La transcitosis (también conocida como citopempsis ) [1] es un tipo de transporte transcelular en el que varias macromoléculas se transportan a través del interior de una célula . Las macromoléculas se capturan en vesículas en un lado de la célula, se dibujan a través de la célula y se expulsan en el otro lado. Ejemplos de macromoléculas transportadas incluyen IgA , [2] transferrina , [3] e insulina . [4] Si bien la transcitosis se observa con mayor frecuencia en las células epiteliales , el proceso también está presente en otros lugares. Capilares sanguíneosson un sitio bien conocido para la transcitosis, [5] aunque ocurre en otras células, incluidas las neuronas , [6] los osteoclastos [7] y las células M del intestino . [8]
Regulación
La regulación de la transcitosis varía mucho debido a los muchos tejidos diferentes en los que se observa este proceso. Se han identificado varios mecanismos de transcitosis específicos de tejido. Se ha demostrado que la brefeldina A , un inhibidor comúnmente utilizado del transporte del aparato ER al aparato de Golgi , inhibe la transcitosis en las células renales de perro, lo que proporcionó las primeras pistas sobre la naturaleza de la regulación de la transcitosis. [9] También se ha demostrado que la transcitosis en las células renales de perro está regulada en la membrana apical por Rab17 , [10] así como por Rab11a y Rab25 . [11] El trabajo adicional en células de riñón de perro ha demostrado que una cascada de señalización que implica la fosforilación de EGFR por Yes que conduce a la activación de Rab11FIP5 por MAPK1 regula al alza la transcitosis. [12] Se ha demostrado que la transcitosis es inhibida por la combinación de progesterona y estradiol seguida de activación mediada por prolactina en la glándula mamaria del conejo durante el embarazo . [13] En la tiroides , la transcitosis de células foliculares está regulada positivamente por TSH [ cita requerida ] . Se ha demostrado que la fosforilación de la caveolina 1 inducida por el peróxido de hidrógeno es fundamental para la activación de la transcitosis en el tejido vascular pulmonar . [14] Por tanto, se puede concluir que la regulación de la transcitosis es un proceso complejo que varía entre tejidos.
Papel en la patogenia
Debido a la función de la transcitosis como un proceso que transporta macromoléculas a través de las células, puede ser un mecanismo conveniente por el cual los patógenos pueden invadir un tejido. Se ha demostrado que la transcitosis es fundamental para la entrada de Cronobacter sakazakii a través del epitelio intestinal y la barrera hematoencefálica . [15] Se ha demostrado que Listeria monocytogenes ingresa a la luz intestinal a través de la transcitosis a través de las células caliciformes . [16] Se ha demostrado que la toxina Shiga secretada por E. coli enterohemorrágica se transcita a la luz intestinal. [17] A partir de estos ejemplos, se puede decir que la transcitosis es vital para el proceso de patogénesis de una variedad de agentes infecciosos.
Aplicaciones clínicas
Las empresas farmacéuticas, como Lundbeck , están explorando actualmente el uso de la transcitosis como mecanismo para transportar fármacos terapéuticos a través de la barrera hematoencefálica humana (BHE). [ cita requerida ] La explotación del propio mecanismo de transporte del cuerpo puede ayudar a superar la alta selectividad de la BHE, que normalmente bloquea la captación de la mayoría de los anticuerpos terapéuticos en el cerebro y el sistema nervioso central (SNC). La compañía farmacéutica Genentech , después de haber sintetizado un anticuerpo terapéutico que inhibía eficazmente la función enzimática de BACE1 , experimentó problemas para transferir niveles adecuados y eficientes del anticuerpo dentro del cerebro. BACE1 es la enzima que procesa las proteínas precursoras de amiloide en péptidos β-amiloides , incluidas las especies que se agregan para formar placas amiloides asociadas con la enfermedad de Alzheimer . [ cita requerida ]
Las moléculas se transportan a través de una barrera epitelial o endotelial por una de dos rutas: 1) una ruta transcelular a través del compartimento intracelular de la célula, o 2) una ruta paracelular a través del espacio extracelular entre células adyacentes. [18] La ruta transcelular también se llama transcitosis. La transcitosis puede estar mediada por receptores y consta de tres pasos: 1) endocitosis mediada por receptores de la molécula en un lado de la célula, por ejemplo, el lado luminal; 2) movimiento de la molécula a través del compartimento intracelular típicamente dentro del sistema endosomal; y 3) exocitosis de la molécula al espacio extracelular en el otro lado de la célula, por ejemplo, el lado abluminal.
La transcitosis puede ser unidireccional o bidireccional. La transcitosis unidireccional puede ocurrir selectivamente en la dirección luminal a abluminal, o en la dirección inversa, en la dirección abluminal a luminal.
