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 ( ingestión de células ) y fagocitosis (ingestión de células). Es una forma de transporte activo.

Los diferentes tipos de endocitosis

El término fue propuesto por De Duve en 1963. [1] La fagocitosis fue descubierta por Élie Metchnikoff en 1882. [2]

Dibujo esquemático que ilustra la endocitosis mediada por clatrina (izquierda) e independiente de clatrina (derecha) de las membranas de las vesículas sinápticas .

Las vías de endocitosis se pueden subdividir en cuatro categorías: a saber, endocitosis mediada por receptores (también conocida como endocitosis mediada por clatrina), caveolas , pinocitosis y fagocitosis . [3]

  • La endocitosis mediada por clatrina está mediada por la producción de vesículas pequeñas (de aproximadamente 100 nm de diámetro) que tienen una capa morfológicamente característica formada por la proteína citosólica clatrina . [4] Las vesículas recubiertas de clatrina (CCV) se encuentran en prácticamente todas las células y forman dominios de la membrana plasmática denominados hoyos recubiertos 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. [5]
El estudio [6] 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 clatrina aparentemente distintos, a saber, hoyos recubiertos y placas recubiertas, observados en investigaciones experimentales podrían ser una consecuencia de tensiones variadas en la membrana plasmática.
  • Las caveolas son las yemas de la membrana plasmática no recubiertas de clatrina más comúnmente reportadas, que existen en la superficie de muchos, pero no en todos los tipos de células. Consisten en la proteína de unión al colesterol caveolina (Vip21) con una bicapa enriquecida en colesterol y glicolípidos . Las caveolas son hoyos pequeños (aproximadamente 50 nm de diámetro) en forma de matraz en la membrana que se asemejan a la forma de una cueva (de ahí el nombre caveolas). Pueden constituir hasta un tercio del área de la membrana plasmática de las células de algunos tejidos, siendo especialmente abundantes en músculo liso , neumocitos tipo I, fibroblastos , adipocitos y células endoteliales . [7] También se cree que la captación de moléculas extracelulares está mediada específicamente a través de receptores en las caveolas.
    De L a R: fagocitosis, pinocitosis, endocitosis mediada por receptores.
    • La potocitosis es una forma de endocitosis mediada por receptores que utiliza vesículas de caveolas para introducir moléculas de varios tamaños en 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 endocitosis vía potocitosis se libera en el citosol. [8]
  • La pinocitosis , que por lo general ocurre en regiones muy onduladas de la membrana plasmática, es la invaginación de la membrana celular para formar una bolsa, que luego se pellizca en la célula para formar una vesícula (.5–5 µm de diámetro) llena de una gran volumen de líquido extracelular y moléculas en su interior (equivalente a ~ 100 CCV). El llenado del bolsillo se produce de forma inespecífica. Luego, la vesícula viaja hacia el citosol y se fusiona con otras vesículas como endosomas y lisosomas . [9]
  • La fagocitosis es el proceso mediante el cual las células se unen e internalizan material particulado de más de aproximadamente 0,75 µm de diámetro, como partículas de polvo de tamaño pequeño, restos celulares, microorganismos ycélulas apoptóticas . Estos procesos implican la captación de áreas de membrana más grandes que la endocitosis mediada por clatrina y lavía 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 e independiente de clatrina. Ha faltado una visión mecanicista de la endocitosis no fagocítica independiente de la clatrina, pero un estudio reciente ha demostrado cómo Graf1 regula una vía endocítica independiente de la clatrina altamente prevalente conocida como la vía CLIC / GEEC. [10]

La vía endocítica de las células de mamíferos consta de distintos compartimentos de membrana, que internalizan moléculas de la membrana plasmática y las reciclan 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 principales componentes de la vía endocítica son: [3]

