Endocitosi ed Esocitosi PDF

Endocitosi ed esocitosi con l’endocitosi le cellule del nostro organismo sono in grado di assumere macromolecole molecole e grosse particelle e lo fanno attraverso la formazione dalla membrana plasmatica di vescicole che poi si staccano dalla membrana e raggiungono l’interno della cellula. il traspo...

Endocitosi ed esocitosi con l’endocitosi le cellule del nostro organismo sono in grado di assumere macromolecole molecole e grosse particelle e lo fanno attraverso la formazione dalla membrana plasmatica di vescicole che poi si staccano dalla membrana e raggiungono l’interno della cellula. il trasporto opposto è l’esocitosi è quello che consente di espellere molecole e macromolecole e grosse particelle attraverso la formazione di vescicole da parte degli organuli intracellulari che si fonderanno con la membrana plasmatica in modo da riversare all’esterno il proprio contenuto ma anche in modo di entrare a far parte della membrana plasmatica. questi due processi devono essere sempre bilanciati perché coinvolgono la membrana plasmatica che deve mantenere la sua omeostasi ovvero la sua superficie che puo’ variare grazie a questi processi che se fossero sbilanciati nel senso che se nelle nostre cellule avessimo una predominanza di endocitosi questo porterebbe alla diminuzione della membrana plasmatica( perché è da quella che si formano le vescicole per l’endocitosi) al contrario con l’esocitosi predominante aumenterebbe la superficie della membrana plasmatica. endocitosi l’endocitosi gioca un ruolo chiave nel funzionamento della cellula e svolge un ruolo cruciale regolando il dialogo tra le cellule del nostro organismo. 1. attraverso l’endocitosi le cellule possono rimuovere i componenti della membrana plasmatica per poterli rinnovare con l’esocitosi. 2. attraverso l’endocitosi internalizzano componenti lipidici e proteici della membrana plasmatica. 3. tramite l’endocitosi permette di assimilare i nutrienti nel luogo extracellulare che sono di grandi dimensioni. 4. con l’endocitosi regolano la comunicazione cellulare rimuovendo i recettori di membrana coinvolti nella comunicazione tra le cellule quindi DOWNREGOLANO il numero di recettori che sono coinvolti nella comunicazione cellulare (insomma evitano che una molecola segnale sia costantemente legata ad un recettore diventando dannosa piuttosto che utile) 5. endocitosi mantiene polarità morfologica della cellula, metti caso che per errore viene traslocata una proteina nella membrana luminale invece che baso laterale, per endocitosi la cacciamo dalla membrana luminale ed indirizzata verso la basolaterale e questo grazie all’endocitosi! tipi di endocitosi dividiamo l’endocitosi in due gruppi principali: fagocitosi: cellula che mangia è un processo mediante il quale le cellule ingeriscono grosse particelle. pinocitosi: significa cellula che beve il liquido extracellulare che è fatto da soluti, la pinocitosi la dividiamo in: macropinocitosi, endocitosi in fase fluida, endocitosi mediata da recettori. di questi tre tipi quella piu frequente, ovvero che si verifica in tutte le cellule dell’organismo, è quella col recettore. Fagocitosi cellula che mangia, la fagocitosi effettivamente per gli organismi come i protozoi è il processo con il quale mangiano, nelle nostre cellule è diverso nel nostro organismo è un compito svolto da cellule specializzate identificate come fagociti ma nello specifico i fagociti sono identificati dai macrofagi e dai granulociti neutrofili che sono cellule del sangue deputate a difendere l’organismo da agenti patogeni in maniera aspecifica fanno parte del nostro sistema di difesa aspecifico (colpiscono le cose nonself) e ci difendono fagocitando. la fagocitosi è un processo che, per come avviene, è definito recettore /actina dipendente. recettore dipendente perché la cellula che deve essere fagocitata deve prima essere riconosciuta da parte dei recettori che sono presenti sulla membrana del fagocita (macrofago o neutrofilo) il riconoscimento puo’ essere diretto o mediato da un rivestimento che si puo’ formare intorno alla particella attraverso un processo di opsonizzazione, la particella prima di essere riconosciuta e fagocitata deve essere rivestita di opsonine che sono gli anticorpi. foto fagocita: ci sono recettori sulla membrana che servono per riconoscere il patogeno e avviene direttamente nel disegno b abbiamo fagocita con i suoi recettori e abbiamo il patogeno, il patogeno prima di essere riconosciuto dal fagocita viene rivestito di opsonine (anticorpi) con questa struttura ad y dove la parte superiore sono le braccia della y che in maniera specifica riconosce il patogeno esponendo all’esterno la coda che è comune agli anticorpi della stessa classe e il fagocita riconosce la coda (porzione FC) e una volta legata alla porzione FC si avvia la fagocitosi. infine, non solo i patogeni vengono fagocitati ma anche le cellule in apoptosi. Una cellula in apoptosi viene riconosciuta perché c’è la fosfatidilserina che normalmente sta nel versante citosolico ma quando la cellula muore va nel versante extracellulare e il fagocita la riconosce grazie a questa e lo fagocita. quindi il primo step della fagocitosi è il riconoscimento e avviene grazie al fatto che