TEMA 5 - ddd PDF

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TEMA 5 Intercambios de la célula con el medio externo II. Transporte de macromoléculas y partículas. Cooper capítulos 11 (Mecanismo de transporte de las vesículas, páginas 430-436 hasta Lisosomas, excepto Aproximaciones experimentales al conocimiento del transporte de las vesículas y Distribución y exportación de proteínas desde el aparato de Golgi, páginas 427-428 y figura 11.31 en la página 429) y 14 (Endocitosis, páginas 560-567). Tipos de citosis: - Endocitosis: toma de partículas por la célula - Exocitosis: expulsión de partículas. Dependen de la formación de vesículas: Transporte vesicular Además hay transporte vesicular entre los compartimentos del sistema de endomembranas y entre estos y la membrana plasmática siguiendo rutas definidas. Transporte vesicular El transporte vesicular es la actividad celular responsable del transporte de macromoléculas e incluso de grandes partículas. Está basado en: - Formación de vesículas de transporte - Selección de las macromoléculas que se incorporan selectivamente en la vesícula - Reconocimiento entre la vesícula y la membrana que deben fusionarse - Fusión de la membrana para liberar el contenido y para incrementar la membrana. Para mantener la composición de los distintos compartimentos entre los que hay transporte vesicular las células han desarrollado también mecanismos de retención de material en un compartimento dado y mecanismos de reciclaje. Aunque se habla de vesículas de transporte muchas veces tienen la forma de túbulos, o tienen porciones tubulares y porciones vesiculares. Las porciones vesiculares están enriquecidas en material soluble, mientras que las porciones tubulares están enriquecidas en material de membrana. Formación de vesículas y selección de la carga (Cooper capítulos 11 (Mecanismo de transporte de las vesículas, páginas 430-436 hasta Lisosomas, excepto Aproximaciones experimentales al conocimiento del transporte de las vesículas y 14 Endocitosis mediada por clatrina páginas 561-563 hasta el principio del segundo párrafo). Dependen de proteínas que cubren la superficie citosólica de la membrana que se va a invaginar y que se denominan cubiertas. Las vesículas se nombran en relación a su cubierta. En la formación de la cubierta participan: - Proteínas GTP monoméricas: ARF y Sar. - Lípidos específicos como fosfoinsositol bifosfato. - Proteínas de cubierta: clatrina, COPI y COPII. Los transportes que median cada una de ellas se indican en los temas correspondientes. - Proteínas adaptadoras. - Dinamina Papel de las proteínas de unión a GTP monoméricas y de lípidos específicos en la formación de las vesículas Son responsables de determinar el lugar y el momento de iniciación de la formación de las vesículas.

Las proteínas de unión a GTP monoméricas son interruptores celulares que median múltiples procesos en las células (transporte vesicular, importación y exportación nuclear, señalización celular…). Alternan entre dos estados: inactivo, unidas a GDP y activo, unidas a GTP. La activación se debe a un factor de intercambio de nucleótidos de guanina (GEF) y la inactivación a un factor que hidroliza el GTP (GAP). Papel de las proteínas de cubierta Proporcionan las fuerzas para la invaginación de la vesícula Papel de las proteínas adaptadoras Son las responsables de la selección de la carga (moléculas de la membrana que van a ser incluidas en la vesícula; cuando la carga es una molécula soluble, la molécula de membrana es un receptor que interactúa tanto con la carga como con la proteína adaptadora) y de la asociación de las proteínas de cubierta a la membrana. Papel de la dinamina Se dispone en el cuello de la vesícula que se está formando y es responsable de su separación de la membrana. Una vez formada la vesícula se desprende la cubierta. Reconocimiento entre membranas: enlace y acoplamiento Las vesículas de transporte tienen una alta especificidad para la membrana con la que deben fusionarse. La especificidad se debe a que todos los tipos de vesículas de transporte poseen marcadores de superficie que las identifican de acuerdo a su origen y carga. Estos marcadores pueden ser reconocidos por receptores complementarios en la membrana con la cual se fusionan. El reconocimiento tiene dos etapas: enlace o anclaje y acoplamiento. En enlace es la interacción inicial específica entre las membranas que están destinadas a fusionarse y depende de la interacción de proteínas Rab-GTP monoméricas y factores de anclaje (enlace). Las Rab reclutan los factores de enlace a las membranas de manera similar a como ARF recluta las cubiertas. Un ejemplo de factores de enlace es el exocisto. El acoplamiento es el contacto específico fuerte entre las dos membranas previo a la fusión. El enlace desencadena el acoplamiento en el cual intervienen las SNARE junto con otras proteínas auxiliares, que forman complejos entre las dos membranas. Fusión de membranas Para que la vesícula y la membrana puedan fusionarse las bicapas lipídicas tienen que estar tan próximas que se elimine toda el agua entre ellas. Este es un proceso energéticamente muy desfavorable por lo que la fusión es catalizada por la interacción de las proteínas SNARE que proporciona la energía necesaria para la reorganización de los componentes de las membranas que se fusionan. Si las membranas que se fusionan son iguales la fusión es homotípica, si son distintas es heterotípica. Reconocimiento y fusión del virus SARS-CoV-2 Las proteínas S que protruyen desde la superficie viral están formadas por tres subunidades. Cada subunidad tiene un dominio interior, un segmento transmembrana, el dominio de fusión que forma parte de tallo exterior y un dominio globular de enlace al recepto (figura C). Estos dominios globulares enlazan al receptor ACE2 en la superficie de las células. Si en la superficie de las células también hay ciertas proteasas, estas rompen las subunidades separando los dominios globulares, lo que provoca una reorganización de los dominios de fusión (figura inferior izquierda). Los extremos del dominio de fusión constituyen los péptidos de fusión y son fuertemente hidrofóbicos, se insertan en la membrana celular (esquema 3 de la figura inferior izquierda) y sus porciones helicoidales se enrollan de manera similar al enrollamiento

de las proteínas SNARE, acercando las membranas (esquemas 4 y 5de la figura inferior izquierda) desencadenando la fusión (esquema 6 de la figura inferior izquierda).

