Endocitose
Endocitose é um processo celular no qual substâncias são trazidas para dentro da célula. O material a ser internalizado é circundado por uma área de membrana celular, que então brota dentro da célula para formar uma vesícula contendo o material ingerido. A endocitose inclui pinocitose (beber células) e fagocitose (comer células). É uma forma de transporte ativo.
História
O termo foi proposto por De Duve em 1963. A fagocitose foi descoberta por Élie Metchnikoff em 1882.
Caminhos
As vias de endocitose podem ser subdivididas em quatro categorias: a saber, endocitose mediada por receptor (também conhecida como endocitose mediada por clatrina), cavéolas, pinocitose e fagocitose.
- Endocitose mediada por Clathrin é mediada pela produção de vesículas pequenas (aproximadamente 100 nm de diâmetro) que têm um revestimento morfologicamente característico composto da clatrina da proteína citosólica. As vesículas revestidas por clatina (CCVs) são encontradas em praticamente todas as células e domínios de forma da membrana plasmática denominadas fossas tratadas por clatrina. Os poços revestidos podem concentrar grandes moléculas extracelulares que têm diferentes receptores responsáveis pela endocitose mediada por receptores de ligantes, por exemplo, lipoproteína de baixa densidade, transferrina, fatores de crescimento, anticorpos e muitos outros.
- Estudo em células mamíferas confirmam uma redução no tamanho do revestimento de clatrina em um ambiente de tensão aumentada. Além disso, sugere que os dois modos de montagem de clatrina aparentemente distintos, nomeadamente poços revestidos e placas revestidas, observados em investigações experimentais pode ser uma consequência de tensões variadas na membrana plasmática.
- Caveolae são os brotos de membrana plasmática não revestidos de lacticínio, que existem na superfície de muitos, mas não todos os tipos de células. Eles consistem na proteína de ligação ao colesterol grutalina (Vip21) com uma bicamada enriquecida em colesterol e glicóides. Caveolae são pequenos (aprox. 50 nm de diâmetro) pits de forma de frasco na membrana que se assemelham à forma de uma caverna (daí o nome caveolae). Eles podem constituir até um terço da área da membrana plasmática das células de alguns tecidos, sendo especialmente abundantes no músculo liso, pneumócitos tipo I, fibroblastos, adipócitos e células endoteliais. A absorção de moléculas extracelulares também é acreditada para ser especificamente mediada através de receptores em caveolae.
Da esquerda para a direita: Phagocytosis, Pinocytosis, endocitose mediada por receptor.- Potocitose é uma forma de endocitose mediada por receptor que usa vesículas de caverna para trazer moléculas de vários tamanhos para a célula. Ao contrário da maioria da endocitose que usa caveolae para entregar o conteúdo de vesículas a lisossomas ou outras organelas, o material endocitosed via potocytosis é liberado no citosol.
- Pinocitose, que geralmente ocorre a partir de regiões altamente abafadas da membrana plasmática, é a invaginação da membrana celular para formar um bolso, que, em seguida, pincha fora para a célula para formar uma vesícula (0,5-5 μm de diâmetro) preenchido com um grande volume de fluido extracelular e moléculas dentro dele (equivalente a ~ 100 CCVs). O enchimento do bolso ocorre de forma não específica. O vesícula, em seguida, viaja para o citosol e fusíveis com outros vesículas, como endossos e lisossomas.
- Fagocitose é o processo pelo qual as células se ligam e internalizam a matéria particulada maior do que cerca de 0,75 μm de diâmetro, como partículas de poeira de pequeno porte, detritos de células, microrganismos e células apoptóticas. Esses processos envolvem a captação de áreas de membrana maiores do que a endocitose mediada por clatrina e a via de caveolae.
Experiências mais recentes sugeriram que essas descrições morfológicas de eventos endocíticos podem ser inadequadas, e um método de classificação mais apropriado pode basear-se em vias específicas dependentes de clatrina e dinamina.
As vias independentes de clatrina dependentes de dinamina incluem captação de FEME, UFE, ADBE, EGFR-NCE e IL2Rβ.
As vias independentes de clatrina independentes de dinamina incluem a via CLIC/GEEC (regulada por Graf1), bem como MEND e macropinocitose.
A endocitose mediada por clatrina é a única via dependente tanto da clatrina quanto da dinamina.
