Endocitosis

La endocitosis es un proceso celular en el que se introducen sustancias en la célula. El material que se internalizará está rodeado por un área de membrana celular, que luego brota dentro de la célula para formar una vesícula que contiene el material ingerido. La endocitosis incluye pinocitosis (beber células) y fagocitosis (comer células). Es una forma de transporte activo.

Historia

El término fue propuesto por De Duve en 1963. La fagocitosis fue descubierta por Élie Metchnikoff en 1882.

Vías de endocitosis

Las vías de endocitosis se pueden subdividir en cuatro categorías: a saber, endocitosis mediada por receptor (también conocida como endocitosis mediada por clatrina), caveolas, pinocitosis y fagocitosis.

• La endocitosis mediada por clatrina está mediada por la producción de vesículas pequeñas (aproximadamente 100 nm de diámetro) que tienen una cubierta morfológicamente característica compuesta por la proteína citosólica clatrina. Las vesículas recubiertas de clatrina (CCV) se encuentran en prácticamente todas las células y forman dominios de la membrana plasmática denominados fosas recubiertas de clatrina. Las fosas recubiertas pueden concentrar grandes moléculas extracelulares que tienen diferentes receptores responsables de la endocitosis de ligandos mediada por receptores, por ejemplo, lipoproteínas de baja densidad, transferrina, factores de crecimiento, anticuerpos y muchos otros.

El estudio en células de mamíferos confirma una reducción en el tamaño de la capa de clatrina en un entorno de mayor tensión. Además, sugiere que los dos modos de ensamblaje de la clatrina aparentemente distintos, a saber, los hoyos recubiertos y las placas recubiertas, observados en investigaciones experimentales, podrían ser consecuencia de tensiones variadas en la membrana plasmática.

• Las caveolas son las yemas de membrana plasmática no recubiertas de clatrina más comúnmente reportadas, que existen en la superficie de muchos, pero no de todos los tipos de células. Se componen de la proteína transportadora de colesterol caveolina (Vip21) con una bicapa enriquecida en colesterol y glicolípidos. Las caveolas son hoyos pequeños (aprox. 50 nm de diámetro) en forma de matraz en la membrana que se asemejan a la forma de una cueva (de ahí el nombre caveolae). Pueden constituir hasta un tercio del área de la membrana plasmática de las células de algunos tejidos, siendo especialmente abundantes en el músculo liso, neumocitos tipo I, fibroblastos, adipocitos y células endoteliales. También se cree que la captación de moléculas extracelulares está mediada específicamente a través de receptores en las caveolas.
  • La potocitosis es una forma de endocitosis mediada por receptores que utiliza vesículas caveolas para llevar moléculas de varios tamaños a la célula. A diferencia de la mayoría de las endocitosis que utilizan caveolas para llevar el contenido de las vesículas a los lisosomas u otros orgánulos, el material sometido a endocitosis a través de la potocitosis se libera al citosol.
• La pinocitosis, que por lo general ocurre en regiones muy rugosas de la membrana plasmática, es la invaginación de la membrana celular para formar una bolsa, que luego se pellizca dentro de la célula para formar una vesícula (de 0,5 a 5 µm de diámetro) llena de un gran volumen de líquido extracelular y moléculas dentro de él (equivalente a ~ 100 CCV). El llenado de la bolsa se produce de manera no específica. Luego, la vesícula viaja al citosol y se fusiona con otras vesículas, como endosomas y lisosomas.
• La fagocitosis es el proceso mediante el cual las células se unen e internalizan partículas de más de 0,75 µm de diámetro, como partículas de polvo de pequeño tamaño, restos celulares, microorganismos y células apoptóticas. Estos procesos implican la captación de áreas de membrana más grandes que la endocitosis mediada por clatrina y la vía de las caveolas.

Experimentos más recientes han sugerido que estas descripciones morfológicas de eventos endocíticos pueden ser inadecuadas, y un método de clasificación más apropiado puede basarse en la dependencia de clatrina de vías particulares, con múltiples subtipos de endocitosis dependiente de clatrina e independiente de clatrina. Ha faltado una visión mecanicista de la endocitosis independiente de la clatrina no fagocítica, pero un estudio reciente ha demostrado cómo Graf1 regula una vía endocítica independiente de la clatrina altamente prevalente conocida como la vía CLIC/GEEC.

Componentes principales de la vía endocítica

La vía endocítica de las células de mamífero consta de distintos compartimentos de membrana, que internalizan moléculas de la membrana plasmática y las reciclan de regreso a la superficie (como en los endosomas tempranos y los endosomas de reciclaje), o las clasifican para su degradación (como en los endosomas y lisosomas tardíos). Los componentes principales de la vía endocítica son:

• Los primeros endosomas son el primer compartimento de la vía endocítica. Los primeros endosomas a menudo se ubican en la periferia de la célula y reciben la mayoría de los tipos de vesículas que provienen de la superficie celular. Tienen una estructura tubulo-vesicular característica (vesículas de hasta 1 µm de diámetro con túbulos conectados de aproximadamente 50 nm de diámetro) y un pH ligeramente ácido. Son principalmente orgánulos de clasificación en los que muchos ligandos sometidos a endocitosis se disocian de sus receptores en el pH ácido del compartimento, y desde los cuales muchos de los receptores se reciclan a la superficie celular (a través de los túbulos). También es el sitio de clasificación en la vía transcitótica a compartimentos posteriores (como endosomas tardíos o lisosomas) a través de compartimentos transvesiculares (como cuerpos multivesiculares (MVB) o vesículas transportadoras endosómicas (ECV)).
• Los endosomas tardíos reciben material endocitosado en el camino hacia los lisosomas, generalmente de los endosomas tempranos en la vía endocítica, de la red trans-Golgi (TGN) en la vía biosintética y de los fagosomas en la vía fagocítica. Los endosomas tardíos a menudo contienen proteínas características de los nucleosomas, las mitocondrias y los ARNm, incluidas las glicoproteínas de la membrana lisosomal y las hidrolasas ácidas. Son ácidos (pH aprox. 5,5) y forman parte de la vía de tráfico de los receptores de manosa-6-fosfato. Se cree que los endosomas tardíos median en un conjunto final de eventos de clasificación antes de la entrega de material a los lisosomas.
• Los lisosomas son el último compartimento de la vía endocítica. Su función principal es descomponer los productos de desecho celular, grasas, carbohidratos, proteínas y otras macromoléculas en compuestos simples. Luego, estos se devuelven al citoplasma como nuevos materiales de construcción celular. Para lograr esto, los lisosomas utilizan unos 40 tipos diferentes de enzimas hidrolíticas, todas las cuales se fabrican en el retículo endoplásmico, se modifican en el aparato de Golgi y funcionan en un ambiente ácido.El pH aproximado de un lisosoma es de 4,8 y por microscopía electrónica (EM) suele aparecer como grandes vacuolas (1-2 µm de diámetro) que contienen material denso en electrones. Tienen un alto contenido de proteínas de membrana lisosomal e hidrolasas lisosomales activas, pero no tienen receptor de manosa-6-fosfato. Generalmente se les considera como el principal compartimento hidrolítico de la célula.

Recientemente se descubrió que un eisosoma sirve como portal de endocitosis en la levadura.

Endocitosis mediada por clatrina

La ruta principal para la endocitosis en la mayoría de las células, y la mejor entendida, es la mediada por la molécula clatrina. Esta gran proteína ayuda a la formación de un hoyo recubierto en la superficie interna de la membrana plasmática de la célula. Este pozo luego brota en la célula para formar una vesícula recubierta en el citoplasma de la célula. Al hacerlo, introduce en la célula no solo una pequeña área de la superficie de la célula, sino también un pequeño volumen de fluido desde el exterior de la célula.

Las capas funcionan para deformar la membrana donante para producir una vesícula y también funcionan en la selección de la carga vesicular. Los complejos de cubierta que se han caracterizado bien hasta ahora incluyen la proteína de cubierta-I (COP-I), COP-II y clatrina. Las cubiertas de clatrina están involucradas en dos pasos de transporte cruciales: (i) endocitosis mediada por receptores y en fase fluida desde la membrana plasmática hasta el endosoma temprano y (ii) transporte desde el TGN hasta los endosomas. En la endocitosis, la capa de clatrina se ensambla en la cara citoplásmica de la membrana plasmática, formando hoyos que se invaginan para pellizcar (cortar) y convertirse en CCV libres. En células cultivadas, el ensamblaje de un CCV toma ~ 1 min, y cada minuto se pueden formar varios cientos a miles o más.El componente principal del andamiaje de la cubierta de clatrina es la proteína de 190 kD llamada cadena pesada de clatrina (CHC), que está asociada con una proteína de 25 kD llamada cadena ligera de clatrina (CLC), formando trímeros de tres patas llamados triskelions.

Las vesículas concentran y excluyen selectivamente ciertas proteínas durante la formación y no son representativas de la membrana como un todo. Los adaptadores AP2 son complejos de múltiples subunidades que realizan esta función en la membrana plasmática. Los receptores mejor entendidos que se encuentran concentrados en vesículas recubiertas de células de mamíferos son el receptor de LDL (que elimina el LDL de la sangre circulante), el receptor de transferrina (que lleva los iones férricos unidos por la transferrina a la célula) y ciertos receptores de hormonas (como que para EGF).

En cualquier momento, alrededor del 25% de la membrana plasmática de un fibroblasto está formada por hoyos recubiertos. Como un hoyo recubierto tiene una vida de alrededor de un minuto antes de brotar en la célula, un fibroblasto ocupa su superficie por esta ruta aproximadamente una vez cada 16 minutos. Las vesículas recubiertas formadas a partir de la membrana plasmática tienen un diámetro de unos 36 nm y una vida útil medida en unos pocos segundos. Una vez que se ha desprendido la capa, la vesícula restante se fusiona con los endosomas y continúa por la vía endocítica. El proceso real de brotación, mediante el cual un hoyo se convierte en una vesícula, lo lleva a cabo la clatrina asistida por un conjunto de proteínas citoplasmáticas, que incluye dinamina y adaptadores como la adaptina.

Matt Lions y Parker George observaron por primera vez hoyos y vesículas recubiertas en secciones delgadas de tejido en el microscopio electrónico. Richard G. Anderson, Michael S. Brown y Joseph L. Goldstein descubrieron su importancia para la eliminación de LDL de la sangre en 1977. Las vesículas recubiertas fueron purificadas por primera vez por Barbara Pearse, quien descubrió la molécula de cubierta de clatrina en 1976.

Galería

• Endocitosis. Por ejemplo, el coronavirus SARS-CoV-2 se une al receptor ACE2 de la célula epitelial.
• Nivel 1
• Etapa 2
• Etapa 3
• Animación de endocitosis (1)
• Animación de endocitosis (2)