Tomado de SARS-CoV-2 Mittal A, Manjunath K, Ranjan RK, Kaushik S, Kumar S, Verma V.PLoS Pathog. 2020 Aug 21;16(8):e1008762

A la iquierda se observa la proteína S extendida. Note a diferencia de lo representado en el esquema, el dominio de fusión solo adopta la conformación extendida después de la escisión proteolítica del dominio de enlace. Tomado de Coronavirus membrane fusion mechanism offers a potential target for antiviral development. Tang T, Bidon M, Jaimes JA, Whittaker GR, Daniel S. Antiviral Res. 2020 Jun;178:104792.

Endocitosis (en sentido amplio) - Pinocitosis o Endocitosis en sentido estricto: La mayor parte de las vesículas de pinocitosis dependen de clatrina pero también hay endocitosis independiente de clatrina. En una misma vesícula tiene lugar la captación no selectiva de líquidos extracelulares: endocitosis de fase líquida y macromoléculas específicas (material soluble o de membrana): endocitosis mediada por receptor. - Fagocitosis. Funciones y tipos celulares -Macropinocitosis Posibles destinos del material incluido por endocitosis - Reciclaje al mismo dominio de la membrana - Inclusión en otro dominio de la membrana o expulsión desde este. - Lisosomas Ruta constitutiva de la endocitosis: (Cooper capítulo 11 Figura 11.40). Es la vía que lleva material del exterior o de la membrana plasmática a los lisosomas para su degradación. Endosomas tempranos o periféricos (no primarios), endosomas de reciclaje, cuerpos multivesiculares, endosomas tardíos o perinucleares. Tambien hay reciclaje desde los endosomas tardíos hasta la membrana plasmática (hay receptores que necesitan el pH todavía más ácido de los endosomas tardíos para separarse de sus cargas). Entrada del virus SARS-CoV-2 mediante endocitosis En presencia de proteasas en la membrana celular que puedan eliminar el dominio de enlace al receptor de la proteína S, la membrana del virus se fusiona con la membrana celular. Si las proteasas de la membrana celular no están presentes los virus pueden entrar por endocitosis. Una proteasa presente en el compartimento endosomal elimina el dominio de enlace al receptor de la proteína S y la membrana del virus se fusiona con la del endosoma. Por cualquiera de las dos vías el material genético del virus se libera en el citoplasma, el ARN viral se replica, se sintetizan y maduran sus proteínas, el virus se ensambla y se libera al exterior.

Figura de la izquierda tomada de Potential Anti-COVID-19 Therapeutics that Block the Early Stage of the Viral Life Cycle: Structures, Mechanisms, and Clinical Trials. RA AlHorani, S Kar, KF Aliter Int. J. Mol. Sci. 2020, 21(15), 5224; Figura de la derecha tomada de Cathepsin L-selective inhibitors: A potentially promising treatment for COVID-19 patients. Liu, T.; Luo, S.; Libby, P.; Shi, G.P. Pharmacol. Ther. 2020, 213, 107587. Cuerpos multivesiculares, selección e inclusión de la membrana que se va a degradar. Los lisosomas no pueden degradar su propia membrana, por tanto para degradar componentes de membrana viejos o dañados no basta con llevarlos a los lisosomas, es necesario retirarlos de la membrana y pasarlos al interior. La clasificación tiene lugar en los endosomas tempranos. La membrana a degradar se introduce en vesículas (de ahí el nombre de cuerpos multivesiculares). Los cuerpos multivesiculares son una etapa intermedia en la vía constitutiva de la endocitosis Endosomas tempranos y de reciclaje en células polarizadas Las células polarizadas tienen varios dominios y hay endosomas periféricos y endosomas de reciclaje propios de cada dominio. Transcitosis: es la toma de material en un dominio de la membrana plasmática y su liberación en otro. Las moléculas atraviesan la célula. Fagocitosis Exocitosis Topología de las vías de endocitosis y secretora El interior de los componentes del sistema de endomembranas se corresponde con el exterior celular. Diferencias y semejanzas entre las vías de secreción constitutiva y regulada.

Transporte de proteínas a la membrana plasmática en células polarizadas (Cooper capítulo 11 página 428 último párrafo y esquema 11.31 en la página siguiente). La vía explicada y que está en el esquema es la vía directa, pero hay otra vía que es la indirecta, en la cual todas las proteínas parten juntas del Golgi en una vesícula y se dirigen a un dominio, en general el basolateral y allí tiene lugar la clasificación. Las proteínas del domino basolateral son retenidas generalmente por unión a elementos del citoesqueleto y las del dominio apical son incluidas en vesículas que se fusionan con los endosomas periféricos y por transcitosis son llevadas al dominio apical....