Componentes principais
A via endocítica das células de mamíferos consiste em compartimentos de membrana distintos, que internalizam moléculas da membrana plasmática e as reciclam de volta à superfície (como nos endossomos iniciais e endossomos de reciclagem), ou as classificam para degradação (como nos endossomos tardios e lisossomos). Os principais componentes da via endocítica são:
- Endossos iniciais são o primeiro compartimento da via endocítica. Os endossos iniciais são frequentemente localizados na periferia da célula, e recebem a maioria dos tipos de vesículas provenientes da superfície celular. Eles têm uma estrutura tubulo-vesicular característica (vesículos até 1 μm de diâmetro com tubules conectados de aprox. 50 nm de diâmetro) e um pH levemente ácido. Eles são principalmente classificando organelas onde muitos ligantes endocitos dissociados de seus receptores no pH ácido do compartimento, e a partir do qual muitos dos receptores reciclam para a superfície celular (via tubules). É também o local de se classificar em vias transcitóticas para compartimentos posteriores (como endossos tardios ou linsossomos) através de compartimentos transvesiculares (como corpos multivesiculares (MVB) ou vesículas portadoras endosomais (ECVs)).
- Endossos tardios receber material endocitosed a caminho de linsossomas, geralmente de endossos precoces na via endocítica, da rede trans-Golgi (TGN) na via biossintética, e de fagossomas na via fagocítica. Os endossomas tardios contêm frequentemente proteínas características de nucleossomas, mitocôndrias e mRNAs, incluindo glicoproteínas de membrana lisossomal e hidrolases de ácido. Eles são ácidos (aprox. pH 5.5), e fazem parte da via de tráfico de receptores de manose-6-fosfato. Endossos tardios são pensados para mediar um conjunto final de eventos de classificação antes da entrega de material para lysosomes.
- Lisossomas são o último compartimento da via endocítica. Sua principal função é quebrar produtos de resíduos celulares, gorduras, carboidratos, proteínas e outras macromoléculas em compostos simples. Estes são então devolvidos ao citoplasma como novos materiais de construção celular. Para isso, os linsossomas usam cerca de 40 tipos diferentes de enzimas hidrolíticas, todas elas fabricadas no retículo endoplasmático, modificadas no aparelho Golgi e funcionam em um ambiente ácido. O pH aproximado de um lisosome é 4,8 e por microscopia eletrônica (EM) geralmente aparecem como grandes vacuoles (1-2 μm de diâmetro) contendo material denso elétron. Eles têm um alto teor de proteínas da membrana lisossómica e hidrolases lisossômicas ativas, mas nenhum receptor da manose-6-fosfato. São geralmente considerados como o principal compartimento hidrolítico da célula.
Recentemente, descobriu-se que um eisossomo serve como um portal de endocitose em leveduras.
Mediado por clatrina
A principal via de endocitose na maioria das células, e a mais bem compreendida, é aquela mediada pela molécula clatrina. Esta grande proteína auxilia na formação de um poço revestido na superfície interna da membrana plasmática da célula. Este poço então brota na célula para formar uma vesícula revestida no citoplasma da célula. Ao fazê-lo, traz para dentro da célula não apenas uma pequena área da superfície da célula, mas também um pequeno volume de fluido de fora da célula.
Os revestimentos funcionam para deformar a membrana doadora para produzir uma vesícula e também funcionam na seleção da carga da vesícula. Complexos de revestimento que foram bem caracterizados até agora incluem proteína de revestimento I (COP-I), COP-II e clatrina. Os revestimentos de clatrina estão envolvidos em duas etapas de transporte cruciais: (i) endocitose mediada por receptor e fase fluida da membrana plasmática para o endossoma inicial e (ii) transporte do TGN para os endossomos. Na endocitose, o revestimento de clatrina é montado na face citoplasmática da membrana plasmática, formando depressões que invaginam para pinçar (cisão) e se tornar CCVs livres. Em células cultivadas, a montagem de um CCV leva ~ 1min, e várias centenas a milhares ou mais podem se formar a cada minuto. O principal componente do andaime do revestimento da clatrina é a proteína de 190 kD chamada cadeia pesada de clatrina (CHC), que está associada a uma proteína de 25 kD chamada cadeia leve de clatrina (CLC), formando trímeros de três pernas chamados triskelions.
