Atlas de histología vegetal y animal


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La célula. 5. Tráfico vesicular.

Del RETÍCULO al GOLGI

Resumen Medio

La mayoría de las proteínas y de los lípidos que abandonan el retículo endoplasmático lo hacen en vesículas o en otros compartimentos membranosos con formas tubulares que se desprenden del retículo (Figura 1). Tienen como destino inmediato el aparato de Golgi. Las vesículas y los procesos tubulares se forman y salen desde regiones especializadas del retículo endoplasmático denominadas zonas de transición o dominios de exportación reticular. Estas zonas son numerosas, carecen de ribosomas y se encuentran dispersas por las cisternas del retículo endoplasmático rugoso. Tienen unos 0.5 µm de diámetro y, en células de mamíferos, son bastante estables e inmóviles en el tiempo.

RE a Golgi
Figura 1. Las vesículas recubiertas con COPII parten desde la zona de transición del retículo endoplasmático y se fusionan formando el compartimento ERGIC, el cual se desplaza guiado por los microtúbulos hacia el lado cis del aparato de Golgi. En el lado cis, los compartimentos ERGIC provenientes de diferentes zonas de transición se fusionan para formar las primeras cisternas del aparato de Golgi. Desde los compartimentos ERGIC se forman vesículas de reciclado recubiertas por COPI que van de vuelta al retículo endoplasmático.

Las zonas de transición están físicamente asociadas a las pilas del aparato de Golgi. Siempre están físicamente proximas. Esto tiene sentido porque aumenta la eficiencia, no es necesario que las vesículas recorran largas distancias, o porque la generación y mantenimiento del aparato de Golgi realmente se produce a partir de las vesículas que provienen del retículo. Se ha comprobado que cuando se forma una zona de transición nueva se crea un aparato de Golgi en las proximidades, y si una zona desparece también lo hace la pila de cisternas asociadas. A veces, las zonas de transición se fusionan o se separan, haciéndolo también las pilas de cisternas de Golgi.

Vesículas
Formación y fusión de vesículas.

Las vesículas que se forman en las zonas de transición del retículo endoplasmático son vesículas recubiertas del tipo COPII (Figura 1). En la formación de estas cubiertas, y de la vesícula, participan varios tipos de proteínas citosólicas que incluyen a las Sec16, GTPasas Sar1, Sec 23/24 y Sec 13/31. Éstas se ensamblan en este orden en la superficie citosólica de las membranas de la zonas de transición. En estas zonas del retículo se crean las condiciones propicias para el ensamblaje de COPII: tienen una composición lipídica diferente al resto del retículo y hay una acumulación de la proteína Sec16, la cual tiene afinidad por las proteínas Sec23/24, y éstas su vez por las Sec13/36.

Las proteínas que forman COPII parecen realizar dos funciones: cooperan en la formación de las vesículas y participan, directa o indirectamente, en la selección de las cargas, las cuales son proteínas que han de ser incluidas en las vesículas.

a) La cubierta de COPII, sobre todo la capa externa formada por Sec 13/31, provoca la curvatura y evaginación, creando tensiones y pliegues en la membrana para formar la vesícula. Además, COPII parecen intervenir en la escisión de la vesícula.

b) Hay dos tipos de cargas que han de ser transportadas: las que están en la membrana y las que son solubles. Las que son solubles han de ser reconocidas y "pescadas" por receptores transmembrana. Tanto estos receptores como las otras proteínas de membrana necesitan unirse por su dominio citosólico a la cubierta de COPII para ser incluidas en la vesícula. Esta interacción parece mediada por la proteína Sec 24. Por tanto, las proteínas COPII son necesarias para incorporar a la vesícula las moléculas que van a ser transportadas. Independientemente de ello, cualquier proteína que vaya a ser exportada debe estar apropiadamente plegada. Las que no lo están son eliminadas antes de que sean englobadas para su exportación. Es decir, en el retículo endoplasmático se lleva a cabo un control de calidad.

