Cap. 13: Intracellular Vesicular Traffic

Como respuesta a sus necesidades y dependiendo de su función las células tienen biomembranas con diferente composición.
Las células usan su sistema interno de membranas para añadir o remover proteínas por procesos de endocitosis y exocitosis.

Exocitosis = ruta secretoria biosintetica que libera proteínas, lípidos y carbohidratos recién sintetizados tanto a la membrana plasmática como al espacio extracelular.
Endocitosis = es el proceso opuesto a exocitosis. Mediante la endocitosis la célula internaliza partículas, solutos y membrana y los deposita en compartimientos internos llamados endosomas, los cuales se encargan de transportar los componentes de la membrana que capturo.

Las proteínas solubles son transportadas en vesículas, pasando así de compartimiento en compartimiento.

Se comenzara explicando el procesamiento de las proteínas que están en el lumen, espacio interior de las membranas, del retículo endoplasmico y se van a mover hacia el aparato de Golgi, por medio de vesículas.

Una vesícula es un contenedor (container) membranal, las mismas pueden ser pequeñas esferas, grandes esferas irregulares o túbulos del compartimiento donador. Todas son denominadas como vesículas de transporte.

Las vesículas hacen “budding” continuamente de una membrana para luego fusionarse con otra, cargando en ella componentes membranales y moléculas solubles (cargo).

Para que la vesícula pueda ejecutar su función, debe ser selectiva. Cogiendo solo las moléculas apropiadas y fusionándose con la membrana blanco apropiado.

Mientras se está formando la vesícula, la misma sale con una cubierta adherida. Esta cubierta es necesaria para formar la vesícula y concentrar en su interior el cargo apropiado. La cubierta tiene que desprenderse antes de que la vesícula haga fusión con su membrana blanco.
Funciones de la cubierta:
- Ayuda a deformar la membrana para facilitar la formación de la vesícula (función mecánica)
- Selección del cargo de la vesícula. Selecciona tanto las proteínas que va a transportar y las proteínas que determinan hacia donde se dirige la vesícula (controla el trafico de vesículas y su destino).

Tipos de vesículas:
Estas cubiertas se distinguen por las proteínas específicas de cada cubierta y cada una se usa para diferentes pasos de transporte.
membrane_traffic.jpg

Clathrin:
-Fue la primera vesícula cubierta en ser identificada.
-Movimiento desde el Golgi-trans hacia lisosomas, membrana plasmatica y endocitocis.

COP I:
-Transporta material desde el cis- Golgi al ER y entre las cisternas del Golgi.
- Es un movimiento retrogrado

COP II:
-Transporta material desde el ER rugoso hacia el cis- Golgi.
-Es un movimiento anterogrado

Las vesículas se comenzaron a estudiar con mutantes de levaduras. Se identificaban las proteínas defectuosas que impedían la formación de la vesícula.

Pasos generales de la formación de vesículas:
-Proteínas específicas se reclutan en la membrana
-comienza la deformación de la membrana
-se ensambla la cubierta de la vesícula (adaptor Proteins)
-sale la vesícula (las vesiculas de clatrina requieren dinamina)
-se desensambla la cubierta de la vesícula
-fusión de la vesícula con la membrana blanco (target)

Formación de vesícula con cubierta COP II:
-La formación de una vesícula cubierta se inicia al reclutar SAR (si fuera COP-I sería Arf). SAR es una proteina G monomérica familia de Ras (GTPasa). SAR no está activa cuando liga GDP. (La activación y desactivación puede estar regulada por otras proteínas - GAPs y GEFs)
-Sar-GTP se liga a la membrana y su función es reclutar a otras proteínas que formarán parte de la cubierta de la vesícula. Reclutan proteínas adaptadoras que a su vez tienen la función de seleccionar las proteínas cargo (reconocen secuencias señales en el cargo). La cubvesicle.jpgierta de la vesícula facilita también la deformación de la membrana hasta formar la vesícula.