il fagocita presenta recettori e puo’ avvenire direttamente o indirettamente con le immunoglobuline quindi abbiamo legame recettore particella. actina dipendente → il recettore ha sul versante extracellulare un dominio per legarsi con le particelle da fagocitare e nel versante citosolico abbiamo un dominio actinico da dove parte il rimodellamento del citoscheletro che insieme alla membrana presa dagli organuli va a formare degli pseudopodi i quali racchiudono la cellula da fagocitare. Gli pseudopodi, quindi, racchiudono all’interno la molecola formando una vescicola che si stacca dalla membrana plasmatica e lo porta all’interno della cellula e questa vescicola viene chiamata fagosoma (prodotto della fagocitosi) e il fagosoma poi si porta a livello del compartimento intracellulare o endosomico che converge sul lisosoma dove al suo interno ci sono enzimi idrolitici che vanno a degradare la particella fagocitata. Ciò che non viene digerito rimane nel lisosoma a formare corpi residui le cellule self non vengono fagocitate perché hanno un segnale “don’t eat me” Pinocitosi macropinocitosi: la macropinocitosi puo’ essere svolta da tutte le cellule del nostro organismo (mentre la fagocitosi solo da cellule specializzate per la difesa aspecifica) però per farla devono essere stimolate. Sulla membrana c’è un recettore specifico che, quando viene legato fa sì che una cellula possa fare macropinocitosi. Il dominio citosolico dopo che ha legato una molecola segnale è in grado di andare a determinare il riarrangiamento del citoscheletro actinico e il reclutamento di membrana dagli organuli. a questo punto la membrana si solleva increspandosi sulla superficie della membrana plasmatica stessa e poi si ripiega sulla membrana plasmatica fino a fondersi e con questa fusione all’interno della vescicola che si forma chiamata macropinosoma resta intrappolata una grande quantità di liquido extracellulare e di soluti QUINDI È ASPECIFICA. attraverso macropinocitosi le cellule assumono grandi volumi extracellulari con soluti. è un po’ come quando sulla superficie del mare si increspa un’onda. macropinocitosi viene utilizzato da alcuni patogeni come adenovirus o herpes per entrare dentro la cellula. la vescicola che si forma si chiama macropinosoma che si dirige verso compartimento endosomico e poi nei lisosomi. IL CONTENUTO DEL MACROPINOSOMA PUO’ ARRIVARE AL LISOSOMA O FERMARSI PRIMA MENTRE NELLA FAGOCITOSI ARRIVA SUL LISOSOMA E PUNTO! si puo’ fermare anche nel compartimento endosomico. nella fagocitosi la cellula deve riconoscere quello che sta per fagocitare anche se aspecificatamente mentre nella macropinocitosi serve solo una molecola segnale possono farla tutte le cellule mentre la fagocitosi solo cellule specifiche. endocitosi in fase fluida Processo svolto da tutte le cellule del nostro organismo in assenza di stimolazione (differentemente dalla macropinocitosi). quindi mediante questo processo le cellule assumono il liquido extracellulare fatto da acqua e i soluti che si trovano a contatto con il frammento di membrana. l’endocitosi in fase fluida per avvenire ha bisogno del coinvolgimento delle proteine di rivestimento dove in questo caso è la clatrina che è una proteina citosolica di rivestimento che permette l’endocitosi in fase fluida. l’endocitosi in fase fluida avviene in corrispondenza di zone specializzate di membrana plasmatica (es. fossette rivestite da clatrina = endocitosi dipendente da clatrina) come avviene? la prima microfotografia ci mostra la membrana plasmatica di una cellula dove, a destra abbiamo l’interno della cellula e a sinistra l’esterno dove c’è il liquido extracellulare fatto da acqua + soluti. vediamo che la membrana plasmatica presenta questa invaginazione che si forma grazie all’assemblaggio di molecole di clatrina, l’assemblaggio della clatrina nel versante citosolico permette la formazione di questa invaginazione chiamata anche fossetta rivestita da clatrina. dall’altra parte vediamo tanti soluti presenti nel liquido extracellulare che finiscono nella fossetta, questa fossetta sempre grazie al continuo assemblaggio della clatrina diventa sempre piu profonda fino a formare una vescicola che è tutta rivestita da clatrina. Abbiamo quindi una vescicola rivestita da clatrina con dentro liquido extracellulare. la cellula quindi si beve il liquido extra grazie alla formazione di questa vescicola. questa vescicola avrà lo stesso destino del processo dell’endocitosi mediata da recettori ovvero perdono il rivestimento di clatrina e finiscono nell’endosoma. Endocitosi mediata da recettori (clatrina dipendente) Differisce dall’endocitosi in fase fluida per la presenza di recettori specifici per macromolecole specifiche all’interno della fossetta rivestita da clatrina; quindi, con questa endocitosi la cellula internalizza macromolecole specifiche che possono comunque essere internalizzate tramite endocitosi in fase fluida ma solo casualmente. È l’endocitosi più diffusa e utilizzata tra le cellule del nostro organismo le vescicole rivestite da clatrina perdono il loro rivestimento diventando vescicole nude e si fondono con il compartimento endosomico. Compartimento endosomico-lisosomi Formato da tubuli e vescicole diviso in: endosoma precoce