Cosa sono gli endosomi?

Gli endosomi sono vescicole citosoliche legate alla membrana, con tre compartimenti principali, ovvero i compartimenti endosomali precoci, tardivi e di riciclo. Gli endosomi sono parti integranti del processo endocitico e quindi giocano ruoli cruciali in vari processi fisiologici, come l’assorbimento dei nutrienti, lo smistamento e la consegna di macromolecole e la regolazione delle espressioni dei recettori e dei trasportatori della superficie cellulare.

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Cosa sono gli endosomi?

Le cellule eucariotiche inglobano macromolecole e altre sostanze dal mezzo circostante per endocitosi. Una porzione della membrana plasmatica si invagina per inghiottire le sostanze da internalizzare, che successivamente si stacca all’interno della cellula e forma una vescicola contenente le sostanze internalizzate.

Queste vescicole vengono poi fuse con gli endosomi precoci, che sono il principale compartimento di smistamento della via endocitica. Dagli endosomi precoci, le sostanze internalizzate vengono riciclate alla membrana plasmatica o trasportate ai lisosomi per la degradazione.

Gli endosomi precoci contengono due tipi di domini: tubolare e vacuolare. Gli endosomi tardivi sono generati dai domini vacuolari e si trovano vicino al nucleo. Le sostanze destinate alla degradazione lisosomiale sono trasferite dagli endosomi precoci agli endosomi tardivi da vescicole di trasporto endocitico.

Le vescicole di trasporto che trasportano le idrolasi lisosomiali dalla rete trans-Golgi (TGN) si fondono poi con gli endosomi tardivi, portando alla maturazione degli endosomi tardivi in lisosomi. All’interno dei lisosomi, le idrolasi acide catalizzano la degradazione delle sostanze internalizzate.

Una parte delle sostanze internalizzate non entra negli endosomi tardivi e torna rapidamente alla membrana plasmatica. Tali sostanze sono trasferite dal compartimento endosomiale di smistamento al compartimento di riciclaggio endocitico attraverso tubuli di diametro ridotto. Le sostanze sono riciclate di nuovo alla membrana plasmatica da vescicole di trasporto che si staccano dai domini tubolari endosomiali.

Quali sono le funzioni degli endosomi?

Gli endosomi svolgono ruoli attivi in molti importanti processi fisiologici. Una delle principali funzioni degli endosomi è la regolazione dell’espressione del recettore/trasportatore transmembrana.

Segnalazione del recettore transmembrana

Il legame del ligando al dominio extracellulare del recettore transmembrana inizia una cascata di eventi di segnalazione che sono vitali per mantenere la comunicazione tra ambiente intracellulare ed extracellulare. Dopo l’attivazione da parte dei ligandi, questi recettori transmembrana entrano nel percorso endosomiale, che determina il destino degli eventi di segnalazione mediati dal recettore.

Il complesso recettore-ligando che è destinato all’internalizzazione è assemblato in una regione specifica della membrana plasmatica chiamata pits rivestiti di clatrina. Queste regioni si invaginano per inglobare il complesso recettore-ligando e successivamente si staccano dalla membrana plasmatica per formare vescicole rivestite di clatrina. Questo processo è chiamato endocitosi.

Queste vescicole si fondono successivamente con gli endosomi precoci dove viene effettuato lo smistamento del complesso recettore-ligando internalizzato. Il targeting mediato dalla rete endosomiale del complesso internalizzato per la degradazione lisosomiale/proteasomiale porta alla cessazione degli eventi di segnalazione mediati dal recettore; mentre il riciclo del recettore verso la membrana plasmatica porta alla continuazione degli eventi di segnalazione.

Assorbimento dei nutrienti

Un altro esempio di attività endosomiale mediata dal recettore è l’assorbimento cellulare del colesterolo attraverso il recettore delle lipoproteine a bassa densità (LDL). Nel sangue, il colesterolo è principalmente trasportato come LDL, e l’assorbimento delle LDL da parte delle cellule eucariotiche dipende dal legame delle LDL al suo recettore situato nelle fosse rivestite di clatrina.

Una volta internalizzato e fuso negli endosomi precoci, il recettore delle LDL si stacca dal suo ligando, le LDL, e viene riciclato verso la membrana plasmatica, mentre le LDL vengono trasportate nei lisosomi, portando alla degradazione delle LDL e al rilascio di colesterolo per uso cellulare. L’ambiente acido all’interno dei primi endosomi facilita il processo di dissociazione recettore-ligando.

Trasmissione degli impulsi nervosi

Gli endosomi sono vitali per regolare la trasmissione degli impulsi nervosi tra le sinapsi. Alla generazione del potenziale d’azione, le vescicole presinaptiche si fondono con la membrana plasmatica, portando al rilascio di neurotrasmettitori e alla propagazione dei segnali ai neuroni postsinaptici.

Queste vescicole presinaptiche vengono poi rimosse dalla membrana plasmatica tramite endocitosi e prese dai primi endosomi, dove avviene la rigenerazione della vescicola sinaptica. Queste vescicole sinaptiche di nuova formazione, contenenti neurotrasmettitori, vengono poi riciclate di nuovo alla membrana plasmatica.

Endocitosi indipendente dalla clatrina

Oltre all’assorbimento endosomiale tramite fosse rivestite di clatrina, alcune proteine di membrana e fluidi extracellulari vengono internalizzate tramite vescicole specializzate chiamate caveolae. Queste vescicole sono composte da una proteina chiamata caveolina e sono arricchite nella zattera lipidica della membrana plasmatica.

Endosomi nelle malattie umane

La disfunzione endosomiale è associata a molte condizioni di salute. Per esempio, i pazienti con ipercolesterolemia mostrano alti livelli di colesterolo nel sangue che possono portare ad un eventuale infarto. Il colesterolo alto nel sangue è dovuto all’incapacità di assorbire le LDL da parte delle cellule. Due mutazioni nel recettore delle LDL sono responsabili dell’alterazione del processo endocitico.

Delle due mutazioni, una impedisce il legame delle LDL con il suo recettore, e l’altra impedisce l’accumulo dei recettori delle LDL nelle fosse rivestite di clatrina. Di conseguenza, il complesso LDL – recettore LDL non può essere internalizzato e processato dalla via endosomiale.

Nei pazienti con il morbo di Alzheimer, la disfunzione endosomiale è associata alle prime caratteristiche neurodegenerative, tra cui la scissione proteolitica della proteina precursore dell’amiloide e la generazione del peptide beta-amiloide tossico.