilidad metabólica y la inhibición en sistemas in vitro. Analizar sus similitudes y diferencias puede esclarecer los mecanismos del metabolismo , la permeabilidad pasiva y los transportadores. Se demostró que la permeabilidad pasiva es importante en el metabolismo y la inhibición enzimática en los hepatocitos humanos. Asimismo, el eflujo de P-gp tiene un papel menor en este mismo ámbito. Además, los microsomas hepáticos son más predictivos que los hepatocitos de la depuración in vivo cuando presentan una depuración intrínseca mayor que la de los hepatocitos. ^{[ 6 ]}

Iqbal, Jahangir y Al-Qarni estudiaron la proteína de transferencia de triglicéridos microsomales (MTP). La MTP es una proteína residente del retículo endoplasmático que participa en la transferencia de lípidos neutros a la apolipoproteína B naciente. La MTP es de gran utilidad para pacientes con abetalipoproteinemia que presentan mutaciones en este gen, debido a su influencia en el ensamblaje y la secreción de lipoproteínas que contienen apoB . Estas mutaciones en la MTP se asocian con la ausencia de circulación de lipoproteínas que contienen apoB. La MTP también participa en la biosíntesis de ésteres de colesterol y del clúster de diferenciación 1d. La transferencia de esfingolípidos a lipoproteínas que contienen apoB también se encuentra dentro de las funciones de la MTP. La MTP interviene en la homeostasis de lípidos y lipoproteínas y está relacionada con ciertas condiciones fisiopatológicas y enfermedades metabólicas . ^{[ 7 ]}

Wang et al. exploraron el metabolismo de fármacos in vitro utilizando microsomas hepáticos humanos y fracciones S9 de hígado humano. El estudio halló diferencias significativas entre los microsomas hepáticos humanos y las fracciones S9 de hígado humano en las concentraciones de enzimas metabolizadoras de fármacos y proteínas transportadoras. Se determinaron las correlaciones proteína-proteína de estas enzimas metabolizadoras de fármacos y transportadores en relación con las dos preparaciones hepáticas. ^{[ 8 ]}

• Citocromo P450
• Lista de trastornos del desarrollo biológico
• fracción S9
• Síntesis de proteínas sin células
• Experimentos de seguimiento por pulsos
• Centrifugación diferencial
• Proteína de transferencia de triglicéridos microsomales

• Microsomas en los encabezamientos de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.