Secreción

Las células eucariotas , incluidas las humanas , poseen un proceso de secreción altamente evolucionado . Las proteínas destinadas al exterior se sintetizan mediante ribosomas anclados al retículo endoplasmático rugoso (RE). A medida que se sintetizan, estas proteínas se translocan al lumen del RE , donde se glicosilan y donde las chaperonas moleculares ayudan al plegamiento proteico . Las proteínas mal plegadas suelen identificarse en este punto y retrotranslocarse al citosol mediante degradación asociada al RE , donde son degradadas por un proteasoma . Las vesículas que contienen las proteínas correctamente plegadas entran entonces en el aparato de Golgi .

En el aparato de Golgi, se modifica la glicosilación de las proteínas y pueden ocurrir modificaciones postraduccionales adicionales , como la escisión y la funcionalización. Posteriormente, las proteínas se transportan a vesículas secretoras que se desplazan a lo largo del citoesqueleto hasta el borde de la célula. En estas vesículas pueden producirse más modificaciones (por ejemplo, la insulina se escinde de la proinsulina ).

Finalmente, se produce la fusión de vesículas con la membrana celular en los porosomas, mediante un proceso llamado exocitosis , liberando su contenido fuera del entorno celular. ^{[ 2 ]}

Se mantiene un estricto control bioquímico sobre esta secuencia mediante el uso de un gradiente de pH : el pH del citosol es 7,4, el del RE es 7,0 y el del cis-golgi es 6,5. Las vesículas secretoras tienen un pH que oscila entre 5,0 y 6,0; algunas vesículas secretoras evolucionan hacia lisosomas , que tienen un pH de 4,8.

Muchos tipos de células humanas tienen la capacidad de secretar. Poseen un retículo endoplasmático y un aparato de Golgi bien desarrollados para cumplir esta función. Entre los tejidos que producen secreciones se encuentran el tracto gastrointestinal , que secreta enzimas digestivas y ácido gástrico ; los pulmones , que secretan surfactantes ; y las glándulas sebáceas , que secretan sebo para lubricar la piel y el cabello. Las glándulas de Meibomio en el párpado secretan meibum para lubricar y proteger el ojo.

La secreción de tipo I es un sistema de secreción dependiente de chaperonas que emplea los grupos de genes Hly y Tol. El proceso comienza cuando una secuencia señal de la proteína que se va a secretar es reconocida por HlyA y se une a HlyB en la membrana. Esta secuencia señal es extremadamente específica para el transportador ABC. El complejo HlyAB estimula a HlyD, que comienza a desenrollarse y llega a la membrana externa, donde TolC reconoce una molécula terminal o señal en HlyD. HlyD recluta a TolC a la membrana interna y HlyA se excreta fuera de la membrana externa a través de un canal proteico de túnel largo.

El sistema de secreción de tipo I transporta diversas moléculas, desde iones y fármacos hasta proteínas de distintos tamaños (20-900 kDa). Las moléculas secretadas varían en tamaño, desde el pequeño péptido colicina V de Escherichia coli (10 kDa) hasta la proteína de adhesión celular LapA de Pseudomonas fluorescens (520 kDa). ^{[ 7 ]} Las mejor caracterizadas son las toxinas RTX y las lipasas. La secreción de tipo I también participa en la exportación de sustratos no proteínicos como los β-glucanos cíclicos y los polisacáridos.

Las proteínas secretadas a través del sistema de tipo II, o rama terminal principal de la vía secretora general, dependen del sistema Sec o Tat para su transporte inicial al periplasma . Una vez allí, atraviesan la membrana externa mediante un complejo multimérico (de 12 a 14 subunidades) de proteínas secretinas formadoras de poros. Además de la proteína secretina, otras 10 a 15 proteínas de las membranas interna y externa componen el aparato de secreción completo, muchas de ellas con función aún desconocida. Los pili de tipo IV de las bacterias Gram negativas utilizan una versión modificada del sistema de tipo II para su biogénesis, y en algunos casos ciertas proteínas se comparten entre un complejo de pili y el sistema de tipo II dentro de una misma especie bacteriana.

Es homólogo al cuerpo basal de los flagelos bacterianos. Es como una jeringa molecular a través de la cual una bacteria (por ejemplo, ciertos tipos de Salmonella , Shigella , Yersinia , Vibrio ) puede inyectar proteínas en células eucariotas. La baja concentración de Ca²⁺ ^en el citosol abre la compuerta que regula el T3SS. Un ejemplo de este mecanismo para detectar bajas concentraciones de calcio es el antígeno lcrV (Low Calcium Response) utilizado por Yersinia pestis , que se emplea para detectar bajas concentraciones de calcio e induce la unión al T3SS. El sistema Hrp en patógenos vegetales inyecta harpinas y proteínas efectoras del patógeno en las plantas mediante mecanismos similares. Este sistema de secreción se descubrió por primera vez en Yersinia pestis y demostró que las toxinas podían inyectarse directamente desde el citoplasma bacteriano al citoplasma de las células del huésped, en lugar de simplemente secretarse al medio extracelular. ^{[ 8 ]}

