Microsoma

En biología celular , los microsomas son estructuras heterogéneas con forma de vesícula (de aproximadamente 20 a 200  nm de diámetro) que se reforman a partir de fragmentos del retículo endoplasmático (RE) cuando las células eucariotas se rompen en el laboratorio ; los microsomas no están presentes en las células sanas y vivas. ^{[ 1 ]}

Los microsomas rugosos (que contienen ribosomas ) y lisos (sin ribosomas) se forman a partir del retículo endoplasmático mediante la ruptura celular . Estos microsomas poseen un interior idéntico al del lumen del retículo endoplasmático. Ambas formas de microsomas pueden purificarse mediante un proceso conocido como centrifugación en gradiente de densidad . Los microsomas rugosos y lisos difieren en sus proteínas, y se ha observado que los microsomas rugosos presentan traducción y translocación simultáneas, con algunas excepciones en proteínas de levadura.

La hipótesis de la señal fue postulada por Günter Blobel y David Sabatini en 1971, estableciendo que una secuencia peptídica única está codificada por el ARNm específico para las proteínas destinadas a la translocación a través de la membrana del RE. Esta señal peptídica dirige el ribosoma activo a la superficie de la membrana y crea las condiciones para la transferencia del polipéptido naciente a través de ella. La generalización de la hipótesis de la señal para incluir señales para cada orgánulo y ubicación dentro de la célula tuvo un impacto mucho mayor que el de esclarecer la localización de las proteínas secretoras, ya que introdujo por primera vez el concepto de señales "topogénicas". Antes de la hipótesis de la señal, era casi inconcebible que la información codificada en la cadena polipeptídica pudiera determinar la localización de las proteínas en la célula. ^{[ 2 ]}

Esto se relaciona con la síntesis de proteínas acelular . La síntesis de proteínas acelular, sin microsomas, no permite la incorporación a estos. Esto significa que, cuando se añaden membranas microsomales posteriormente, no se elimina la secuencia señal. En presencia de microsomas, la síntesis de proteínas acelular muestra un transporte cotraduccional de la proteína hacia el microsoma y, por lo tanto, la eliminación de la secuencia señal. Este proceso produce una cadena proteica madura. Se han realizado estudios sobre el proceso de síntesis de proteínas acelular cuando se eliminan los ribosomas unidos a los microsomas. Esto ha permitido aclarar ciertos detalles sobre las secuencias señal del retículo endoplasmático. Normalmente, la secuencia señal de una proteína secretora solo se elimina si los microsomas están presentes para la síntesis de proteínas, debido a que la proteína secretora se incorpora a los microsomas. El transporte de proteínas no se produce si se añaden microsomas tardíamente, una vez finalizado el proceso de síntesis de proteínas.

La extrusión de proteínas hacia un microsoma puede describirse mediante diversos factores. Una proteína se considera extruida si es resistente a las proteasas , si no lo es en presencia de detergentes o si es glicosilada por enzimas presentes en los microsomas. Además, otro indicio de extrusión es la escisión del péptido señal N-terminal por la peptidasa señal dentro del microsoma, lo que puede provocar una disminución del tamaño de la proteína.

Los microsomas también desempeñan un papel en los experimentos de marcaje y seguimiento . Estos experimentos demostraron que las proteínas secretadas se mueven a través de la membrana del retículo endoplasmático cuando esta se purifica. Era importante aislar el retículo endoplasmático del resto de la célula para estudiar la translocación, pero esto no es posible debido a su delicadeza e interconexión. Esto permitió que los microsomas entraran en juego, ya que poseen la mayoría de las propiedades bioquímicas del retículo endoplasmático. Los microsomas se forman mediante la homogeneización de las células y pequeñas vesículas cerradas con ribosomas en su exterior, que se forman a partir de la degradación del retículo endoplasmático rugoso. Cuando los microsomas se trataron con proteasa, se observó que el polipéptido sintetizado por los ribosomas terminaba en el lumen microsomal. Esto ocurre incluso cuando las proteínas se sintetizan en la cara citosólica de la membrana del retículo endoplasmático.

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.