Las vesículas recubiertas con COPII liberadas desde las membranas del retículo pierden parcialmente su cubierta y se fusionan entre sí para formar un compartimento intermedio denominado transportador túbulo vesicular o ERGIC (endoplasmic reticulum-Golgi intermediate compartment), que es dirigido por los microtúbulos (componentes del citoesqueleto) hacia el lado cis del aparato de Golgi, con el que se fusionará.

Aun siendo el transporte mediado por proteínas COPII descrito anteriormente el más frecuente entre el retículo endoplasmático y el aparato de Golgi, debe haber variaciones para llevar ciertas moléculas de un orgánulo al otro. Por ejemplo, una vesículas típica COPII, de unos 60 a 90 nm de diámetro, no puede englobar a una molécula de procolágeno, que son proteínas a modo de barras rígidas de unos 300-400 nm de longitud. También el transporte de los quilomicrones entre el retículo y el aparato de Golgi necesita de vesículas especiales más grandes. Parece que la regulación de la actividad de la GTPasa Sar1 es importante para modificar la formación de la cubierta y así poder fabricar vesículas COPII de unas 500 µm de diámetro, en las que se acomoden las moléculas grandes.

El tráfico bidireccional tiene dos misiones, devolver moléculas residentes del compartimento fuente y mantener el tamaño de los orgánulos fuente y diana. El compartimento ERGIC madura durante el camino hacia el aparato de Golgi. Esta maduración supone una modificación de las moléculas de su membrana y permiten la asociación de otras proteínas citosólicas que forman una cubierta denominada COPI. COPI muestra el mismo mecanismo que COPII pero su función es formar vesículas y seleccionar moléculas que se devolverán al retículo endoplasmático. De esta forma, mientras el compartimento ERGIC se mueve hacia el aparato de Golgi libera vesículas que retornarán al retículo, transportadas por los microtúbulos. Es una vía de reciclado. El sentido de este reciclado es devolver las proteínas que han escapado del retículo y que realmente tienen su misión en este orgánulo. A estas moléculas se les denomina residentes del retículo. Además de las vesículas COPI, parece haber otras maneras de devolver moléculas desde el Golgi al retículo, como por ejemplo formaciones tubulares que forman puentes directos entre ambos orgánulos. En el caso de las COPI, la presencia de la carga estabiliza la cubierta, por lo que cuanto más moléculas haya para transportar retrográdamente más vesículas se formarán.

Las vesículas COPI, además de membrana para reemplazar a la que se usó para formar las vesículas COPII, deben ir cargadas con las SNARE-v y con los receptores que seleccionaron a las moléculas trasnportadas en el retículo, pero además deben regresar a las proteínas residentes del retículo que entraron en las vesículas de manera no selectiva. La selección de las proteínas residentes del retículo en el compartimento ERGIC se realiza de dos maneras. Las proteínas transmembrana son reconocidas por COPI, mientras que las solubles son reconocidas por una proteína transmembrana denominada receptor KDEL. Las proteínas residentes, tanto transmembrana como solubles, poseen secuencias de aminoácidos que han de ser específicas. Una vez empaquetadas, las vesículas COPI llegan al retículo y se fusionan con él, dejando allí sus moléculas.

El receptor KDEL alterna entre el retículo y el compartimento ERGIC, puesto que también viaja en las vesículas recubiertas por COPII, pero en este caso sin unir ligando alguno. El proceso de unir un ligando en un orgánulo y liberarlo en el otro es posible porque hay un gradiente de pH entre estos dos compartimentos, más básico en el retículo, que le impide unirse a sus ligandos (y por tanto los libera), y más ácido en el aparato de Golgi, que le permite unirse a sus ligandos. Es decir, la variación de pH entre compartimentos modifica la afinidad del receptor KDEL por sus ligandos.

Bibliografía

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Saito K, Maeda M, Katada T. 2017. Regulation of the Sar1 GTPase cycle is necessary for large cargo secretion from the endoplasmic reticulum. Frontiers in cell and development biology. 5: 75.

Zanetti G, Pahuja KB, Studer S, Shim S, Schekman R. 2012. COPII and the regulation of protein sorting in mammals. Nature cell biology. 14: 20-28.

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