Citologia - endocitosi

La via endocitotica La via endocitotica permette l’entrata nella cellula di tutta

una serie di molecole che sono troppo complesse o troppo

grandi per poter attraversare il doppio strato fosfolipidico,

direttamente o attraverso dei trasportatori. Per questa

ragione la cellula forma delle vescicole sulla superficie

cellulare che vengono incamerate dentro gli endosomi.

Gli endosomi sono delle strutture ricoperte da una doppia

membrana fosfolipidica, dove vanno a confluire le

vescicole che escono dal Golgi, ovvero le vescicole che

porteranno all’origine dei lisosomi. I lisosomi sono le

strutture finali che originano dalla maturazione

dell’endosoma.

Parliamo di diversi tipi di fenomeni:

la fagocitosi: quando una cellula ingloba una particella o un’altra cellula, cioè qualcosa di

macroscopico. Per fare questo ha bisogno di strutture molto complesse, sostenute dal citoscheletro,

che ricoprono di profusioni l’oggetto che deve essere fagocitato

la macro o pinocitosi: quando la cellula forma una grossa profusione,

sempre sostenuta dal citoscheletro, che contorna qualcosa che nella

microscopia ottica non sembra contenere

particelle. In realtà la cellula sta

contornando uno spazio dell’ambiente

extracellulare dove sono presenti delle

molecole che devono essere endocitate;

l’endocitosi avviene con la

formazione di vescicole: nella prima

immagine vedete lo schema per la

formazione di vescicole dagli organi

vescicolari, la stessa cosa

avviene per la membrana

plasmatica. Nella seconda

immagine vi viene

mostrata, a microscopia

elettronica a trasmissione,

una serie di vescicole

endocitotiche rivestite di

clatrina. Sulla membrana

plasmatica si vedono

indentazioni, che via via

formano la vescicola che si

separerà dalla membrana e

si libererà del rivestimento.

L’assemblaggio di clatrina

non richiede né le piccole

GTPasi né energia.

Esistono altri tipi di

rivestimento, che si

formano solo sulla membrana plasmatica, mentre gli altri organi membranosi formano rivestimenti

solo di clatrina o COPI o COPII.

Gli altri tipi di rivestimento della membrana plasmatica sono:

Vescicole rivestite da caveoline. Sono vescicole che prendono il nome di caveole e sono associate a

tratti di membrana ricchi di colesterolo e di fosfolipidi formati da acidi grassi a catena lineare.

Queste zone di membrana

sono chiamate lipid rafts

(zattere lipidiche), ma non è

chiarissimo se esse

coincidano con le zone dove

iniziano le caveole. Esistono,

però, delle indicazioni che

almeno in alcune cellule le

caveole si formano in tratti di

membrana arricchiti da

zattere lipidiche. Le caveole,

siti in cui avviene

segnalazione cellulare, sono

vescicole arricchite di

recettori e si formano

particolarmente nella

membrana di alcune cellule

del sistema immunitario.

Le caveoline sono dei

dimeri e, siccome i trischeli

di clatrina vengono reclutati

dalla presenza di recettori di

membrana, questi recettori

promuovono il clustering

delle caveoline, il che

favorisce l’arrivo di questo

tipo di proteine segnale. Il

tutto avviene in una zona di

membrana arricchita di colesterolo e sfingolipidi, come si vede dall’immagine.

Oltre alle vescicole rivestite da clatrina e caveoline, ne esistono alcune che si formano in maniera

indipendente (endocitosi indipendenti da clatrina e caveolina). Ciò avviene in risposta a segnali,

cioè quando la cellula deve endocitare alcune delle molecole segnale. Un esempio è l’interleuchina

2, principale fattore di crescita dei linfociti T e loro segnalatore cellulare. Perchè questo recettore si

attivi e possa, a sua volta, attivare, all’interno della cellula, tutta una serie di risposte biochimiche, è

endocitato velocemente grazie a questo tipo di vescicole.

L’endocitosi del recettore di IL-2 è indipendente da clatrina e

caveolina nelle cellule neuroendocrine.

La dimanina è richiesta per tutti i tipi di endocitosi qui citati.

Tuttavia, esiste anche una pinocitosi, poco caratterizzata,

indipendente da dinamina.

Questo è uno schema generale di quello che succede dopo

l’endocitosi delle vescicole.

L’endocitosi porta alla formazione di vescicole, alla maturazione di

queste vescicole in endosoma precoce ed endosoma tardivo che, poi, può diventare lisosoma.

Questa vescicola rivestita da clatrina si fonde con la struttura dell’endosoma primario. Questo è,

infatti, un tipo di struttura sempre tenuta all’interno della cellula non semplicemente originata da

queste vescicole.

