Modelos de transporte vesicular a través del Complejo de Golgi

El aparato de Golgi está compuesto de varios compartimientos membranosos llamados cisternas. Usualmente, el mismo, está compuesto de cuatro a seis cisternas. Cada cisterna está enriquecida de encimas específicas, lo que le brinda a este organelo una diferenciación en cuanto a los procesos bioquímicos llevados en cada cisterna.

Existen dos modelos que explican el transporte vesicular:
a.) Modelo de transporte vesicular- En este modelo el aparato de Golgi es relativamente estacionario, teniendo sus encimas distribuidas en posiciones permanentes. Las moléculas son transportadas, de manera anterograda, a través de las cisternas por medio de vesículas. Este modelo se define por el movimiento del RE al golgi atraves de vesiculas; las vesículas van pasando de cisterna en cisterna. Cada vesícula tiene una composicion específica de proteína.


b.) Modelo de maduración de cisternas- Según este modelo el aparato de Golgi es una estructura dinámica en donde las cisternas son las que se mueven a medida que van madurando. En este modelo el movimiento retrogrado explica la distribución de las encimas del Golgi, ademas de que no presenta movimiento anterogrado de vesiculas. Este modela apoya la secrecion de moleculas grandes. modelo_de_transporte.jpg
Experimentos para probar el modelo de transporte de cisterna
Para probar el modelo de la maduracion de cisternas se utilizan metodos de marcacion de fluorescencia en levaduras se marcan componentes del golgi en

Picture_biol.jpg
verde: proteinas residentes en la cisterna temprana del golgi (cis); marcada con GFP
rojo: proteinas residentes en las cisternas tardias del golgi; marcada con variante de GFP *la celula esta viva para poder seguir la madurez de las cisternas
En las primeras 3 fotos se puede observar verde solamente (donde se~ala la flecha) y en las ultimas 3 solo rojo, pero la foto del medio es (verde y rojo) amarilla; esto quiere decir que en el mismo compartimiento tengo proteinas con GFP y el variante rojo.Siguiendo un mismo compartimento observando la expresion de proteinas que se supone que esten unicamente en la cisterna temprana o en la cisterna tardia se pueden ver expresadas a la vez. Demostrando el proceso de maduracion de cisterna ya que si fuera el vesicular siempre estaria o rojo o verde, no un color mezclado como el que aparece en la cuarta foto. Este experimento apoya al modelo de maduracion de las cisternas.

*Para salir del golgi se puede hacer de dos maneras:
-secrecion regulada= que son vesiculas de transporte que se van a fusionar con la membrana plasmatica. Ejemplo: sinapsis
-secrecion constitutiva= secresiones que estan ocurriendo continuamente; es importante para el origen de lisosomas. Ejemplo:vesiculas que llevan proteinas que son partes de la matriz extracellualar.



Vesiculas cubiertas de clathrina

Las vesiculas que son dirigidas desde el aparato de Golgi hasta los endosomas estan cubiertas de una capa de clathrina.
La mayoría de las proteínas que componen a estas vesículas son las clathrinas. Cada subunidad de clathrina se compone de tres cadenas polipeptidicas grandes y tres cadenas polipeptidicas pequeñas, las cuales unidas forman un triskelion. Estos triskelions se ensamblan espontáneamente en forma de polígonos, determinando la geometría de las clathrinas.
Las proteínas adaptadoras son otro tipo de proteínas que componen a estas vesículas. Las mismas unen a las clathrinas con la membrana y atrapan varias proteínas transmembranales, incluyendo los receptores que atrapan el cargo a distribuirse. Cada proteína adaptadora es específica para cada receptor de cargo.
En contraste con las vesículas cubiertas por COPI y COPII, las vesículas cubiertas de clathrinas requieren de proteínas, especialmente dinaminas, para desligarse de la membrana.
Las proteínas monoméricas que controlan el ensamblaje de las vesículas cubiertas de clathrina, son conocidas como proteínas Arf.