che si trova subito sotto la membrana plasmatica e che accoglie le vescicole della membrana plasmatica. Poi si originano i corpi multivescicolari per gemmazione dagli endosomi precoci che non sono altro delle grosse vescicole che contengono altre vescicole e tuboli. questi corpi multivescicolari chiamati anche endosomi in migrazione e infatti si muovono dal compartimento precoce al compartimento endosomico tardivo che si trova vicino al nucleo L’endosoma tardivo è quello che si può trasformare in lisosomi o fondersi con lisosomi formando gli endolisosomi. Poi abbiamo l’endosoma riciclato che sono endosomi che si trovano sotto la membrana plasmatica e servono a riciclare materiale che è entrato attraverso l’endocitosi, in particolare quella mediata da recettore, e che devono tornare in membrana plasmatica. negli endosomi riciclati per esempio ci possono essere dei glut o delle acquaporine che devono essere traslocati nella membrana plasmatica. Il compartimento endosomico è caratterizzato dal pH acido che mantengono grazie alle pompe della classe V per H+ che internalizzano H+. l’acidità non è la stessa nei vari compartimenti, difatti l’acidità incrementa passando dal precoce al tardivo al lisosoma e questo incremento è dovuto dall’intensificazione del lavoro delle pompe protoniche andando a concentrare sempre di piu gli H+. gli endosomi precoci e tardivi non hanno enzimi idrolitici che sono caratteristici del lisosoma perché il lisosoma ha questi enzimi che fanno si che sia il lisosoma un organulo preposto alla digestione. come ci arrivano gli enzimi? vengono dalla sintesi proteica che termina nel rer che poi vanno al golgi e poi con delle vescicole vanno agli endosomi tardivi per trasformali in lisosomi. QUINDI GLI ENZIMI ARRIVANO DALLA FACCIA TRANS DEL GOLGI E SI DIRIGONO NEGLI ENDOSOMI TARDIVI LE IDROLASI ACIDE. esempio endocitosi mediata da recettori di LDL Le LDL sono lipoproteine a bassa densità di proteine arricchite da colesterolo. come fa LDL ad entrare dentro la cellula per portare il colesterolo? grazie ad un processo di endocitosi. LDL è formato da una proteina apoB che lega il nucleo lipidico formato da colesterolo non esterificato, colesterolo esterificato e fosfolipidi. questa proteina abbraccia la componente lipidica e la veicola attraverso il nostro organismo per far sì che la parte lipidica arrivi alle cellule. L’LDL entra attraverso endocitosi mediata da recettore ciò vale a dire che le cellule del nostro organismo devono avere nella membrana plasmatica un recettore che in maniera specifica riconosce LDL o, meglio, la parte proteica. Quindi sulle membrane delle cellule ci sono dei recettori specifici per L’LDL che, nel versante extracellulare permettono il legame con la parte proteica dell’LDL mentre nel versante citosolico permettono il legame con la clatrina permettendo quindi in definitiva la formazione della vescicola rivestita da clatrina. Esiste un difetto genetico dove manca il dominio citosolico e quindi non si lega la clatrina impedendo quindi l’endocitosi dell’LDL recettore si trova in un frammento di membrana che viene rivestito nella porzione citosolica dalla clatrina. questi recettori sono importanti e hanno 2 domini uno extracellularee uno citosolico dove si lega la clatrina si puo’ avere un difetto genetico dove manca il dominio citosolico e quindi non si lega la clatrina e quindi non si ha endocitosi delle LDL. a noi interessa che il recettore delle LDL lega l’LDL e con il suo dominio citosolico riesce a permettere alla clatrina di assemblarsi per formare la fossetta rivestita la quale grazie alla clatrina diventa sempre piu profonda fino a diventare vescicola rivestite. ora si trovano nel citoplasma e perdono rivestimento diventando nude e si dirigono verso il compartimento endosomico precoce con il quale si fonde (le membrane si fondano). a questo punto il complesso recettore LDL si trova in un pH piu acido del liquido extracellulare e questa cosa fa si che si stacchino LDL e recettore perché il recettore perde affinità per LDL per un cambio di conformazione dovuto dal pH piu acido. a questo punto i due componenti hanno diversi destini (recettore e LDL) il recettore per l’LDL attraverso la formazione di vescicole si porta all’endosoma riciclante e torna in membrana plasmatica per essere riutilizzato per legare altro LDL. L’LDL va a finire all’interno dei corpi multivescicolari i quali si dirigono verso i tardivi convergendo verso i lisosomi dove LDL viene degradata (la parte proteica) liberando tutti i componenti lipidici. i componenti lipidici poi escono dal lisosoma attraverso i loro trasportatori, il colesterolo con nieman pick tipo C, acidi grassi a corta catena per diffusione semplice ecc. mentre gli amminoacidi derivati dalla degradazione della APOB attraverso H/aa escono. endocitosi mediata da transferrina è una proteina circolante che lega il ferro diventando ferro transferrina deve entrare dentro le cellule per poter portare alle cellule il ferro ad uso di queste, la ferrotrasferrina per entrare nelle cellule usa endocitosi mediato da recettore; quindi, le cellule presentano un recettore per la ferro transferrina che la lega. Come quello della LDL questo recettore ha un dominio citosolico che viene