La comunicación entre células es típicamente a distancia mediada por moléculas secretadas al medio extracelular, o por contactos directos mediante moléculas colocadas y expuestas en la superficie celular. Las vesículas como sistema de comunicación y transporte funcionan en el interior celular formando parte del tráfico vesicular. Sin embargo, desde finales de los años 60 del siglo XX se han descrito vesículas en los espacios extracelulares de tejidos sólidos y en fluidos corporales. Antes se pensaba que estas vesículas extracelulares eran consecuencia de roturas de las células o artefactos producidos tras la manipulación experimental. Sin embargo, la emisión de vesículas por parte de las células parece ser un mecanismo conservado evolutivamente, y hoy se sabe que todas las células procariotas y eucariotas emiten vesículas extracelulares como parte de su fisiología nornal En los animales se han aislado vesículas extracelulares en la sangre, saliva, leche, fluido amniótico, etcétera.
Las vesículas extracelulares que emiten las células eucariotas se clasifican en dos tipos: endosomas y ectosomas. Los endosomas son las vesículas presentes en los cuerpos multivesiculares y que se liberan tras la fusión de éstos con las membrana. Los ectosomas son las vesículas que se forman directamente por evaginación de la membrana plasmática.
1. Exosomas
Se denomina exosomas a las pequeñas vesículas, de unos 30 nm a 150 nm de diámetro, que se liberan al espacio extracelular tras la fusión de los cuerpos multivesiculares con la membrana plasmática (Figura 1). Son por tanto de origen endosomal. Este mecanismo 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. Durante esta maduración los reticulocitos se deshacen del receptor de la transferrina localizado en la membrana plasmática mediante su incorporación en vesículas que se fusionan con los endosomas tempranos. Cuando estos maduran se producen invaginaciones de sus propias membranas y los receptores quedan en las pequeñas vesículas internas de los cuerpos multivesiculares. Posteriormente estos cuerpos multivesiculares se fusionan con la membrana plasmática y liberan su contenido, que incluye a las vesículas con el receptor de la transferrina, al exterior celular.
En una misma célula pueden coexistir dos tipos de cuerpos multivesiculares, aquellos que se fusionarán con los lisosomas para la degradación de su contenido y aquellos que se fusionarán con la membrana plasmática para liberar a su contenido al exterior. La diferencia entre estas dos poblaciones parece ser el contenido en proteínas de superficie, por ejemplo proteínas Rab, así como el contenido de colesterol de sus membranas. Incluso en algunas células se han podido distinguir morfológicamente estas dos poblaciones de cuerpos multivesiculares. Los exosomas son liberados como tales por una gran variedad de células: epiteliales, células del sistema inmunitario, neuronas, glía y células tumorales, entre otras.
2. Vesículas emitidas o ectosomas
En la membrana plasmática se pueden formar pequeñas evaginaciones que se desprenderán y convertirán en vesículas que quedan libres en el medio extracelular. A éstas vesículas se les denomina vesículas emitidas (shedding vesicles) o ectosomas. La mayoría de estas microvesículas se rompen a los pocos minutos de ser liberadas, pero otras pueden llegar a largas distancias y ser encontradas, por ejemplo, en el líquido cefalorraquídeo, la sangre o la orina. El tamaño de las vesículas emitidas puede variar desde mayores de 50 nm a 1 µm, en incluyen microvesículas, micropartículas y grandes vesículas
El proceso de formación de las vesículas emitidas es por evaginación de zonas ricas en fosfatidilserina en la monocapa externa de la membrana. El mecanismo que permite la formación de estas vesículas, en sentido contrario a como es habitual en la membrana plasmática (por endocitosis o invaginación), no se conoce en detalle y parece depender de numerosas moléculas, incluso de la desorganización del citoesqueleto y de la pérdida de asimetría de la membrana plasmática. La concentración de calcio y la hipoxia aumenta la cantidad de vesículas liberadas, pero otros mensajeros también afectan a su tasa de liberación. En cualquier caso la membrana plasmática que forma parte de estas vesículas tiene que reponerse y en realidad se ha visto que la producción de vesículas emitidas sigue a una exocitosis regulada previa de vesículas no secretoras. Estas porciones de membrana que llegan a la membrana plasmática parecen ser las preferidas para formar nuevas vesículas emitidas.
Durante la apoptosis la célula colapsa y el citoplasma se divide en porciones más o menos grandes rodeadas de membrana que se liberan al tejido. Hay autores que consideran que estos trozos de citoplasma que se liberan durante la apoptosis contienen ADN y por tanto podrían considerarse como vesículas con significado fisiológico.
3. Contenido
Las vesículas extracelulares son heterogéneas y su contenido es muy variado, desde ARN, hasta lípidos, glúcidos y proteínas diversos, incluso ADN, tanto nuclear como mitocondrial. En general estas vesículas contienen una gran surtido de proteínas, tales como enzimas, elementos del citoesqueleto, factores de transcripción, proteínas asociadas integrales de membrana, complejos de histocompatibilidad, etcétera. Se han encontrado en ellas tipos de proteínas sin péptido señal que no provienen del retículo endoplasmático. Contienen también distintos tipos de ARN, tales como mensajeros, ARN de interferencia y pequeños ARN no codificantes están presentes, incluso se ha demostrado que algunos de estos ARNm se pueden traducir a proteínas en las células diana. Los lípidos forman parte de sus membranas, que pueden contener fosfatidil serina, lisofosfatidilcolina, esfingomielina y acilcarnitinas. Estas vesículas están enriquecidas en colesterol y esfingolípidos, dos componentes de las balsas de lípidos. Curiosamente el contenido en ARN no es una representación del ARN que aparece en el citosol sino que hay concentración de ciertos tipos particulares de ARN en estas vesículas. También contienen proteínas sin péptido señal, las que lo tienen se encuentran en las vesículas que forman parte del tráfico vesicular. También poseen un juego de lípidos diferente, por lo que algunos autores consideran a estas vesículas como un compartimento más de la célula con sus características específicas.
