El retículo endoplasmático se comunica principalmente con el aparato de Golgi. Ambos orgánulos son el primer y segundo paso de la vías secretora, respectivamente. 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, aunque en las plantas pueden ir directamente a las vacuolas, o incluso a la membrana plasmática.
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 y puede haber entre 50 y cientos en una célula tipo, 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. Las zonas de transición están asociadas a las pilas del aparato de Golgi. Suelen estar físicamente próximas. 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.
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 propia vesícula, participan varios tipos de proteínas citosólicas que incluyen a las Sec12/16, 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 las condiciones son propicias para el ensamblaje de COPII: tienen una composición lipídica diferente al resto del retículo y hay una acumulación de la proteína Sec12/16, 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 (sobre todo la capa externa formada por Sec 13/36) y participan, directa o indirectamente, en la selección de las cargas.
Las cargas son las proteínas y lípidos que han de ser incluidas específicamente en las vesículas para su exportación y que son reconocidas por receptores gracias a que estas cargas poseen una secuencia de exportación específica. Hay dos tipos de cargas que han de ser transportadas: las que son solubles en el interior del retículo endoplasmático y las que están en la membrana. Las que son solubles han de ser reconocidas y "pescadas" por receptores transmembrana, mientras que las proteínas de membrana (transmembrana) son reconocidas directamente por las moléculas de la cubierta. Tanto los receptores que reconocen a las proteínas solubles como las proteínas de membrana necesitan unirse por su dominio citosólico a la cubierta de COPII para ser incluidas en la vesícula. Las proteínas Sec24 reconocen a las secuencias de exportación. Como hay una gran diversidad de cargas, hay varios genes homólogos con ligeras variantes (genes parálogos) que producen variantes de Sec24. En levaduras se han encontrado hasta 13 receptores para capturar cargas. En humanos hasta 24. La proteína ERGIC-53 es también un receptor transmembrana que se mueve desde el retículo endoplasmático y el Golgi y que tiene secuencias de reconocimiento tanto para COPII como para COPI.
Aunque las cargas transmembrana son reconocidas directamente por las proteínas de la cubierta a través de su dominio citosólico, hay cada vez más datos que indican que algunas proteínas transmembrana son reconocidas por otras proteínas transmembrana, como las proteínas denominada cornichon. Las proteínas cornichon tienen tres cruces de membrana y secuencias en sus dominios citosólicos reconocidos por COPII y por COPI. Los receptores acoplados a proteínas G (proteínas transmembrana) necesitan a cornichon para salir del ER.
Por tanto, las proteínas COPII son necesarias para incorporar a la vesícula las cargas que van a ser transportadas específicamente. Sin embargo, en la vesícula pueden entrar otras moléculas por difusión de manera inespecífica. Esta vía de escape del ER se llama bulk flow o flujo masivo. Se calcula que la mitad del fluido interno del ER en una célula tipo se envía en vesículas en unos 40 min, lo que supone unas 155 vesículas COPII por segundo. A pesar de ello parecen existir en el retículo restricciones a este flujo. Se ha encontrado un mecanismo de selección de proteínas residentes basado en la alta concentración de proteínas, la cual favorecería la formación de estados volumétricos con una densidad y grado de interacción muy alta entre moléculas que dificultaría la libre difusión, y por tanto el acceso a las zonas de salida. Otro sistema de exclusión parece operar para las proteínas transmembrana residentes que tendrían dificultades para entrar en la membrana de la vesícula por difusión lateral consecuencia de la menor longitud de las cadenas de los ácidos grasos. Curiosamente cuando se expresan proteínas foráneas en el retículo, no hay ningún problema en su salida y secreción. De esto se aprovecha la industria farmacéutica para usar cultivos de células eucariotas y producir fármacos.
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 unos 500 nm de diámetro, en las que se acomoden las moléculas grandes.
Independientemente de cómo se empaqueten las cargas, 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. Lo que ocurre con las proteínas mal plegadas es que la secuencia de exportación no se expone. El sistema de control de calidad se llama sistema ERAD.
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.
Una vez liberada la vesícula, la cubierta COPII se pierde parcialmente y hace que las cargas se liberen de sus receptores. En otros casos, las cargas se liberan de los receptores una vez que llegan al lado cis del aparato de Golgi, su destino. De cualquier manera, una parte del material que sale en las vesículas desde el retículo endoplasmático es devuelto de nuevo. El reciclado de sustancias hacia el ER desde el Golgi se lleva a cabo por vesícula recubiertas por COPI o mediante túbulos que conectan ambos orgánulos y que son dependientes de Rab6. Las vesículas COPI se forman ya en el ERGIC o en el aparato de Golgi, y se inician gracias a la proteína Arf1.El tráfico bidireccional tiene dos misiones, devolver moléculas residentes del compartimento fuente, el retículo, y mantener el tamaño de los orgánulos fuente y diana. Por ejemplo, se ha estimado que cada 1 o 2 horas de una células de mamífero se ha exportado toda la membrana del ER en vesículas COPII. El compartimento ERGIC madura durante el camino hacia el aparato de Golgi. Esta maduración supone una modificación de las moléculas de su membrana y permite la asociación de las proteínas citosólicas que forman la cubierta COPI. 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.
La selección de las cargas por parte de las vesículas COPI depende de secuencias de recuperación situadas en el extremo carboxilo. Se conocen al menos varias secuencias de recuperación reconocidas por las cubiertas COPI. Los receptores KDEL, de los cuales hay varias isoformas, reconocen secuencias llamadas KDEL localizadas en muchas proteínas residentes del ER. El receptor KDEL alterna entre el retículo y el compartimento ERGIC/aparato de Golgi, 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. Rer1 y Erv41-Erv46 son otras proteínas que captura proteínas transmembrana residentes del retículo en localizaciones como el ERGIC y el aparato de Golgi, y que no tienen secuencias KDEL.
Por tanto, las vesículas COPI, además de membrana para reemplazar a la que se usó para formar las vesículas COPII, deben ir cargadas con la maquinaria de reconocimiento y fusión con el retículo y con los receptores que seleccionaron las cargas en las vesículas COPII. Pero además deben transportar a las proteínas residentes del retículo que entraron en las vesículas de manera no selectiva.
-
Bibliografía ↷
-
Bibliografía
Antonny B, Schekman R. 2001. ER export: public transportation by the COPII coach. Current opinion in cell biology. 13:438-443.
Barlow C, Helenius A. 2016. Cargo capture and bulk flow in the early secretory pathway. Annual review of cell and developmental biology. 32: 197-222.
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.
-
Retículo endoplasmático 