As vesículas concentram seletivamente e excluem certas proteínas durante a formação e não são representativas da membrana como um todo. Os adaptadores AP2 são complexos multisubunidades que desempenham essa função na membrana plasmática. Os receptores mais bem compreendidos que se encontram concentrados em vesículas revestidas de células de mamíferos são o receptor de LDL (que remove o LDL do sangue circulante), o receptor de transferrina (que traz íons férricos ligados pela transferrina para dentro da célula) e certos receptores hormonais (como o da EGF).
A qualquer momento, cerca de 25% da membrana plasmática de um fibroblasto é composta por depressões revestidas. Como um caroço revestido tem uma vida de cerca de um minuto antes de brotar na célula, um fibroblasto ocupa sua superfície por esse caminho cerca de uma vez a cada 50 minutos. As vesículas revestidas formadas a partir da membrana plasmática têm um diâmetro de cerca de 100 nm e um tempo de vida medido em alguns segundos. Uma vez que o revestimento foi eliminado, a vesícula restante se funde com os endossomos e segue pela via endocítica. O próprio processo de brotamento, pelo qual uma fossa é convertida em vesícula, é realizado pela clatrina auxiliada por um conjunto de proteínas citoplasmáticas, que inclui dinamina e adaptadores como a adaptina.
Depressões e vesículas revestidas foram vistas pela primeira vez em finas seções de tecido no microscópio eletrônico por Thomas F Roth e Keith R. Porter. A importância deles para a eliminação do LDL do sangue foi descoberta por Richard G. Anderson, Michael S. Brown e Joseph L. Goldstein em 1977. As vesículas revestidas foram purificadas pela primeira vez por Barbara Pearse, que descobriu a molécula de revestimento de clatrina em 1976.
Processos e componentes
As proteínas caveolinas, como caveolina-1 (CAV1), caveolina-2 (CAV2) e caveolina-3 (CAV3), desempenham papéis significativos no processo de formação caveolar. Mais especificamente, CAV1 e CAV2 são responsáveis pela formação de cavéolas em células não musculares, enquanto CAV3 funciona em células musculares. O processo começa com o CAV1 sendo sintetizado no RE, onde forma oligômeros resistentes a detergentes. Então, esses oligômeros viajam pelo complexo de Golgi antes de chegar à superfície celular para auxiliar na formação cavernosa. A formação da cavéola também é reversível por meio da desmontagem sob certas condições, como aumento da tensão da membrana plasmática. Essas certas condições dependem do tipo de tecidos que expressam a função cavernosa. Por exemplo, nem todos os tecidos que possuem proteínas caveolares possuem uma estrutura caveolar, ou seja. a barreira hematoencefálica. Embora existam muitas características morfológicas conservadas entre cavéolas, as funções de cada proteína CAV são diversas. Uma característica comum entre as caveolinas são seus trechos hidrofóbicos de potenciais estruturas em forma de gancho feitas de α-hélices. A inserção dessas α-hélices semelhantes a grampos de cabelo forma um revestimento cavéola que leva à curvatura da membrana. Além da inserção, as caveolinas também são capazes de oligomerização, que desempenha um papel adicional na curvatura da membrana. Estudos recentes também descobriram que a polimerase I, o fator de liberação de transcrição e a resposta à proteína de privação sérica também desempenham um papel na montagem das cavéolas. Além da montagem das cavéolas, os pesquisadores também descobriram que as proteínas CAV1 também podem influenciar outras vias endocíticas. Quando o CAV1 se liga ao Cdc42, o CAV1 o inativa e regula a atividade do Cdc42 durante os eventos de tráfego de membrana.
Mecanismos
O processo de captação celular depende da inclinação e da quiralidade das moléculas constituintes para induzir o brotamento da membrana. Uma vez que essas moléculas lipídicas quirais e inclinadas provavelmente estão em uma "jangada" forma, os pesquisadores sugerem que a formação de cavéolas também segue esse mecanismo, uma vez que as cavéolas também são enriquecidas em constituintes da jangada. Quando as proteínas caveolina se ligam ao folheto interno por meio do colesterol, a membrana começa a dobrar, levando à curvatura espontânea. Este efeito é devido à distribuição de força gerada quando o oligômero de caveolina se liga à membrana. A distribuição de força então altera a tensão da membrana que leva ao brotamento e eventualmente à formação de vesículas.
Galeria
- Endocitose. Por exemplo, o coronavirus SARS-CoV-2 liga-se ao receptor ACE2 da célula epitelial.
Quadro 1
Quadro 2
Fase 3
Endocytosis (1)
Endocitose de animação (2)
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