¿Qué son los endosomas?

Los endosomas son vesículas citosólicas unidas a la membrana con tres compartimentos principales, a saber, los compartimentos endosómicos tempranos, tardíos y de reciclaje. Los endosomas son las partes integrales del proceso endocítico y, por lo tanto, desempeñan un papel crucial en varios procesos fisiológicos, como la absorción de nutrientes, la clasificación y la entrega de macromoléculas, y la regulación de los receptores de la superficie celular y las expresiones de los transportadores.

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¿Qué son los endosomas?

Las células eucariotas absorben macromoléculas y otras sustancias del medio circundante mediante endocitosis. Una porción de la membrana plasmática se invagina para engullir las sustancias que se van a internalizar, que posteriormente brotan dentro de la célula y forman una vesícula que contiene las sustancias internalizadas.

Estas vesículas se fusionan con los endosomas tempranos, que es el principal compartimento de clasificación de la vía endocítica. Desde los endosomas tempranos, las sustancias internalizadas se reciclan de nuevo a la membrana plasmática o se transportan a los lisosomas para su degradación.

Los endosomas tempranos contienen dos tipos de dominios: tubular y vacuolar. Los endosomas tardíos se generan a partir de los dominios vacuolares y se localizan cerca del núcleo. Las sustancias destinadas a la degradación lisosomal se transfieren desde los endosomas tempranos a los tardíos mediante vesículas transportadoras endocíticas.

Las vesículas transportadoras que llevan las hidrolasas lisosomales desde la red trans-Golgi (TGN) se fusionan entonces con los endosomas tardíos, lo que conduce a la maduración de los endosomas tardíos en lisosomas. Dentro de los lisosomas, las hidrolasas ácidas catalizan la degradación de las sustancias internalizadas.

Una parte de las sustancias internalizadas no entra en los endosomas tardíos y se recicla rápidamente de vuelta a la membrana plasmática. Dichas sustancias se transfieren desde el compartimento endosomal de clasificación al compartimento de reciclaje endocítico a través de túbulos de diámetro estrecho. Las sustancias se reciclan de nuevo a la membrana plasmática mediante vesículas de transporte que brotan de los dominios tubulares endosomales.

¿Cuáles son las funciones de los endosomas?

Los endosomas desempeñan un papel activo en muchos procesos fisiológicos importantes. Una de las principales funciones de los endosomas es la regulación de la expresión de los receptores/transportadores transmembrana.

Señalización de los receptores transmembrana

La unión del ligando al dominio extracelular del receptor transmembrana inicia una cascada de eventos de señalización que son vitales para mantener la comunicación entre el entorno intracelular y extracelular. Tras la activación por parte de los ligandos, estos receptores transmembrana entran en la vía endosomal, que determina el destino de los eventos de señalización mediados por el receptor.

El complejo receptor-ligando que se dirige a la internalización se ensambla en una región específica de la membrana plasmática denominada fosas recubiertas de clatrina. Estas regiones se invaginan para engullir el complejo receptor-ligando y posteriormente se desprenden de la membrana plasmática para formar vesículas recubiertas de clatrina. Este proceso se denomina endocitosis.

Estas vesículas se fusionan posteriormente con los endosomas tempranos donde se lleva a cabo la clasificación del complejo receptor-ligando internalizado. La orientación mediada por la red endosomal del complejo internalizado para su degradación lisosomal/proteasomal conduce a la terminación de los eventos de señalización mediados por el receptor; mientras que el reciclaje del receptor de vuelta a la membrana plasmática conduce a la continuación de los eventos de señalización.

Captación de nutrientes

Otro ejemplo de la actividad endosomal mediada por el receptor es la captación celular de colesterol a través del receptor de lipoproteínas de baja densidad (LDL). En la sangre, el colesterol se transporta mayoritariamente como LDL, y la captación de LDL por parte de las células eucariotas depende de la unión de LDL a su receptor localizado en las fosas recubiertas de clatrina.

Al internalizarse y fusionarse con los endosomas tempranos, el receptor de LDL se desprende de su ligando, la LDL, y se recicla de nuevo a la membrana plasmática, mientras que la LDL es transportada a los lisosomas, lo que conduce a la degradación de la LDL y a la liberación del colesterol para su uso celular. El entorno ácido del interior de los primeros endosomas facilita el proceso de disociación receptor-ligando.

Transmisión del impulso nervioso

Los endosomas son vitales para regular la transmisión del impulso nervioso entre las sinapsis. Al generarse el potencial de acción, las vesículas presinápticas se fusionan con la membrana plasmática, dando lugar a la liberación de neurotransmisores y a la propagación de las señales a las neuronas postsinápticas.

Estas vesículas presinápticas se desprenden de la membrana plasmática mediante endocitosis y son captadas por los endosomas tempranos, donde tiene lugar la regeneración de la vesícula sináptica. Estas vesículas sinápticas recién formadas que contienen neurotransmisores se reciclan de nuevo a la membrana plasmática.

Endocitosis independiente de la clatrina

Además de la captación endosómica a través de fosas recubiertas de clatrina, algunas proteínas de membrana y fluidos extracelulares se internalizan a través de vesículas especializadas llamadas caveolas. Estas vesículas están compuestas por una proteína llamada caveolina y están enriquecidas en la balsa lipídica de la membrana plasmática.

Los endosomas en las enfermedades humanas

La disfunción endosomal está asociada a muchas condiciones de salud. Por ejemplo, los pacientes con hipercolesterolemia presentan niveles elevados de colesterol en sangre que pueden conducir a un eventual infarto. El colesterol alto en sangre se debe a la incapacidad de las células para captar el LDL. Dos mutaciones en el receptor de LDL son responsables de la alteración del proceso endocítico.

De las dos mutaciones, una impide la unión de las LDL con su receptor, y la otra impide la acumulación de los receptores de LDL en las fosas recubiertas de clatrina. Como consecuencia, el complejo LDL – receptor LDL no puede ser internalizado y procesado por la vía endosomal.

En pacientes con enfermedad de Alzheimer, la disfunción endosomal se asocia con características neurodegenerativas tempranas, incluyendo la escisión proteolítica de la proteína precursora amiloide y la generación del péptido beta-amiloide tóxico.