4. Funciones
Inicialmente se pensó que la liberación de las vesículas extracelulares era un mecanismo que tenía la célula para deshacerse de material desechable, y por ello no se les prestó mucha atención. Pero unas décadas más tarde se sugirió un papel en la comunicación célula-célula, en la presentación de antígenos, en patologías víricas, incluidas el VIH, en los procesos de metástasis.
Una vez liberados, tanto los exosomas como los ectosomas, tienen que difundir y reconocer a sus células diana. Hay diversas formas por las que la célula diana incorpora el contenido de la vesícula extracelular. Puede ser por macropinocitosis, mediante fusión directa con la membrana plasmática, o por endocitosis mediada por vesículas recubiertas por caltrina. El reconocimiento parece estar mediado por moléculas de superficie. La célula diana puede iniciar la respuesta, a veces por el simple contacto con moléculas de la superficie de la vesícula, pero en otras el contenido de la vesícula ha de entrar en el interior de la célula por lo que tiene que haber fusión vesícula-membrana plasmática de la célula diana o ser captada por endocitosis o macropinocitosis (la vesícula se fusionaría con la membrana del endosoma quedando el contenido de la vesícula en el citosol de la célula diana) (Figura 2). La fosfatidilserina en las membranas de las vesículas favorece la incorporación de estas vesículas por las células. Sin embargo, en otras ocasiones las vesículas se romperán y liberarán su contenido en la matriz extracelular.
El sistema inmune parece usar a las vesículas extracelulares en múltiples aspectos de su funcionamiento. Las vesículas extracelulares pueden llevar antígenos y presentarlos a las células inmunitarias, ARN de interferencia que modifican la expresión génica de las células inmunitarias, ADN de patógenos, etcétera. Las células dendríticas liberan vesículas que portan antígenos y complejos mayores de histocompatibilidad e inducen respuestas inmunes. También los macrófagos son capaces de liberar vesículas que promueven respuestas inmunes. Algunos tipos celulares, secretan inmunosupresores incluidos en vesículas.
Las vesículas liberadas por las células mesenquimales ayudan a reparar lesiones, las procedentes del epitelio pulmonar favorecen la proliferación celular, las liberadas por las neuronas influyen en la comunicación nerviosa.
Un caso bien conocido es la liberación de melanina en exosomas, denominados melanosomas, por parte de los melanocitos. Estos melanosomas son incorporados por los queratinocitos de las capas basales y acumulados en torno al núcleo. Un descubrimiento más reciente aporta evidencias de que también los queratinocitos liberan exosomas que afectan a la producción y liberación de melanina por parte de los melanocitos.
Hay exosomas en el semen, en la leche, en el líquido amniótico y en la sangre, lo que sugiere que las vesículas extracelulares son importantes para la reproducción. Por ejemplo, los que se encuentran en el semen se han relacionado con la maduración de los espermatozoides. En la placenta y en la sangre en distintos periodos durante el embarazo se han encontrado exosomas con un juego particular de ARN de interferencia que paren importantes para la protección frente a infecciones víricas, y parecen favorecer el desarrollo del embarazo. Los prostasomas de la próstata son como las vesículas liberadas de los cuerpos multivesiculares.
Las vesículas extracelulares también parecen mediar en el metabolismo puesto son capaces de transportar metabolitos y ARN entre células como las células beta del páncreas, tejido adiposo, las musculatura esquelética y el hígado. Por ejemplo, en las vesículas extracelulares se han encontrado hormonas como la adrenomedulina .
Las vesículas extracelulares liberadas por las células tumorales han atraído la atención por su posible papel en la expansión del propio tumor. Las células tumorales liberan vesículas, llamados oncosomas, de 1 a 10 micrómetros, que contienen una gran diversidad de moléculas, incluidas el ADN. Algunas pueden tener un gen completo en su interior. Pueden contener metaloproteasas en algunos tejidos tumorales, que son enzimas que degradan la matriz extracelular y facilitan la colonización por células metastásicas. Se ha demostrado que en los melanomas se liberan vesículas con moléculas tóxicas que afectan al sistema inmune, por lo que favorecen la progresión del tumor. Además, pueden ser una de las causas de la resistencia a fármacos anticancerígenos puesto que las vesículas extracelulares serían un mecanismo para sacar dichos fármacos de las propias células y evitar su toxicidad.
Por otra parte, las vesículas extracelulares pueden ser modificados y cargadas con moléculas útiles, es decir, como vectores farmacológicos para el tratamiento de enfermedades. Del mismo modo, ya que están presentes en los fluidos de todos los tejidos, se podrían utilizar como elementos de diagnosis estudiando su contenido.
Bibliografía
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