  • Los endosomas tempranos son el primer compartimento de la vía endocítica. Los endosomas tempranos a menudo se encuentran en la periferia de la célula y reciben la mayoría de los tipos de vesículas que provienen de la superficie celular. Tienen una estructura túbulo-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 donde muchos ligandos endocitosados ​​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). [11] [12] También es el sitio de clasificación en la vía transcitótica a compartimentos posteriores (como endosomas o lisosomas tardíos) a través de compartimentos transvesiculares (como cuerpos multivesiculares (MVB) o vesículas portadoras endosomales (ECV)).
  • Los endosomas tardíos reciben material endocitosado en ruta a los lisosomas , generalmente de endosomas tempranos en la ruta endocítica, de la red trans-Golgi (TGN) en la ruta biosintética y de los fagosomas en la ruta fagocítica. [13] Los endosomas tardíos a menudo contienen proteínas características de nucleosomas, mitocondrias y ARNm, incluidas glicoproteínas de membrana lisosomal e hidrolasas ácidas. Son ácidos (pH aprox. 5,5) y forman parte de la ruta de tráfico de los receptores de manosa-6-fosfato . Se cree que los endosomas tardíos median 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 de células. 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. [14] El pH aproximado de un lisosoma es 4.8 y por microscopía electrónica (EM) generalmente aparecen como grandes vacuolas (1-2 µm de diámetro) que contienen material denso en electrones. Tienen un alto contenido de proteínas de la 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 celda. [15] [16]

Recientemente se descubrió que un eisosoma sirve como portal de endocitosis en levaduras. [17]

La ruta principal para la endocitosis en la mayoría de las células, y la mejor entendida, es la mediada por la molécula clatrina . [18] [19] Esta gran proteína ayuda a la formación de un hoyo recubierto en la superficie interna de la membrana plasmática de la célula. Este hoyo luego brota en la célula para formar una vesícula recubierta en el citoplasma de la célula. Al hacerlo, introduce en la celda no solo una pequeña área de la superficie de la celda, sino también un pequeño volumen de líquido del exterior de la celda. [20] [21] [22]

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 recubrimiento que se han caracterizado bien hasta ahora incluyen la proteína de recubrimiento I (COP-I), COP-II y clatrina. [23] [24] Las capas de clatrina están involucradas en dos pasos de transporte cruciales: (i) endocitosis mediada por receptores y en fase líquida desde la membrana plasmática hasta el endosoma temprano y (ii) transporte desde el TGN a los endosomas. En la endocitosis, la capa de clatrina se ensambla en la cara citoplásmica de la membrana plasmática, formando hoyos que invaginan para pellizcarse (escisión) y convertirse en CCV libres. En las células cultivadas, el ensamblaje de un CCV tarda aproximadamente 1 minuto y cada minuto se pueden formar de varios cientos a miles o más. [25] El principal componente del armazón de la capa 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), que forma trímeros de tres patas llamados triskelions.

Las vesículas se concentran selectivamente y excluyen ciertas proteínas durante la formación y no son representativas de la membrana en su conjunto. 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 iones férricos unidos por transferrina a la célula) y ciertos receptores hormonales (como eso para EGF ).

En cualquier momento, aproximadamente el 25% de la membrana plasmática de un fibroblasto está formada por hoyos recubiertos. Como un hoyo recubierto tiene una vida de aproximadamente un minuto antes de que brote 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 aproximadamente 36 nm y una vida útil medida en unos pocos segundos. Una vez que se ha desprendido el pelaje, la vesícula restante se fusiona con los endosomas y avanza por la vía endocítica. El proceso de gemación real, mediante el cual un pozo se convierte en una vesícula, se lleva a cabo mediante clatrina asistida por un conjunto de proteínas citoplasmáticas, que incluye dinamina y adaptadores como adapttin .

Matt Lions y Parker George vieron por primera vez fosas 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. [26] Las vesículas recubiertas fueron purificadas por primera vez por Barbara Pearse , quien descubrió la molécula de cubierta de clatrina en 1976. [27]

  • Endocitosis Por ejemplo, el coronavirus SARS-CoV-2 se une al receptor ACE2 de la célula epitelial .

  • Nivel 1

  • Etapa 2

  • Etapa 3

  • "> Reproducir medios

    Animación de endocitosis (1)

  • "> Reproducir medios

    Animación de endocitosis (2)

    • Transporte activo
    • Emperipolesis
    • Exocitosis
    • Fagocitosis
    • Pinocitosis
    • Transendocitosis

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    • Una revisión completa de la endocitosis y los mecanismos endocíticos por Doherty y McMahon
    • Endocitosis en biologyreference.com
    • Endocitosis: investigando los mecanismos endocíticos en endocytosis.org
    • Endocitosis mediada por clatrina Biblioteca de imágenes y vídeos de ASCB
    • Tipos de endocitosis (animación)