riconosciuto dalla clatrina, quindi abbiamo l’assemblaggio della clatrina che ne determina l’invaginazione della membrana plasmatica andando a formare la fossetta rivestita da clatrina che diventa sempre piu invaginata grazie ad un continuo assemblaggio da questa proteina di rivestimento f ino alla formazione della vescicola che si stacca dalla membrana plasmatica. La vescicola perde il rivestimento diventando nuda e si fonde con il compartimento endosomico precoce e differentemente da prima non è necessario arrivare al tardivo o ai lisosomi per liberare ciò che porta la transferrina ovvero il ferro, basta giungere a livello del precoce. una volta giunta la vescicola nuda al precoce questa fonde la sua membrana con il compartimento precoce e il complesso recettore e ferro transferrina si trova esposto all’ambiente acido che va a modificare la transferrina che cambia la conformazione che non riesce piu a legare il ferro a questo punto la transferrina a livello dell’endosoma precoce perde il ferro diventando apotransferrina ma rimanendo legata al recettore. A questo punto il ferro liberato esce dalla membrana del compartimento endosomico attraverso dei trasportatori per essere utilizzato dalla cellula. Il complesso recettore apotrasferrina invece attraverso la formazione di vescicole giunge al riciclante da dove attraverso la formazione di vescicole raggiunge la membrana plasmatica, la vescicola che contiene il complesso recettore apotrasferrina fonde con la membrana plasmatica entrando a far parte della stessa e quindi andando ad esporre i recettori con l’apotrasferrina legata ma l’apotrasferrina resta legata solo brevemente al recettore si trova esposto ad un pH non piu acido ma neutro alcalino inducendo nel recettore la perdita di affinità per l’apotrasferrina che quindi può legare altro ferro e diventare ferrotrasferrina e il recettore da parte sua può tornare a legare ferro transferrina e internalizzarla con lo stesso processo. questi due esempi ci mostrano come macromolecole vengano internalizzate attraverso endocitosi x recettore e come questi recettori abbiano come destino quello di essere riciclati in membrana plasmatica. Cellule con polarità morfologica Cellule che presentano polarità morfologica sono cellule che hanno una membrana luminale e una membrana basolaterale con composizione differente, ciò vale a dire che i recettori che devono essere riciclati devono essere riciclati nella membrana giusta e per garantire meno errori possibili gli endosomi precoci e riciclati sono situati al di sotto sia della luminale che della basolaterale, in questo modo si garantisce un corretto riciclaggio dei recettori nella giusta destinazione. Destino dei recettori Riciclo I recettori di mantenimento sono i recettori responsabili dell’internalizzazione o assunzione di materiale che sarà poi utilizzato dalla cellula come l’LDL o il ferro e vengono riciclati. Degradazione Poi ci sono quei recettori che hanno affinità invece per le molecole segnale coinvolte nei meccanismi di comunicazione intercellulare. Quando la molecola segnale che deve legarsi al recettore presente in plasmatica continua ad essere presente nel liquido extracellulare a cui è esposta la cellula, la cellula per difendersi dalla persistenza della molecola va ad eliminare i recettori dalla membrana plasmatica e lo fa attraverso un processo di endocitosi mediata da recettore dove il destino del recettore è quello della degradazione insieme alla molecola segnale. come fa la cellula a identificare quei recettori per molecole segnali che devono essere downregolati attraverso endocitosi per recettore? Questo riconoscimento avviene attraverso il legame al recettore che è presente in membrana plasmatica e una molecola che si chiama ubiquitina, l’ubiquitina è una molecola che si lega alle proteine che devono essere degradate e vale per quelle citosoliche come per quelle di membrana. l’ubiquitina si lega al dominio citosolico di membrana del recettore che deve essere downregolato e nel momento in cui l’ubiquitina si lega la clatrina la riconosce come una proteina a cui legarsi quindi la clatrina si lega a questi recettori con l’ubiquitina legata, la clatrina va a rivestire il frammento di membrana con i recettori con l’ubiquitina, c’è l’assemblaggio della clatrina che forma la fossetta rivestita e poi la vescicola rivestita che si stacca diventa nudo e finisce nell’endosoma precoce dove non succede niente al recettore molecola segnale, dal precoce attraverso i corpi multivescicolari arrivano al tardivo e poi al lisosoma per essere degradati TUTTI. Ci sono delle proteine che si chiamano ESCRT che accompagnano questi recettori con l’ubiquitina legata in tutto questo percorso. (non vuole sapere i nomi ma solo questo) Transcitosi poi alcuni recettori faranno la transcitosi ovvero attraversamento della cellula e ci riferiamo a cellule polarizzate morfologicamente. Un meccanismo di transcitosi interessa gli anticorpi presenti nel latte materno del roditore. il latte materno del roditore presenta delle immunoglobuline che vengono assorbite dal cucciolo di ratto per transcitosi dove il destino del recettore è quello di attraversare la cellula dalla membrana luminale alla basolaterale (assorbimento) come