La transcitosis es prominente en el transporte de péptidos y proteínas microvasculares cerebrales , [19] porque el endotelio microvascular cerebral, que forma la barrera hematoencefálica (BHE) in vivo, expresa uniones estrechas únicas de tipo epitelial y de alta resistencia . [20] Las uniones estrechas del endotelio cerebral virtualmente eliminan la vía paracelular del transporte de solutos a través de la pared endotelial microvascular en el cerebro. Por el contrario, la barrera endotelial en los órganos periféricos no expresa uniones estrechas y el movimiento de solutos a través de la vía paracelular es prominente en la barrera endotelial en órganos distintos del cerebro o la médula espinal. [21]
La transcitosis mediada por receptores, o RMT, a través de la BHE es una vía potencial para la administración de fármacos al cerebro , en particular para fármacos biológicos como las proteínas recombinantes. [22] El fármaco no transportable, o proteína terapéutica, se fusiona genéticamente con una proteína transportadora. La proteína transportadora puede ser un péptido endógeno o un anticuerpo monoclonal peptidomimético, que experimenta RMT a través de la BHE mediante el transporte en receptores endoteliales cerebrales tales como el receptor de insulina o el receptor de transferrina. La proteína transportadora actúa como un caballo de Troya molecular para transportar al cerebro la proteína terapéutica que se fusiona genéticamente con la proteína del caballo de Troya específica del receptor.
Los caballos de Troya de anticuerpos monoclonales que se dirigen a la insulina BBB o al receptor de transferrina han estado en desarrollo de fármacos durante más de 10 años en ArmaGen, Inc., una empresa de biotecnología en Los Ángeles. ArmaGen ha desarrollado anticuerpos modificados genéticamente contra los receptores de insulina y transferrina, y ha fusionado con estos anticuerpos diferentes proteínas terapéuticas, que incluyen enzimas lisosomales, anticuerpos terapéuticos, receptores señuelo y neurotrofinas. [23] Estas proteínas terapéuticas por sí solas no atraviesan la BBB, pero después de la fusión genética con el anticuerpo del caballo de Troya, la proteína terapéutica penetra en la BBB a una velocidad comparable a la de las moléculas pequeñas. En 2015, ArmaGen será el primero en participar en ensayos clínicos en humanos con las proteínas de fusión del caballo de Troya BBB que administran fármacos proteicos al cerebro a través de la vía de la transcitosis. Las enfermedades humanas dirigidas inicialmente por ArmaGen son enfermedades de almacenamiento lisosómico que afectan negativamente al cerebro. Las enfermedades hereditarias crean una afección en la que no se produce una enzima lisosomal específica, lo que conduce a afecciones cerebrales graves que incluyen retraso mental, problemas de comportamiento y luego demencia. Aunque las empresas farmacéuticas pueden fabricar la enzima faltante, la enzima por sí sola no trata el cerebro, porque la enzima sola no atraviesa la BBB. ArmaGen ha rediseñado la enzima lisosomal faltante como una proteína de fusión caballo de Troya-enzima que atraviesa la BBB. Los primeros ensayos clínicos de la nueva tecnología de proteína de fusión del caballo de Troya tratarán el cerebro en trastornos de almacenamiento lisosómico, incluida una de las enfermedades de mucopolisacaridosis tipo I (MPSIH), también llamada síndrome de Hurler , y MPS tipo II, también llamada síndrome de Hunter .
Los investigadores de Genentech propusieron la creación de un anticuerpo biespecífico que podría unirse a la membrana BBB, inducir transcitosis mediada por receptores y liberarse por el otro lado en el cerebro y el SNC. Utilizaron un anticuerpo biespecífico de ratón con dos sitios activos que realizaban funciones diferentes. Un brazo tenía un sitio de unión al receptor de antitransferrina de baja afinidad que induce la transcitosis. Un sitio de unión de alta afinidad provocaría que el anticuerpo no pudiera liberarse de la membrana BBB después de la transcitosis. De esta manera, la cantidad de anticuerpo transportado se basa en la concentración de anticuerpo en cada lado de la barrera. El otro brazo tenía el sitio de unión anti-BACE1 de alta afinidad previamente desarrollado que inhibiría la función de BACE1 y evitaría la formación de placa amiloide. Genentech pudo demostrar en modelos de ratón que el nuevo anticuerpo biespecífico podía alcanzar niveles terapéuticos en el cerebro. [24] El método de Genentech de disfrazar y transportar el anticuerpo terapéutico uniéndolo a un activador de transcitosis mediado por receptor se ha denominado método del "Caballo de Troya".
Referencias
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enlaces externos
- Las macromoléculas se pueden transferir a través de hojas de células epiteliales por transcitosis
- Transcitosis de IgA
- Transcitosis de bacterias