Pasos:
-En presencia de una proteína transmembranal con función de GEF (exchange factor, Sec12), se cataliza en SAR el intercambio de GPD por GTP y se activa la proteína.
-Ocurre un cambio en conformación en SAR-GTP de forma que se desenmascara un grupo hidrofóbico (miristoilo) el cual permite la translocación de SAR a la membrana.
-SAR-GTP inicia la deformación de la membrana y recluta proteinas adaptadoras (otras Sec).
-Las proteínas adaptadoras tienen lugares de enlace para reclutar las proteínas cargo que van a transportar (solubles o membranales) y continúan con la deformación de la membrana.
-La vesícula se desprende y la cubierta se desensambla cuando SAR-GTP hidroliza GTP a GDP y se inactiva. (Este proceso es catalizado por proteínas reguladoras GAP).

Movimiento de la vesícula

Se propone que el movimiento depende de otras proteinas conocidas como Rabs. Estas están involucradas en los procesos de transporte de vesículas y el reconocimiento de sus membranas blanco. Rabs son proteínas de la familia de Ras (Proteínas G monoméricas). Se han identificado más de 60 Rabs en mamíferos. Las membranas de distintos organelos muestran la presencia específica de algunas Rabs y en ciertos casos también se ha observado que se expresan de forma específica en algunos tejidos o células.
Rabs se encuentran en formas solubles (citosol) e inactivas y en formas ancladas a la membrana (grupo isoprenilo desenmascarado) y activas.
Los investigadores han propuesto que el transporte de vesículas a través de proteínas motoras y el citoesqueleto requiere la actividad de Rabs.
---El movimiento de las vesículas depende de la distancia que la misma tenga que recorrer hasta llegar a su membrana blanco. Si la distancia es corta lo puede hacer por difusión pero si es larga es guiada por el citoesqueleto y proteinas motoras

Ejemplo: transporte de melanosomas
melanosome.gifSe ha demostrado que los melanosomas requieren de la interacción de Rab (27A) anclado a la membrana del melanosoma con proteinas de transporte (proteinas motoras) que mueven el mismo por filamentos de actina. (Figura a su derecha).

Especificidad en la localización de Rabs

El siguiente paso del tráfico de la membrana es atar las vesículas a la membrana blanco. Interacción entre Rabs que se encuentran en la membrana de la vesícula y Rabs en la membrana blanco también están involucrados en este proceso.

Existen dominios de membrana específicos en donde se observan Rabs. Estos dominios se establecen mediante la interacción de Rabs y algunos efectores. Rabs reclutan efectores que son quinases de fosfatidil inositol . Estas quinasas fosforilan generan derivados de inositolfosfato. Los dominios inician un “Feedback loop” que sigue reclutando otras proteínas y concentrando derivados específicos de inositolfosfatos.
dominios_de_PIPs_y_Rabs.jpg

Fusión de las vesículas

-Para la fusión de vesículas conocemos dos proteínas muy importantes: T-SNARE y V-SNARE.
-Los V- SNAREs se encuentran en la vesícula interaccionan con los T- SNAREs de la membrana blanco.
-Hay una proteina V-SNARE especifica para cada proteina T-SNARE especifica.
-Una vez ocurren las interacciones de entre los SNAREs la vesícula se va incorporando a la membrana blanco. Ocurre fusión.
-La vesicula debe de estar 1.5nm cerca de la membrana para que pueda ocurrir fusion.

Exiten dos tipos de secrecion: constitutiva y regulada. Para la secreción regulada se requiere Calcio.
Un ejemplo de fusión de vesículas reguladas lo son las vesículas sinápticas.
vesicle_fusion.gif
Fusion de vesiculas sinapticas


Tétano y Botulismo:
Son ambas toxinas bacterianas que dañan los complejos de SNAREs, causando mal función de neuronas.
La toxina del Tétano si introduce en el cuerpo por heridas y llega hasta neuronas del sistema nervioso central. Evita la fusion de vesiculas en neuronas que inhiben a las neuronas motoras. Esto produce una sobreactivacion de las neuronas motoras, provocando contraciones sostenidas o espasmos musculares severos.
La toxina del Botulismo, es ingerida y tambien tiene el efecto de impedir la fusion de vesiculas.