avviene? immunoglobulina (braccia porzione variabile coda in comune x una stessa classe) sull’enterocita del ratto neonato c’è un recettore che riconosce la coda dell’immunoglobulina e la lega, la clatrina riconosce questo recettore in membrana plasmatica e va ad assemblarsi al di sotto della membrana luminale andando a formare la fossetta rivestita che diventa piu profonda fino a formare vescicola rivestita che poi si spoglia che poi finisce nel precoce dove non succede niente al complesso recettore anticorpo (non tutte le proteine sono sensibile alle variazioni di pH o per lo meno non tutti lo sono allo stesso modo) dall’endosoma precoce gemmano delle vescicole che contengono il complesso recettore anticorpo che si dirige verso l’endosoma riciclante che si trova a livello della membrana basolaterale dell’enterocita. una volta giunto a livello dell’endosoma riciclante anche qui gemmano vescicole che contengono il recettore immunoglobulina che si dirigono verso la membrana basolaterale, a questo punto si trova esposto al liquido extracellulare che ha un pH neutro/alcalino causando il distacco dell’immunoglobulina. caveolina è anch’essa una proteina di rivestimento ed è presente in diverse isoforme note come cav 1 2 e 3. Sono proteine filamentose che si vanno ad assemblare (fiocchi rossi disegnati in slide) a livello della membrana plasmatica in particolari zone chiamate raft lipidici o zattere lipidici, sono quelle zone della membrana plasmatica ricche di sfingolipidi, colesterolo e proteine coinvolte nella comunicazione cellulare, sul versante citosolico della membrana plasmatica a livello della zattera lipidica le proteine f ilamentose si possono assemblare formando così questo rivestimento di caveolina mentre si assemblano alle zattere lipidiche vanno nel contempo, come la clatrina, a deformare la membrana stessa provocando un’invaginazione che porta alla formazione di una sorta di f iasco, una vescicola a fiasco ed è dovuto a come si assembla questa proteina sul versante citosolico della membrana plasmatica a livello dei raft lipidici. si formano queste strutture chiamate caveole che sono invaginazioni a forma di fiasco della membrana plasmatica a livello delle zattere lipidiche dovute all’assemblaggio della caveolina aiutata dalle cavine che sono proteine adattatrici che regolano l’assemblaggio della caveolina. L’insieme di più caveole è definito caveosoma dal quale gemmano vescicole che arrivano al REL e apparato di golgi fino al riciclante. Le claveole possono andare incontro a endocitosi per recettore. capillari e venule rappresentano il distretto microvascolare deputato agli scambi di soluti e acqua e ci sono diversi meccanismi di scambi e uno è rappresentato dalla transcitosi delle caveole che dalla membrana luminale possono andare incontro a endocitosi x recettore ed arrivare alla basolaterale LA TRANSCITOSI CHE AVVIENE VIA CAVEOLE LA TROVIAMO NELLE CELLULE ENDOTELIALI CHE SONO LE CELLULE CHE RIVESTONO I VASI SANGUIGNI IN PARTICOLARE CAPILLARI MA SOPRATTUTTO VENULE. Le caveole possono rimanere stanziate in membrana plasmatica non per forza vanno incontro a endocitosi ma al contempo consentire, per la presenza di traportatori localizzati nella membrana che formano le claveole, il passaggio di soluti questo meccanismo si chiama potocitosi La potocitosi riguarda quelle claveole che non vanno incontro ad endocitosi mediata da recettore che non si staccano dalla membrana ma rimangono stanziali fissi in membrana consentendo ai soluti che vanno a finire nella claveola di poter oltrepassare la membrana della claveola per arrivare nel citoplasma. ESOCITOSI È un processo mediante il quale vengono espulse dalla cellula molecole/macromolecole all’interno di vescicole che gemmano principalmente dalla faccia trans del Golgi per andare a fondersi con la membrana plasmatica andando a riversare il contenuto nell’ambiente extracellulare e andando a rinnovare le componenti proteiche e lipidiche della membrana plasmatica stessa. Ci sono due tipi di esocitosi: costitutiva o regolata. costitutiva: Non selettiva che utilizzano le cellule del nostro organismo per espellere ad esempio componenti della matrice extracellulare e per andare allo stesso tempo a rinnovare i componenti della membrana plasmatica, è costitutiva ciò vale a dire che avviene per maniera costitutiva ovvero continuamente senza bisogno di un segnale. regolata: Ha bisogno di un segnale e si verifica solo in cellule che sono specializzate alla secrezione di ormoni o neurotrasmettitori che vengono caricati in vescicole chiamate vescicole secretorie, le quali attendono una volta formate, sempre a livello della faccia trans del Golgi, un segnale per andare a fondere la propria membrana con la membrana plasmatica. il segnale è rappresentato da un aumento del calcio intracellulare, che è transitorio (perché subito viene compensato dai trasportatori che ripristinano l’omeostasi), perché a livello della membrana delle vescicole secretorie e plasmatica esistono una serie di proteine sensibile al calcio, per tanto l’incremento del calcio intracellulare agisce su queste proteine in modo tale da attivare l’esocitosi regolata. cosa porta un aumento del calcio intracellulare? Lo stimolo può essere di natura