Las células eucariotas se caracterizan por el reparto ordenado y dirigido de moléculas entre sus diferentes compartimentos mediado por vesículas. Las vesículas son pequeños compartimentos delimitados por una membrana que transportan cargas: moléculas en su interior y en su proipia membrana. El transporte vesicular supone una gran ventaja puesto que se puede seleccionar la carga a transportar y a qué compartimento diana debe dirigirse. Ademas, las moléculas que llegan en las vesículas establecen la identidad del propio compartimento diana. Si no existiera especificidad en el reparto no habría compartimentos diferentes.
Las vesículas se forman en el compartimento fuente y se cargan con aquellas moléculas que deben ser transportadas. Una vez liberadas en el citosol, las vesículas son dirigidas hacia el compartimento diana, al cual reconocen y con el que se fusionan. Las moléculas transportadas formarán parte del orgánulo diana y serán las responsables de su función. Sin embargo, otras moléculas sólo estarán de paso en ese compartimento y serán empaquetadas de nuevo en otras vesículas para dirigirse a otro compartimento celular. Hay que tener en cuenta que la mayoría de los compartimentos son a su vez fuente y diana al mismo tiempo, y es frecuente entre dos compartimentos es el transporte bidireccional entre ellos.
Para formar una vesícula funcional se necesitan multitud de herramientas moleculares (Figura 1):
a) Moléculas para reconocer y atrapar a las cargas que se han de transportar. Otras moléculas adicionales tienen como misión formar la vesícula.
b) La vesícula debe interactuar con elementos del citoesqueleto para moverse hasta compartimento el diana.
c) Por último deben incorporar moleculas para permitir reconocer y fusionarse con el orgánulo diana.
1. Formación de vesículas
La formación de una vesícula es un proceso complejo (Figura 2). Participan numerosas moléculas: las que delimitan el sitio de formación de la vesícula e inician el proceso molecular, las que seleccionan a las cargas, las que participan en la formación y escisión de la propia vesícula, las que permiten posteriormente deshacerse de las proteínas de recubrimiento, etcétera.
Nucleación
La formación de una vesícula es un proceso ordenado de reclutamiento de moléculas desde el citosol. En las vesículas recubiertas por clatrina la nucleación se inicia mediante una concentración alta y localizada del fosfoinosítido PI(4,5)P2 en la membrana, el cual capta a las moléculas adaptadoras, que a su vez reclutará a las cargas y la cubierta de clatrina. En las vesículas COPII la nucleación se produce mediante el reclutamiento de proteínas GTPasas Sar a la membrana del orgánulo fuente, que al ser activadas reclutan a otras proteínas encargadas de seleccionar de manera específica a las cargas y a las proteínas que formarán la cubierta (Figuras 2 y 3).
Cargas
En una vesícula se puede viajar de tres maneras: como proteína transmembrana, como ligando unido a un receptor y como molécula disuelta en el contenido de la vesícula. Las proteínas adaptadoras son capaces de reconocer secuencias señal en los dominios citosólicos de las proteínas transmembrana, algunas de las cuales reconocerán a su vez a las proteínas que irán en el interior de la vesícula.
Plegamiento
El conjunto inicial de proteínas se asocian formando agregados en la membrana. Cuando se alcanza una concentración crítica se dispara el reclutamiento de otras proteínas que terminarán de formar la cubierta de la vesícula. A este momento se le llama punto de transición, y una vez alcanzado la vesícula se formará. Entre las proteínas de la cubierta externa están aquellas que permiten entrelazar todo el entramado proteico existente, curvar la membrana y dar volumen a la vesícula incipiente.
Escisión
La escisión es la separación de la vesícula de la membrana madre. Curvar la membrana de una vesícula y escindirla del compartimento fuente es un proceso coordinado, requiere de curvatura, fuerza motora, pero también de otras proteínas, en el caso de las vesículas de clatrina se denominadan dinaminas. Tras la escisión muchas de las proteínas que envuelven a la vesícula son liberadas y devueltas al citosol, de manera que tenemos una vesícula casi desnuda.
2. Viaje
Tras la separación del compartimento fuente se produce la eliminación de la cubierta, lo que permite que éstas puedan interactuar con el citoesqueleto y el compartimento diana. Este viaje está mediado por proteínas motoras y elementos del citoesqueleto, tanto filamentos de actina como microtúbulos.
3. Fusión de vesículas
El mecanismo de fusión de una vesícula con su compartimento diana es complejo (Figura 4). Ha de ser selectivo y además hay que abrir y fusionar membranas, lo que supone saltar una barrera termodinámica importante.
Anclaje
El primer paso es un reconocimiento inicial o anclaje (en inglés: "tethering"). Esto requiere que haya una especie de etiqueta a modo de código postal en la vesícula que sea reconocida por el compartimento con el que se ha de fusionar. Este reconocimiento inicial es similar al de una caña de pescar anclada en el compartimento diana que reconoce y ancla ("pesca") una vesícula que tiene unas determinadas moléculas. Las "cañas" de pescar son unos complejos proteicos asociados a las membranas del compartimento diana. Estos complejos pueden medir más de 200 nm de longitud.
Atraque y fusión
Se da un reconocimiento adicional entre otras proteínas denominadas SNARE. Son proteínas transmembrana de las cuales hay dos tipos: v-SNARE y t-SNARE. La interacción entre v-SNARE y t-SNARE provoca un acercamiento mucho mayor de las membranas de la vesícula y del compartimento diana, liberando además la energía necesaria para la fusión de ambas membranas. Las SNARE son otra capa de especificidad en el reconocimiento del compartimiento diana por una vesícula determinada.
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