Endosoma

Los endosomas son una colección de orgánulos de clasificación intracelular en las células eucariotas. Son partes de la vía de transporte de la membrana endocítica que se originan en la red trans Golgi. Las moléculas o ligandos internalizados desde la membrana plasmática pueden seguir este camino hasta los lisosomas para su degradación o pueden reciclarse de nuevo a la membrana celular en el ciclo endocítico. Las moléculas también se transportan a los endosomas desde la red trans Golgi y continúan hacia los lisosomas o se reciclan de regreso al aparato de Golgi.

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

Función

Los endosomas proporcionan un entorno para que el material se clasifique antes de que llegue al lisosoma de degradación. Por ejemplo, la lipoproteína de baja densidad (LDL) se introduce en 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 el receptor puede reciclarse a la superficie celular. La LDL permanece en el endosoma y se entrega a los lisosomas para su procesamiento. LDL se disocia debido al ambiente ligeramente acidificado del endosoma temprano, generado por una bomba de protones de membrana vacuolar V-ATPasa. Por otro lado, EGF y el receptor de EGF tienen un enlace resistente al pH que persiste hasta que se entrega a los lisosomas para su degradación. El receptor de manosa 6-fosfato transporta ligandos del aparato de Golgi destinados al lisosoma por un mecanismo similar.

Tipos

Hay tres tipos diferentes de endosomas: endosomas tempranos, endosomas tardíos y endosomas de reciclaje. Se distinguen por el tiempo que tarda el material endocitosado en llegar a ellos y por marcadores como rabs. También tienen diferente morfología. Una vez que las vesículas endocíticas se han deshecho, se fusionan con los primeros endosomas. Los endosomas tempranos luego maduran en endosomas tardíos antes de fusionarse con los lisosomas.

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. Muchas moléculas que se reciclan se eliminan por concentración en las regiones tubulares de los primeros endosomas. La pérdida de estos túbulos en las vías de reciclaje significa que los endosomas tardíos en su mayoría carecen de túbulos. También aumentan de tamaño debido a la fusión homotípica de los primeros endosomas en vesículas más grandes. Las moléculas también se clasifican en vesículas más pequeñas que brotan desde la membrana perimetral hacia la luz del endosoma, formando vesículas intraluminales (ILV); esto conduce a la apariencia multivesicular de los endosomas tardíos, por lo que también se conocen 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 formación de vesículas en gemación fuera de los endosomas. Finalmente, los endosomas pierden RAB5A y adquieren RAB7A, haciéndolos competentes para fusionarse con lisosomas.

Se ha demostrado que la fusión de endosomas tardíos con lisosomas da como resultado la formación de un compartimento "híbrido", con características intermedias de los dos compartimentos fuente. Por ejemplo, los lisosomas son más densos que los endosomas tardíos y los híbridos tienen una densidad intermedia. Los lisosomas se reforman por recondensación a su densidad normal más alta. Sin embargo, antes de que esto suceda, más endosomas tardíos pueden fusionarse con el híbrido.

Algunos materiales se reciclan a la membrana plasmática directamente desde los primeros endosomas, pero la mayoría se transporta a través de endosomas reciclados.

• Los primeros endosomas 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 compactas. Los marcadores incluyen los receptores RAB7, RAB9 y manosa 6-fosfato. Además de esto, la membrana endosomal tardía (y en consecuencia el lisosoma) contiene un lípido peculiar y único, llamado BMP o LBPA, que no se encuentra en ninguna otra membrana celular eucariota.
• Los endosomas de reciclaje se concentran en el centro organizador de microtúbulos y consisten en una red principalmente tubular. Marcador; RAB11.

Existen más subtipos en células especializadas, como células polarizadas y macrófagos.

Los fagosomas, macropinosomas y autofagosomas 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, al impedir la adquisición de RAB7.