chimica o elettrica per quanto riguarda i neuroni. cellule beta del pancreas degli isolotti di Langerhans È un esempio di via secretoria regolata. L’insulina viene sintetizzata nei ribosomi, subisce modificazione nel reticolo endoplasmatico rugoso e finisce nella faccia trans del Golgi dove viene caricata in vescicole secretorie e aspetta il segnale per essere esocitata. Il segnale è rappresentato da un aumento della glicemia e quindi di glucosio che viene rivelato grazie alla presenza del GLUT2 che è un trasporto passivo che ha bassa affinità per il glucosio e quindi fa entrare glucosio solo quando è ad alte concentrazioni. Il glucosio che entra nella cellula va incontro a glicolisi con formazioni di ATP che serve per chiudere dei canali ionici per il potassio ATP dipendenti che sono presenti sulla membrana plasmatica. Quindi fino a che questi canali sono aperti sono in grado di far passare potassio secondo gradiente (esce). Quando aumenta L’ATP a causa del glucosio in piu e il canale si chiude e le cariche positive del potassio si accumulano sul versante citosolico andando a determinare una variazione di potenziale che si chiama depolarizzazione e il potenziale diventa MENO negativo e si aprono dei canali per il calcio voltaggio dipendenti e niente il calcio poi determina l’esocitosi regolata. Vescicole dirette agli endosomi tardivi ci sono altre vescicole che possono gemmare dalla faccia trans del golgi che si dirigono verso i tardivi portando i residui idrolitici che servono per far sì che il tardivo possa maturare in lisosoma. Esocitosi dei lisosomi i lisosomi possono andare incontro ad esocitosi (esocitosi dei lisosomi) fino a tempo fa si pensava che avvenisse come stimolo stressante della cellula eprchè apparentemente non avrebbe senso esercitarli però si è visto che i lisosomi non sono solo un cestino della spazzatura ma assumono funzioni biologiche importanti in alcune cellule del nostro organismo venendo rivalutati nel ruolo che svolgono nelle nostre cellule tanto da essere considerati target di prodotti terapeutici. esocitosi dei lisosomi può avvenire negli osteoclasti che sono cellule del tessuto osseo coinvolti nel riassorbimento dell’osso vedono una esocitosi fisiologica del lisosoma. i melanociti, le cellule del derma coinvolte nella pigmentazione della nostra pelle quindi il lisosoma viene rilasciato perché lascia il pigmento che colora la pelle(?) negli spermatozoi durante la fecondazione. gli enzimi dei lisosomi non sono presenti perché la membrana plasmatica delle cellule presentano dei recettori che ricaptano gli enzimi idrolitici che vengono esocitati tramite recettore. Esosomi e microvescicole dobbiamo considerare il fatto che oltre l’esocitosi di soluti quindi molecole o macromolecole riversate all’esterno è possibile un’esocitosi di vescicole. le cellule del nostro organismo, infatti, sono in grado di rilasciare all’esterno non solo appunto molecole o macromolecole ma anche vescicole, in generale si chiamano vescicole extracellulari perché vengono rilasciate all’esterno della cellula dalla cellula stessa e vengono distinte in esosomi e microvescicole. la differenza sta nel meccanismo di rilascio e nelle dimensioni delle vescicole. le microvescicole si originano dalla cellula per gemmazione dalla membrana plasmatica e ha una dimensione che va da 0,2 a 2 micron in diametro. gli esosomi sono vescicole di piu piccole dimensioni 30 a 150 nanometri e inoltre vengono rilasciati a seguito dell’esocitosi dei corpi multivescicolari. quindi con l’esocitosi dei corpi multivescicolari noi abbiamo il rilascio all’esterno di queste vescicole chiamate esosomi. Sia esosomi che microvescicole trasportano micro-RNA essenziale per la comunicazione cellulare. I micro-RNA sono degli RNA non codificanti ma che sono molto importanti per regolare la sintesi delle proteine e quindi l’espressione genica andando ad agire non a livello della trascrizione genica ma a livello della traduzione di RNA in proteine. questi micro-RNA possono avere un downstring, a valle una cascata di eventi che possono influenzare molto molto ampia andando a regolare l’espressione genica delle cellule bersaglio. quando queste vescicole raggiungono il bersaglio possono essere endocitate o fondere con la membrana plasmatica, in ogni caso portano il contenuto alla cellula bersaglio. si pensava in passato che fossero coinvolti solo nei processi patologici perché si è visto come queste circolino in sangue di soggetti con patologie in numero maggiore con un particolare contenuto. poi in realtà si è scoperto che vengono prodotte da tutte le cellule in maniera fisiologica ma sono un importante tool diagnostico e prognostico di patologie perché ci sono patologie come le cardiache che vedono un aumento del sangue di esosomi che portano determinati micro RNA che sono prodotti da cellule che non funzionano in maniera corretta. ad esempio, in caso di fibrillazione atriale si è visto che le cellule atriale che vanno incontro a fibrillazione e hanno attività elettrica coordinata producono esosomi che sono arricchiti di micro RNA che non sono presenti in soggetti sani, quindi riscontrare quegli esosomi con quei micro RNA può essere indicativo della condizione di salute del soggetto