*Vesiculas cubiertas por clatrina salen del trans-golgi cubiertas por doble capa de proteina; capa externa tiene a la proteina fibrosa clatrina(tiene como 3 patitas) cada patita tiene una cadena liviana y pesada estas espontaneamente forman una caja compuesta de poligonos; diferentes cantidades de clatrina dan origen a estas cajas.
*En la parte externa tienen clatrina que son proteinas que ayudan a formar la vesicula y en la interna pueden tener complejos de AP (AP1,AP2,AP3) y otras que ayudan a concentrar el cargo que es especifico.
-En las mebranas se encuentra lo necesario para ensamblar ciertas proteinas.Como por ejemplo la vesicula necesita otras proteinas para "pinch off"

  • dynamina= proteina que requiere del hidrolisis de GTP para favorecer que la vesicula salga, recluta cargos especificos y distorciona la membrana

Lisosomas:

Los lisosomas son organelos membranosos compuestos de enzimas hidrolíticas que controlan la digestión intracelular. Estas enzimas son hidrolasas acídicas, que a su vez son cimógenos, por lo cual requieren de un corte proteolítico para ser activadas. Con tal de ser activadas requieren de un ambiente acido, el cual es proporcionado por bombas de protones. Las hidrolasas acídicas se encargan de degradar nucleótidos, proteínas, lípidos, etc.. Los lisosomas son muy diversos y pueden existir de varias formas y tamaños. Su diversidad refleja la gran variedad de funciones digestivas que median sus hidrolasas acídicas. La bomba de protones es tipo V ( proteina transmembranal) y utiliza la energía mediada por la hidrólisis de ATP para transferir protones hacia el lumen del organelo, mediando así el pH bajo del mismo.

Su diversidad morfológica refleja la manera en que son formados los lisosomas. Hay que tener en cuenta que su formación depende de endolisosomas, y endosomas tardíos hasta la maduración propia del lisosoma.

a) Endosomas tardíos- Contienen material recibido de la membrana plasmática por endocitosis, e hidrolasas recién sintetizadas. Los mismos se pueden fusionar con lisosomas ya formados y formar endolisosomas.

b) Endolisosomas- Se pueden fusionar unos con otros endolisosomas. Cuando la mayoría del material ha sido digerido, es entonces que se puede clasificar como lisosoma.

Hay que tener en cuenta que no hay una distinción entre endosomas y lisosomas, pues su única diferencia es la etapa del ciclo de maduración en que se encuentre.

El estudio de los lisosomas es importante pues existen enfermedades relacionadas con la deficiencia de lisosomas que degraden macromoléculas, lo que lleva a que estas se acumulen, afectando el desarrollo del sistema nervioso. Un ejemplo de una enfermedad causada por la acumulación de toxinas lo es Tay Sach’s disease.



Transporte vesicular anterogrado desde el Aparato de Golgi

Las vesículas salen del trans-Golgi y según las señales especificas que contengan se dirigen hacia su membrana blanco.

Para poder saber cuales son las vesiculas que contienen enzimas lisosomales, se debe observar si estas contienen un marcador de manosa 6-fosfato (M6P), que es ensamblado en el lumen del "cis-golgi network" al terminal N del oligosacarido que carga la proteina.
El proceso para anadir el M6P es llevado a cabo por las encimas, GlcNAc-fosfotranferasa y fosfodiesterasa, las cuales son dirigidas por un signal patch residente de la cadena polipeptidica. En este proceso se le a~ade un grupo fosfato a manosa. Luego, al tener ya la enzima lisosomal el grupo M6P , el receptor de M6P, el cual se encuentra en el trans-golgi, lo reconoce enlazandose, lo que causa que se forme la vesicula. Esta vesicula esta cubierta de clatrina. En esta etapa todavia no es un lisosoma. En algun momento la cubierta de clatrina se desensambla (la vesicula se "desnuda") debido a desfosforilacion (cambiando GTP por GDP).
La vesicula entra (se fusiona) a un "late endosome". Al suceder esto el pH es modificado debido a una incrementacion en la cantidad de protones, ocacionado por la accion de las bombas Tipo V. La enzima se disocia del receptor de M6P en un pH bajo, y los receptores son reciclados, via un movimiento retrogrado (COPI) devuelta hacia el Golgi
. glnac.jpg
Enzimas GlcNAc-fosfotransferasa y fosfodiesterasa a~adiendo el grupo fosfato a manosa.