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

Otra característica de identificación única que difiere entre las diversas clases de endosomas es la composición de lípidos en sus membranas. Se encuentra que los fosfatos de fosfatidil inositol (PIP), una de las moléculas de señalización de lípidos más importantes, difieren a medida que los endosomas maduran de temprano a tarde. PI(4,5)P ₂ está presente en las membranas plasmáticas, PI(3)P en endosomas tempranos, PI(3,5)P ₂ en endosomas tardíos y PI(4)P en la red trans Golgi. Estos lípidos en la superficie de los endosomas ayudan en el reclutamiento específico de proteínas del citosol, otorgándoles así una identidad. La interconversión de estos lípidos es el resultado de la acción concertada de fosfoinositido quinasas y fosfatasas que están estratégicamente localizadas

Caminos

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

No hay consenso en cuanto a la naturaleza exacta de estas rutas, y la ruta secuencial tomada por cualquier carga dada en cualquier situación dada tenderá a ser un tema de debate.

Golgi hacia/desde endosomas

Las vesículas pasan entre el aparato de Golgi y los endosomas en ambas direcciones. Los adaptadores de vesículas recubiertos de clatrina GGA y AP-1 forman vesículas en el aparato de Golgi que transportan moléculas a los endosomas. En la dirección opuesta, el retrómero genera vesículas en los primeros endosomas que transportan moléculas de regreso al aparato de Golgi. Algunos estudios describen una vía de tráfico retrógrada desde los endosomas tardíos hasta el aparato de Golgi mediado por Rab9 y TIP47, pero otros estudios cuestionan 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 retromer y Rab9 recuperan el receptor al aparato de Golgi.

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

Las moléculas se transportan desde la membrana plasmática a los primeros endosomas en las vesículas endocíticas. Las moléculas se pueden internalizar mediante endocitosis mediada por receptores en vesículas recubiertas de clatrina. También se forman otros tipos de vesículas en la membrana plasmática para esta vía, incluidas las que utilizan caveolina. Las vesículas también transportan moléculas directamente de regreso a la membrana plasmática, pero muchas moléculas se transportan en vesículas que primero se fusionan con endosomas de reciclaje.Las moléculas que siguen esta ruta de reciclaje se concentran en los túbulos de los primeros endosomas. Las moléculas que siguen estas vías incluyen los receptores de LDL, el factor de crecimiento epidérmico (EGF) y la proteína transportadora de hierro transferrina. La internalización de estos receptores desde la membrana plasmática ocurre por endocitosis mediada por receptores. La LDL se libera en los endosomas debido al pH más bajo y el receptor se recicla a la superficie celular. El colesterol es transportado en la sangre principalmente por (LDL), y el transporte por el receptor de LDL es el principal mecanismo por el cual las células absorben el colesterol. Los EGFR se activan cuando se une 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 se somete a endocitosis en los endosomas. Los EGFR activados estimulan su propia ubiquitinación, y esto los dirige a las vesículas luminales (ver más abajo) y así no se reciclan a la membrana plasmática. Esto elimina la porción de señalización de la proteína del citosol y, por lo tanto, evita la estimulación continua del crecimiento.- en las células no estimuladas con EGF, los EGFR no tienen EGF unido a ellos y, por lo tanto, se reciclan si llegan a los endosomas. La transferrina también permanece asociada con 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 la transferrina) regresa del endosoma temprano a la superficie celular, tanto directa como indirectamente. a través de endosomas de reciclaje.

Endosomas tardíos a lisosomas

El transporte de 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). Por lo tanto, las moléculas solubles en la luz de los endosomas tenderán a terminar en lisosomas, a menos que se recuperen de alguna manera. Las proteínas transmembrana se pueden administrar a la membrana perimetral o al lumen de los lisosomas. Las proteínas transmembrana destinadas a la luz del lisosoma se clasifican en las vesículas que brotan de la membrana perimetral en los endosomas, un proceso que comienza en los primeros endosomas. 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.Cuando el endosoma ha madurado en un endosoma/MVB tardío 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. Los complejos de clasificación endosomal requeridos para el transporte (ESCRT) reconocen esta ubiquitina y clasifican la proteína en las vesículas luminales en formación. Las moléculas que siguen estas vías incluyen LDL y las hidrolasas lisosomales liberadas 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 a EGF, se etiquetan con ubiquitina y, por lo tanto, los ESCRT los clasifican en vesículas luminales.