stesso. Esosomi degli adipociti producono esosomi arricchiti da lipidi che possono andare ad influenzare il differenziamento e il numero dei macrofagi nel tessuto adiposo in maniera fisiologica e possono prendere la via del torrente ematico per andare ad influenzare il comportamento di altre cellule anche distanti dall’adipocita che li ha prodotti. a sinistra c’è un adipocita indicato come adipocita di un tessuto adiposo magro ovvero di un soggetto normopeso, questi adipociti producono questi esosomi arricchiti che possono andare ad influenzare quello che abbiamo detto o possono prendere il torrente, quindi, funziona normale come abbiamo detto. ma l’adipocita di un soggetto obeso come vediamo nel disegno ci mostra un adipocita ipertrofico rispetto al normopeso ovvero ha piu grandi dimensione dal quale originano esosomi in gran numero arricchiti di lipidi e molecole infiammatorie, questi esosomi derivati dagli obesi vanno in maniera ANOMALA ad influenzare i macrofagi del tessuto adiposo obeso producendo infiammazione. inoltre, tutti questi esosomi possono prendere la via del sangue e andare ad influenzare negativamente cellule che sono poste anche a distanza rispetto al tessuto adiposo che ha rilasciato tutti questi esosomi portando la loro attività proinfiammatoria in altri distretti andando a determinare le patologie legate all’obesità come l’insulino resistenza. gli esosomi quindi possiamo dire che sono portatori della condizione della cellula, se la cellula è sana produce esosomi normali mentre se è malata portano quella che è la condizione anomala anche alle altre cellule. Quindi se pensiamo agli esosomi delle cellule tumorali queste portano la metastatizzazione del tumore inducendo altre cellule sane a manifestare la patologia neoplastica. Traffico vescicolare il traffico vescicolare deve essere regolato per evitare che tutto avvenga in maniera casuale anche se errori possono essere commessi ma che vengono identificati e compensati. le vescicole si muovono sui microtubuli che fanno parte del citoscheletro e che nelle cellule hanno una particolare disposizione e vengono formati a partire da un core che è deputato alla loro nucleazione e poi si dispongono un po’ come i raggi di una bicicletta andando a raggiungere dall’interno della cellula la membrana plasmatica e rappresentando un po’ i binari su cui possono muoversi tutte le vescicole. il movimento avviene tramite un motore proteico rappresentato dalle proteine delle chinesine e dineine che con il consumo di energia muovono le vescicole. le chinesine muovono le vescicole verso la membrana plasmatica e le dineine nella direzione opposta. Caricamento proteine nelle vescicole a volte succede tra i vari errori c’è anche l’errore in maniera casuale di caricare in vescicole che gemmano nel reticolo endoplasmatico dei soluti delle proteine che non devono essere caricate che in realtà devono rimanere nel reticolo ma che erroneamente vengono caricate e portate alla faccia cis del Golgi. una volta giunte al cis queste proteine vengono identificate perché ogni proteina prodotta hanno delle sequenze ammiacidiche che rappresentano un’etichetta di riconoscimento che identificano la loro posizione. il riconoscimento fa sì che queste proteine vengano caricate in vescicole che gemmano dal cis del Golgi per portarle al reticolo endoplasmatico. le proteine prodotte dal RE passano dalla faccia cis alle varie cisterne subendo delle modificazioni fino ad arrivare alla faccia trans del Golgi che riceve tutte queste proteine prodotte dal reticolo e modificate dal Golgi stesso e le smista. la faccia trans funziona come una sorta di ufficio postale e nello stesso modo in cui arrivano lettere con l’indirizzo al Golgi arrivano proteine con un’etichetta che identifica la posizione della proteina. in maniera specifica quindi le proteine vengono caricate in vescicole grazie ai recettori di membrana del golgi che riconoscono le etichette e le caricano nelle giuste vescicole che devono dirigersi in maniera costitutiva alla membrana plasmatica o nelle cellule specializzata in maniera regolata oppure negli endosomi tardivi per farli maturare in lisosomi. La faccia trans del Golgi ha un ruolo piu complesso quando si parla di cellule epiteliali polarizzate che quindi hanno membrana luminale e basolaterale quindi dalla faccia trans del golgi devono gemmare vescicole specifiche per la luminale e per la basolaterale. le proteine prima di arrivare al golgi devono fare controllo qualità dalle proteine chaperon che controllano che siano correttamente ripiegate. l’attracco delle vescicole alla membrana target è consentito dalle proteine snare. fino ad ora abbiamo parlato di un corretto caricamento delle proteine nelle vescicole e ora parliamo della corretta DESTINAZIONE delle vescicole. Destinazione vescicole Della corretta destinazione delle vescicole se ne occupano complessi di proteine che sono localizzate sia sulla membrana della vescicola che nella membrana target. il corretto attracco della vescicola alla membrana avviene solo perché la membrana della vescicola presenta delle proteine chiamate V(vescicola)-snare che riconosce, in quanto complementari, invece la T(target)-snare che si trova nella membrana plasmatica. le proteine