Esame di Biologia e genetica

ENDOCITOSI

• la vescicola si forma dalla membrana plasmatica, internalizzando

molecole presenti a livello extracellulare che verranno poi riversate

all’interno della cellula.

- È stata abbandonata la classica distinzione tra pinocitosi e fagocitosi,

ma si preferisce parlare in generale di endocitosi come meccanismo che

consente l’ingresso di vescicole.

- Un classico esempio di endocitosi è il processo di fagocitosi che

avviene a carico dei macrofagi, cellule coinvolte nella difesa

immunitaria.

- Il batterio che viene inglobato si fonde con il lisosoma dove viene

completamente digerito.

- Questo meccanismo di “digestione” può avvenire sia nei confronti di un

corpo estraneo, sia nei confronti di organuli e parti delle cellule che

sono invecchiate (autofagia).

- Anche il processo di endocitosi può essere mediato da recettori

speci ci.

- La presenza del recettore permette di catturare in modo più ef ciente

metaboliti presenti all’esterno in basse concentrazioni.

- Nell’immagine vi è l’esempio del recettore, a livello della membrana

plasmatica, delle LDL che trasportano il colesterolo che deve entrare

nella cellula.

- 1) La molecola di LDL carica di colesterolo si lega quindi al suo

speci co recettore e si viene a formare,

- 2) grazie alla presenza di clatrina (una proteina di rivestimento di tutte

elle vescicole destinate all’esocitosi), una vescicola rivestita;

- 3) questa vescicola quando entra nella cellula perde poi il suo

rivestimento di clatrina e si forma un endosoma precoce che si fonde

con il lisosoma.

- Se endosoma precoce matura in endosoma tardivo, le componenti

della membrana vengono riciclati

- 4) le idrolisi acide vengono rilasciate dal Golgi e si fondono con il

lisosoma

- 5)) Nel lisosoma le idrolasi liberano il colesterolo dall’LDL e lo

rilasciano a livello cellulare.

- Anche in questo caso abbiamo il riciclo del recettore:

fi

fi fi

- 5) si formano delle vescicole dall’endosoma precoce che verranno

targettate a livello della super cie cellulare in modo che il recettore

venga nuovamente esposto all’esterno.

- Quando questi meccanismi di trasporto non funzionano correttamente

sono causa di alcune patologie, come ad esempio l’ipercolesterolemia

familiare.

- In questo caso si ha un accumulo del colesterolo nel sangue,

all’esterno della cellula: l’ingresso del colesterolo è inibito.

- Il recettore è presente e funziona bene, lega l’LDL ma non riesce poi

ad attaccarsi al sistema che verrà a formare la vescicola rivestita con

clatrina

- Si ha quindi una mutazione a carico del recettore che non permette il

riconoscimento da parte del recettore legato all’LDL della clatrina

per andare a formare la vescicola rivestita.

- La conseguenza sarà che il colesterolo si accumulerà a livello del

sangue e non riuscirà ad essere internalizzato.

- Questa patologia si manifesta anche in condizioni di eterozigosi. Infatti,

in questo caso, si ha solo il 50% di possibilità che il colesterolo entri a

livello della cellula rispetto a un individuo wild type in cui i gene

funziona bene. fi

ENDOCITOSI ED ESOCITOSI : TRASPORTO DEL GLUCOSIO

(aggiungi glut 4 dal libro)

- Nell’immagine vi è un processo da una parte di endocitosi, dall’altra di

esocitosi mediato da recettori che riguarda il trasporto di glucosio a

livello delle cellule muscolari.

- In assenza di insulina il recettore è inattivo e il glucosio rimane

all’esterno della cellula.

- Al contrario, in presenza di insulina il recettore si attiva e la cellula

deve riuscire a captare glucosio.

- A tal proposito, esistono una serie di trasportatori di glucosio che ne

consentono l’ingresso e che si trovano a livello di una vescicola

all’interno della cellula.

- Quindi in presenza di insulina, quando è necessario andare a captare

glucosio dall’esterno per portarlo all’interno della cellula, si ha la

fusione di questa vescicola con la membrana cellulare e

l’esposizione di un numero notevole di trasportatori di glucosio che

permettono di velocizzare il trasporto di glucosio all’interno della

cellula.

- Questo tipo di segnale permette quindi di ottimizzare l’ingresso delle

sostanze nei momenti speci ci.

TRASPORTO DI PROTEINE ATTRAVERSO PORI NUCLEARI

- Il trasporto nucleo-citoplasma è estremamente importante perché deve

permettere il passaggio di miRNA, enzimi e proteine all’interno del

nucleo.

- Attraverso i pori nucleari transitano numerose molecole che viaggiano

in entrambe le direzioni

- Con ATP, attiva : molecole grandi

- Senza ATP,passiva: molecole più piccole

- alcune sono sintetizzati nel citosol e devono entrare nel nucleo come le

proteine strutturali della cromatina (istoni), proteine coinvolti nella

sintesi degli acidi nucleici (DNA ed RNA polimerasi), proteine che

reggono la trascrizione la maturazione

- Altre molecole invece sono sintetizzate nel nucleo come mRNA e

tRNA che devono uscire nel citoplasma dove saranno utilizzate nella

traduzione

- Ciascun poro presenta un complesso multi molecolare (complesso del

poro) costituito da un centinaio di proteine differenti organizzati in

subunità

- Alcune proteine di piccole dimensioni possono transitare facilmente,

mentre molecole di dimensioni superiori non hanno questa possibilità a

meno che non contengono sequenze di localizzazione nucleare

fi

Trasporto transmembrana:

- 1) Le proteine secrete dai ribosomi liberi potranno essere importate o

nei mitocondri o nei perossisomi o nei plastidi;

- 2) Le proteine prodotte dai ribosomi del RE andranno dal RE

all’Apparato del Golgi no ai lisosomi o endosomi.