Es homólogo a la maquinaria de conjugación de las bacterias, los pili conjugativos . Es capaz de transportar tanto ADN como proteínas. Fue descubierto en Agrobacterium tumefaciens , que utiliza este sistema para introducir la porción de T-ADN del plásmido Ti en el huésped vegetal, lo que a su vez hace que el área afectada se desarrolle en una agalla de corona (tumor). Helicobacter pylori utiliza un sistema de secreción de tipo IV para entregar CagA en las células epiteliales gástricas, lo que está asociado con la carcinogénesis gástrica. ^{[ 9 ]} Bordetella pertussis , el agente causal de la tos ferina, secreta la toxina pertussis parcialmente a través del sistema de tipo IV. Legionella pneumophila , el agente causal de la legionelosis (enfermedad de los legionarios) , utiliza un sistema de secreción de tipo IVB , conocido como sistema icm/dot ( multiplicación intracelular / defecto en los genes de transporte de orgánulos ), para translocar numerosas proteínas efectoras a su huésped eucariota. ^{[ 10 ]} El sistema de secreción de tipo IVA prototípico es el complejo VirB de Agrobacterium tumefaciens . ^{[ 11 ]}

Las proteínas de esta familia son componentes del sistema de secreción de tipo IV. Median la transferencia intracelular de macromoléculas mediante un mecanismo ancestralmente relacionado con el de las maquinarias de conjugación bacterianas . ^{[ 12 ] [ 13 ]}

También llamado sistema de autotransporte, ^{[ 16 ]} la secreción de tipo V implica el uso del sistema Sec para cruzar la membrana interna. Las proteínas que utilizan esta vía tienen la capacidad de formar un barril beta con su extremo C-terminal que se inserta en la membrana externa, permitiendo que el resto del péptido (el dominio pasajero) llegue al exterior de la célula. A menudo, los autotransportadores se escinden, dejando el dominio del barril beta en la membrana externa y liberando el dominio pasajero. Algunos investigadores creen que los restos de los autotransportadores dieron origen a las porinas que forman estructuras de barril beta similares. ^{[ 17 ]} Un ejemplo común de un autotransportador que utiliza este sistema de secreción son las adhesinas autotransportadoras triméricas . ^{[ 18 ]}

Los sistemas de secreción de tipo VI fueron identificados originalmente en 2006 por el grupo de John Mekalanos en la Facultad de Medicina de Harvard (Boston, EE. UU.) en dos patógenos bacterianos, Vibrio cholerae y Pseudomonas aeruginosa . ^{[ 19 ] [ 20 ]} Estos fueron identificados cuando mutaciones en los genes Hcp y VrgG en Vibrio cholerae llevaron a una disminución de la virulencia y patogenicidad. Desde entonces, se han encontrado sistemas de secreción de tipo VI en una cuarta parte de todos los genomas de proteobacterias, incluidos patógenos animales, vegetales y humanos, así como bacterias del suelo, ambientales o marinas. ^{[ 21 ] [ 22 ]} Si bien la mayoría de los primeros estudios de secreción de tipo VI se centraron en su papel en la patogénesis de organismos superiores, estudios más recientes sugirieron un papel fisiológico más amplio en la defensa contra depredadores eucariotas simples y su papel en las interacciones entre bacterias. ^{[ 23 ] [ 24 ]} Los grupos de genes del sistema de secreción de tipo VI contienen de 15 a más de 20 genes, dos de los cuales, Hcp y VgrG, han demostrado ser sustratos secretados casi universalmente por el sistema. El análisis estructural de estas y otras proteínas de este sistema presenta una sorprendente semejanza con la espícula de la cola del fago T4, y se cree que la actividad del sistema se asemeja funcionalmente a la infección por fagos. ^{[ 25 ]}

Además del uso de los complejos multiproteicos mencionados anteriormente, las bacterias Gram negativas poseen otro método para liberar material: la formación de vesículas de membrana externa bacteriana . ^{[ 26 ]} Porciones de la membrana externa se desprenden, formando estructuras esféricas a nanoescala compuestas por una bicapa lipídica rica en lipopolisacáridos que encierra materiales periplásmicos, y se utilizan para el tráfico de vesículas de membrana para manipular el entorno o invadir en la interfaz huésped-patógeno . Se ha descubierto que las vesículas de varias especies bacterianas contienen factores de virulencia, algunas tienen efectos inmunomoduladores y otras pueden adherirse directamente a las células del huésped e intoxicarlas. Si bien se ha demostrado que la liberación de vesículas es una respuesta general a condiciones de estrés, el proceso de carga de proteínas parece ser selectivo. ^{[ 27 ]}