Endocitosis

Es un proceso en el cual material extracelular es ingerido hacia el area intracelular. Esto es posible por medio de una vesicula que se forma a partir de la membrana.

Existen dos tipos de endocitosis:
a.) Fagocitosis=ingestion de particulas grandes por medio de vesiculas llamadas fagosomas. mediada a traves del sistema inmunologico; reconoce lo extra~o
Existe una regulacion del material fagocitado. El fagosoma es ayudado por el citoesqueleto de la celula.
  • Autofagia= es cuando algun organelo no funciona correctamente y este es ingerido. Al formarse una doble membrana alrededor del organelo se le conoce como autofagosoma.
    extracelular.jpg

Cuando la celula ingiere un soluto, el endosoma que lo contiene madura de diferentes formas. Luego de haber concentrado las moleculas que fueron endocitadas el endosoma maduro (tardio), se fusiona con las vesiculas de los componentes lisosomales y se convierte en un lisosoma. En la lamina superior se puede observar un fagosoma que se obtiene del area extracelular, y tambien se observa un autofagosoma (mitocondria ingerido) con una doble capa. Esto es una representacion de como se degradan los solutos en lisosomas.

b.)Pinocitosis= se introduce la membrana en componentes solubles y fluidos extracelulare; es cuando la celula ingiere fluidos. Este puede ser dependiente o independiente de clatrina. Reconoce algo que quiero internalizar.
--->La independiente de clatrina: es asociado a caveolinas (vesiculas mas peque~as), y la composicion de la vesicula depende de los fosfolipidos. La deformacion de la vesicula depende en gran parte de la composicion de los lipidos que estan en la membrana.

--->La dependiente de clatrina: la membrana se invagina, "pinches off" y se forma la vesicula. La vesicula cubierta de clatrina entra como funcion del ensamblaje de la misma. Clatrina se internaliza y la estructura se desnuda y madura, puede convertirse en un endosoma temprano. Lo que sale del golgi son proteinas que van a dar origen al lisosoma y se fusionan con endosomas tempranos y forman una estructura de endosoma tardio/ "multivesicular". Eventualmente, todo lo q esta en el interior de ese organelo va a ser degradado por la accion de las enzimas lisosomales que estan siendo incorporadas en ese endosoma tardio. Cuando lo que esta ahi ya ha sido degradado es que se puede identificar que tenemos un lisosoma.

LDL (low density lipoprotein) receptor endocitosis:
Clatrina (un complejo de clatrina) se forma en ciertas partes de la membrana plasmatica, contiene receptores con el cargo, otras proteinas contribuyen a que se formen los "pits" y luego dynamin contribuye al "pinching off" para convertirlo en una vesicula. El receptor de LDL es un single-pass transmembranal.
La particula del LDL esta compuesto por una monocapa de fosfolipidos y moleculas de unesterfied cholesterol, cholesterol esters (el nucleo), contiene apolipoproteina B y un receptor que reconoce los lipoproteinas a traves del Apo B. Los receptores en la membrana plasmatica reconocen la lipoproteina que se
va a endocitar. Al formarse la vesicula con la lipoproteina en el interior, este es llevado al "late endosome". Luego, la lipoproteina es degrada (por el ambiente acidico) y de ella se forman acidos grasos, amino acidos y colesterol. El LDL receptor regresa hacia la membrana plasmatica.

lipoproteina.jpg

Hipercolesterolemia:
Es una enfermedad donde hay mutaciones en las moleculas receptoras de endocitosis (gen LDLR y subunidades de genes AP2). Estas mutaciones hacen que el receptor no reconozca a las lipoproteinas, haciendo que el colesterol no entre a las celulas y se quede en la sangre, acumulandose.