- Tutte le proteine presentano degli aminoacidi particolari, chiamati

peptidi segnale, che determinano il compartimento speci co a cui

deve essere indirizzata la proteina.

- Un esempio di peptide segnale è la sequenza “prolina-prolina-lisina-

lisina-lisina-arginina-lisina” che determina l’importazione della proteina

nel nucleo.

- Quindi i fattori di trascrizioni che vengono sintetizzati nel citosol e

che devono essere trasferiti nel nucleo presentano determinati segnali

che verranno poi riconosciuti da particolari proteine di trasporto e

fi fi

che a loro volta verranno riconosciute dai recettori presenti a livello

dei pori nucleari.

TRASPORTO PROTEINE NEI MITOCONDRI

Lo stesso discorso vale per i mitocondri. Esistono dei peptidi segnale

importanti per l’importo delle proteine attraverso i mitocondri.

- L’importo delle proteine a livello dei mitocondri è più complesso in

quanto questo organulo presenta una membrana esterna, una membrana

interna e tra queste uno spazio intermembrana.

- Quindi si avranno delle proteine che dovranno essere localizzate nella

membrane esterna, altre che dovranno essere localizzate nello spazio

intermembrana e altre ancora nella matrice mitocondriale come per

esempio gli enzimi che prendono parte al ciclo di Krebs.

- L’importazione di queste proteine dal citosol è mediata da segnali

speci ci presenti sulle proteine e da recettori presenti sulla membrana

fi mitocondriale interna o esterna

MICROVESCICOLE, CORPI APOPTOTICI, ESOSOMI

- I corpi apoptotici contengono materiale di ri uto cellulare

- Si pensava che all'interno di micro vescicole e esosomi ci fossero anche

qui materiale materiale di scarto fi

- Da un punto di vista di biogenesi hanno una nascita differente

- Le micro vescicole: si formano per gemmazione dalla membrana

plasmatica

- Gli esosomi: originano da corpi multivescicolati.

- Gli esosomi originano da un endosoma (dentro la cellula) che fa delle

invaginazioni e si formano altri piccoli endosomi, l’endosoma iniziale

si fonde con la membrana cellulare e i piccoli endosomi vengono

riversati all’esterno sotto forma di esosomi, oppure si fonde con il

lisosoma

- I corpi aposptotici originano dalla frammentazione della membrana

MICROVESCICOLA O ESOSOMA

- Tuttavia è sorto un problema: una vescicola di 100nm dovrà essere

classi cata come microvescicola o come esosoma?

- In particolare, venivano classi cate come esosomi per dimensioni

inferiori a 100nm, come microvescicola per dimensioni superiore a

100 nm.

- si è ritenuto necessario andare a studiare dei marcatori speci ci che

permettono di capire se si tratta di un esosoma o di una microvescicola

o di un corpo apoptotico (anche i corpi apoptotici contengono

materiale cellulare ma di ri uto) oppure ancora di una cellula.

- Ricapitolando:

- 1) isolo la vescicola

- 2) classi cazione delle vescicole cellulari basata solo sulla loro

grandezza

- 3) caratterizzare la vescicola in base a dei marcatori di super cie

speci ci per vescicole ( nel caso degli esosomi sono le tetraspanine)

SISTEMA DI TRASPORTO VESCICOLARE: miRNA

- Ultimamente è stato osservato che il sistema di trasporto vescicolare

permette la comunicazione cellulare anche a notevole distanza tra

una cellula e l’altra con un meccanismo simile a quello degli ormoni.

- Esistono infatti delle vescicole, note come esosomi, che possono

contenere miRNA, proteine, mRNA, DNA nucleare e che, all’interno

della cellula, vengono inglobate in un grosso compartimento di corpi

multivescicolati.

fi fi fi fi fi fi fi

- Questi miRNA sono presenti nei uidi biologici e possono trovarsi

racchiusi in complessi proteici o caricati su corpi multivescicolati (e

poi secreti mediante esosomi)

- Gli esosomi vengono riversati nel circolo sanguigno e da qui possono

raggiungere cellule che si trovano anche a notevole distanza

scaricando all’interno di esse il loro segnale.

- È un meccanismo di trasferimento genetico da una cellula iniziale a

cellule target.

- A questo proposito la ricerca sta cercando di individuare quali sono i

segnali che permetto all’esosoma di raggiungere una determinata cellula

target.

- Gli esosomi portano dei miRNA che non sono stati sintetizzati dalle

stesse cellule, ma da altre cellule per cui questi miRNA, all’interno

della cellula ricevente, opereranno la loro funzione e andranno quindi a

reprimere determinati messaggeri.

- Infatti la cellula tumorale produce esosomi che vengono trasferiti a

cellule vicine e una volta riversato il contenuto degli esosomi i miRNA

vanno a spegnere la risposta immunitaria delle cellule e il tumore può

fare metastasi

• Biomarcatori: Se faccio un prelievo e vado ad isolare i miRNA su

soggetti affetti da tumore avranno il pro lo di miRNA alterato e quindi

fungono da biomarcatori non invasivi per la ricerca di tumori

- Tutto questo discorso diventa importante per la terapia.

- Si è parlato dei miRNA che vanno a ta