La exocitosis es la fusión de vesículas con la membrana plasmática. Las vesículas son producidas principalmente por el aparato de Golgi, desde su dominio trans, y viajan hasta la membrana plasmática con quien se fusionan. También pueden provenir vesículas de otros compartimentos como los endosomas (ver más adelante). Actualmente se incluye en la exocitosis la fusión de cualquier compartimento membranoso con la membrana plasmática.
1. Tipos de exocitosis
Hay dos tipos de exocitosis de las vesículas que vienen desde el aparato de Golgi: constitutiva y regulada (Figura 1). La exocitosis constitutiva se produce en todas las células y se encarga de liberar moléculas que van a formar parte de la matriz extracelular y llevan también moléculas en la propia membrana de la vesícula que sirven para regenerar la membrana plasmática. Es un proceso constante de producción, desplazamiento y fusión de vesículas, con diferente intensidad de tráfico según el estado fisiológico de la célula. La exocitosis regulada se produce sólo en aquellas células especializadas en la secreción, como por ejemplo las productoras de hormonas, las neuronas, las células del epitelio digestivo, las células glandulares y otras. En este tipo de exocitosis se liberan moléculas que realizan funciones para el organismo como la digestión o que afectan a la fisiología de otras células que están próximas o alejadas en el organismo, a las cuales llegan tales moléculas a través del sistema circulatorio, como es el caso de las hormonas. Las vesículas de secreción regulada no se fusionan espontáneamente con la membrana plasmática sino que necesitan una señal que normalmente es un aumento de la concentración de calcio. Además, necesitan ATP y GTP.
2. Selección de cargas en el Golgi
Los dos tipos de exocitosis empaquetan moléculas diferentes, luego el complejo TGN debe arreglárselas para separar ambos tipos de cargas. Parece ser que las moléculas que no tienen una señal específica serán empaquetadas en vesículas de exocitosis constitutiva. Sin embargo, no todas las moléculas sin señal son transportadas de la misma manera. Por ejemplo, hay un tipo de vesículas que salen desde el TGN hacia la membrana plasmática que están enriquecidas en esfingomielinas. Estas vesículas se podrían formar en dominios del TGN con abundancia de este lípido. La lipoproteína lipasa es una proteína soluble y, sin embargo, se empaqueta preferentemente en estas vesículas. Esta proteína tiene una apetencia natural para unirse a la membrana y tiene un dominio molecular que reconoce a cadenas de heparán sulfato. Se ha visto que el heparán sulfato sindecan es una carga típica y abundante de este tipo de vesículas puesto que tiene apetencia por meterse en los dominios ricos en esfingomielina. Así, la lipoproteína lipasa asociada al sindecan es empaquetada y secretada.
¿Cómo se seleccionan las moléculas para las vesículas de exocitosis regulada? El mecanismo parece basarse en la formación de agregados moleculares. Estos agregados están formados por las moléculas que serán liberadas y que tienen actividad fisiológica, así como por las enzimas que se encargan de su procesamiento. Hay que tener en cuenta que muchas de las moléculas que se liberan por exocitosis regulada son incorporadas a las vesículas en formas inactivas, por ejemplo propéptidos, que son procesadas a sus formas activas una vez que las vesículas se han formado. Los agregados están formados por moléculas que no han sido secuestradas por las vesículas cubiertas de clatrina, que son otro tipo de vesículas que se forman en el TGN, y que van dirigidas a los endosomas, ni por las vesículas cubiertas por COP-I, que van al retículo endoplasmático.
¿Hay que tener en cuenta que no toda las moléculas que se seleccionan en una vesícula van a ser liberadas al medio extracelular. Así, numerosas proteínas van destinadas a la membrana plasmática para realizar su función. Entre estas están canales iónicos, receptores o enzimas como la celulosa sintasa o la sintasa del ácido hialurónico. Así, la exocitosis constituye un mecanismo por el cual la célula puede regular su fisiología alterando la cantidad y tipo de proteínas en la membrana plasmática. Estas proteínas de membrana han de ser seleccionadas en el TGN o en los endosomas para ser transportadas a la membrana plasmática. En muchos casos, la endocitosis y la exocitosis funcionan coordinadamente para regular las proteínas que tiene la membrana plasmática en un momento determinado.
3. Secreción regulada
Las vesículas de la secreción regulada provienen fundamentalmente del aparato de Golgi y se acumulan en el citoplasma. Cuando reciben la señal para su liberación se dirigen hacia regiones concretas de la membrana plasmática, luego es un proceso dirigido no sólo en el tiempo sino también en el espacio. Las células nerviosas representan un ejemplo extremo. Una vez empaquetadas las vesículas en el soma neuronal tienen que ser dirigidas hacia el terminal presináptico, que en algunas neuronas puede estar a centímetros de distancia. Además de las neuronas existen otras células polarizadas, como es el caso de las del epitelio digestivo, las cuales poseen una parte apical y otra basal. Sería un desastre que las células epiteliales intestinales fusionasen las vesículas y liberasen las enzimas digestivas que contienen en la región de la membrana plasmática orientada hacia los tejidos internos y no hacia la luz del tubo digestivo. La direccionalidad del camino de estas vesículas está determinada por la acción de los microtúbulos y filamentos de actina del citoesqueleto, los cuales, mediante la intervención de las proteínas motoras, dirigen las vesículas hasta su lugar de fusión apropiado.