rab sono proteine che legano GTP quando sono in forma attiva e lo idrolizzano per passare in forma inattiva, le proteine Rab legano effettori che sono coinvolti nel legame delle vescicole alla membrana target. Questi effettori, che includono proteine di ancoraggio come le tethering factors, aiutano a localizzare le vescicole sulla membrana corretta. Quindi le rab fanno arrivare le vescicole alla membrana giusta mentre le snare permettono la fusione. proteine di rivestimento Ogni proteina di rivestimento si occupa della gemmazione di vescicole da specifici compartimenti La clatrina è il piu antico scoperto ed è importante per la formazione delle vescicole dalla membrana plasmatica ma anche dalla faccia trans del Golgi e vanno agli endosomi tardivi a portare gli enzimi idrolitici. I coatomeri che si occupano delle vescicole dal reticolo al Golgi o dal Golgi e tornano al reticolo (nel caso di errori) questi coatomeri quindi andando a rivestire vescicole che si occupano dell’interazione tra reticolo e golgi si distinguono in due gruppi che sono cop1 (proteine coatomero 1) e COP2. le cop1 rivestono vescicole gemmate dal Golgi e si dirigono al reticolo cop2 dal reticolo che si dirigono al golgi. I retromeri sono proteine di rivestimento che si occupano delle vescicole che dagli endosomi tardivi tornano al golgi (dai tardivi al golgi tornano i recettori utilizzati per portare gli enzimi idrolitici). oltre a questo i retromeri si occupano anche delle vescicole dai riciclanti alla membrana plasmatica La caveolina che riveste le caveole dalla membrana plasmatica al RE e nella direzione opposta. a prescindere dalla proteina di rivestimento possiamo dire che le proteine di rivestimento svolgono due funzioni principali: identificano i frammenti di membrana da cui si deve formare la vescicola, sono loro che vanno ad assemblarsi al livello del frammento di membrana da cui deve formarsi la vescicola e quindi riconoscimento dei componenti lipidici e proteici. una volta che c’è il riconoscimento avviene l’assemblaggio e la membrana si deforma fino a formare una vescicola che si stacca dalla membrana donatrice. clatrina è formata da tre catene pesanti e tre catene leggere polipeptidiche e la forma di queste 6 catene messe insieme si chiama triskelion perché sembra no scheletro con 3 braccia che originano da un punto comune, le catene leggere sono quelle gialle e stanno sopra le pesanti. e quando le molecole di clatrina i assemblano si forma una struttura come questa che sembra una struttura a maglia, un canestro da basket (c’è la foto). nella membrana plasmatica ci sono dei recettori ma anche i componenti lipidici di membrana vengono riconosciuti in maniera specifica dalla clatrina ma non direttamente da lei, nell’immagine la clatrina è in verde scuro ma come possiamo notare non è lei che si assembla ma ci sono delle proteine che sono colorate in verdi diverse chiamate proteine adattatrici monomeriche che intermediano il legame tra la clatrina e il frammento di membrana dove si deve originare la vescicola. l’assemblaggio della clatrina sul frammento di membrana che è stato riconosciuto indirettamente tramite le proteine adattatrici fa sì che si formi una fossetta chiamata fossetta rivestita da clatrina e il continuo assemblaggio fa sì che la fossetta diventa vescicola fino a staccarsi diventando vescicola rivestita da clatrina che poi si perde il rivestimento diventando nuda e ciaone. le proteine adattatrici sono diverse a seconda da dove devono andare a mediare se nella faccia trans del golgi o nella membrana plasmatica. il distacco della vescicola come avviene? la dinamina è una proteina che ha un ruolo importante si va ad avvolgere intorno al collo della vescicola fino a strozzarla determinandone il distacco. la dinamina è una proteina G capace di legare GTP e idrolizzarlo e quando lo idrolizza determina il distacco della vescicola dalla membrana. come si perde il rivestimento di clatrina (non ce lo dice nel dettaglio) si perde grazie al ruolo di proteine ovvero le auxiline ma non solo anche di altre che fanno parte delle proteine da shock da calore HSC. Quindi la perdita del rivestimento non è spontanea ma indotta da proteine che senza il consumo di energia determinano la spogliazione. per quanto riguarda l’assemblaggio del coatomero richiede la presenza nel citoplasma di GTP e la presenza nella membrana donatrice di proteine che legano GTP. le proteine che legano GTP fanno si che l’assemblaggio avvenga poi il distacco avviene tramite una proteina simile alla dinamina e una volta che si stacca la vescicola perde il rivestimento solo nel momento in cui entra in contatto con la membrana target mentre le altre lo perdono subito. la membrana target per poter determinare il disassemblaggio del coatomero dalla vescicola deve avere delle GTPasi ovvero proteine che idrolizzano GTP che viene quindi idrolizzato che è legato alle proteine presenti sulla membrana rivestita da coatomero e questa idrolisi fa distaccare il coatomero dalla membrana della vescicola. retromero complesso di proteine con tante proteine con diversi nomi strani come Vps35p che non ci chiederà mai. tutte queste proteine sono coinvolte a mediare il traffico vescicolare di cui si occupa il retromero