La liberación de moléculas al exterior celular supone la fusión de la membrana de la vesícula con la membrana plasmática, de la cual terminará por formar parte. Sin embargo, en base a las imágenes obtenidas con el microscopio electrónico se ha propuesto otra posibilidad adicional, el modelo de exocitosis denominado "besa y corre" (kiss-and-run) (Figura 2). Aquí la vesícula no se fusiona completamente con la membrana sino que lo hace de una manera incompleta formando un poro que comunica el interior de la vesícula con el exterior celular por donde liberará su contenido. Posteriormente se cierra el poro quedando la vesícula vacía en el citosol. Este tipo de excocitosis se ha propuesto para las sinapsis y para las células cromafines. En algunos casos se ha observado que las vesículas se pueden fusionar entre sí pero sólo algunas de ellas llegan a fusionan con la membrana plasmática. Es lo que se llama exocitosis compuesta puesto que el contenido de varias vesículas se mezclan entre sí (Figura 2).
4. Otras fuentes de vesículas
No todas las vesículas que se fusionan con la membrana plasmática provienen del aparato de Golgi. Los endosomas tempranos son orgánulos especializados en recibir vesículas formadas en la membrana plasmática, proceso denominado endocitosis (Figura 3). Tras su fusión con el endosoma parte del contenido vesicular es reciclado y llevado de vuelta a la membrana plasmática por medio de vesículas que se forman en el propio endosoma. Otro ejemplo lo tenemos en los terminales presinápticos del sistema nervioso (Figura 4). Estos sitios de exocitosis están normalmante muy alejados del aparato de Golgi, localizado en el soma neuronal. La liberación de neurotransmisores en la sinapsis no puede depender en exclusiva del empaquetado de éstos en el TGN, sería una comunicación nerviosa muy ineficiente y demasiado lenta. En el terminal presináptico se produce la exocitosis en la zona de liberación, mientras que en la membrana plasmática lateral del propio terminal se producen vesículas por invaginación que se volverán a llenar con neurotransmisores gracias a la existencia de transportadores específicos en sus membranas. Estas vesículas rellenadas sufren un nuevo proceso de exocitosis. Normalmente liberan neurotransmisores pequeños con vías de síntesis poco complejas. De este modo existe un proceso constante de formación de vesículas localizado en el propio terminal presináptico seguido de exocitosis.
5. Fusión de orgánulos
Los cuerpos multivesiculares, endosomas con vesículas internas, pueden en ocasiones fusionarse con la membrana plasmática y liberar al exterior celular su contenido vesicular (Figura 5). A estas vesículas liberadas se les denomina exosomas. Este mecanismo de exocitosis fue descrito, y el término exosoma acuñado, en los años 80 del siglo XX. Se descubrió en el proceso de maduración de los reticulocitos a eritrocitos.
Por último, mencionar que bajo circunstancias excepcionales, distintos orgánulos pueden fusionarse con la membrana plasmática. Hay muchas evidencias de que los lisosomas se pueden fusionar con la membrana plasmática en todos los tipos celulares estudiados. Es un mecanismo dependiente de calcio con diferentes funciones según el tipo celular. Por ejemplo, sirve para la reparación de la membrana plasmática, reabsorción de matriz ósea por los osteoclastos, función de los melanocitos durante la pigmentación de la piel, respuesta inmune frente a ataque de parásitos, presentación de antígenos, liberación de ATP extracelular por la glía. La fusión de lisosomas también coopera durante la fagocitosis para la emisión de los pseudópodos que englobarán a la partícula a fagocitar. En general se cree que se fusionan lisosomas siempre que se requiera una gran cantidad de membrana celular extra.
Otros compartimentos que se pueden fusionar son los autofagosomas antes de su fusión con los lisosomas. La autofagia es un proceso de eliminación de componentes celulares por los lisosomas. Pero la célula puede eliminar componentes internos por exocitosis, lo que se ha dado en llamar autofagia secretoria. En esta vía no sólo se liberan desechos celulares sino otras moléculas activas. Por ejemplo, la interleucina 1 se libera por autofagia secretoria. Además, algunos virus explotan este mecanismo para salir de la célula una vez se han replicados.
Cuando las células sufren roturas grandes de sus membranas y tienen que sellarlas hay muchos orgánulos que contribuyen con sus propias membranas a este sellado, tales como los lisosomas, endosomas y el retículo endoplasmático.
Durante la fagocitosis se necesita una gran cantidad de membrana plasmática para englobar a las enormes partículas que se introducen en el interior celular. En este caso contribuyen con membranas cualquier compartimento membranoso próximo que pueda aportar membrana plasmática extra fusionándose con ella.
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Bibliografía ↷
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Bibliografía
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Aparato de Golgi 