Un’endosoma primario riceve già anche vescicole dal Golgi e, a questo stadio, inizia già ad

acidificarsi. Diventerà poi endosoma tardivo, ricevendo altre vescicole dal Golgi, conteneti la

pompa protonica di tipo V . La pompa porta gli ioni idrogeno all’interno del lume e permette la sua

acidificazione e il raggiungimento di un ph acido per il funzionamento degli enzimi catalitici.

Il lisosoma contiene vari enzimi litici (nucleasi, proteasi, fosfatasi), che entrano in funzione grazie

al ph basso (circa 5). Questo ph permette all’interno dei lisosomi anche altri tipi di fenomeni.

Esempio: il trasporto del ferro. Il ferro entra dentro le cellule complessato alla

transferrina.

La transferrina è una proteina secreta nello spazio

intracellulare e complessa il ferro in forma Fe³.

Viene riconosciuta da un recettore sulla membrana

plasmatica e viene endocitata su vescicole rivestite

da clatrina. In funzione del ph la transferrina

cambia la sua affinità e non è più in grado di tener

legato lo ione FeIII, il quale può essere rilasciato

nello spazio dell’endosoma tardivo e da qui

pompato al citosol.

La transferrina priva di ioni ferro si chiama

apotransferrina e si ritrova ancora legata al suo

recettore, che la condurrà alla membrana cellulare

per essere riciclata.

Quindi, dall’endosoma tardivo originano delle

vescicole che ritornano alla superfice della cellula.

Questo è importante perché le vescicole rivestite di

clatrina si formano grazie a dei recettori che legano

un carico. I recettori regolano complessi adattatori

che a loro volta consentono ai trischeli di clatrina di

formare l’involucro.

Questi recettori non sono prodotti in maniera

continua ma possono essere riciclati costantemente

nella formazione di vescicole per la superficie. Una

volta arrivati all’endosoma non vengono digeriti o

vengono digeriti solo in parte.

Cosa succede sulla superficie cellulare: l’apotransferrina a ph 7, che è il ph dello spazio

extracellulare, ha bassa affinità per il proprio recettore e si stacca, a differenza della Fe-tranferrina

che, avendo una conformazione differente, a ph 7 ha un’elevata affinità per il suo recettore.

Un altro processo simile e importante è l’assunzione

del colesterolo.

Il colesterolo è sintetizzato all’interno del corpo solo in alcuni siti, ad esempio il fegato, ma la

maggior parte delle cellule non ne produce e lo assume attraverso il flusso sanguigno. Il colesterolo

arriva alle cellule grazie a

particelle che contengono

una proteina di superficie e,

al loro interno, una serie di

molecole di colesterolo:

non sono delle vescicole

sono LDL (low density

lipoproteins). Esse sono in

gran parte composte da

lipidi, fosfolipidi e

soprattutto molecole di

colesterolo, però

presentano anche clatrina.

LDL viene riconosciuto dai

propri recettori posti sulla

membrana cellulare ed

endocitato: non entra nella

cellula direttamente ma

viene endocitato in

vescicole ricoperte di

clatrina che subiscono la

maturazione fino

all’endosoma tardivo dove,

per l’effetto del ph, LDL si

separa dal suo recettore. A

questo punto il recettore

può essere riciclato

dall’endosoma tardivo alla membrana plasmatica dove è riutilizzato per legare nuove particelle

LDL.

La vescicola dell’endosoma tardivo va incontro a maturazione fino a divenire lisosoma o si fonde

con un lisosoma già esistente per digerire l’LDL. La parte proteica viene digerita in amminoacidi e

l’intera vescicola viene rotta in maniera tale che il colesterolo liberato e possa diffondere attraverso

il doppio strato fosfolipidico del lisosoma all’interno della cellula e venir utilizzato nelle membrane

cellulari.

Come viene mostrato in figura a destra il colesterolo viene liberato nel lume del lisosoma, può

quindi uscire ed essere utilizzato.

Questo a dimostrazione che il cambiamento del ph non serve solo ad attivare gli enzimi litici, ma

anche per la separazione dei carichi dai loro recettori, come abbiamo visto nel caso della

transferrina e del colesterolo.

L’endosoma primario è una struttura costante

nella cellula, che riceve le vescicole dalla

membrana plasmatica e si fonde con esse. È

una struttura che non si può descrivere come

una vescicola/cisterna perché è allungato e

abbastanza irregolare. Quando poi matura

nell’endosoma tardivo, in seguito all’arrivo di

vescicole dall’apparato del Golgi, va a

formare degli apparati multi-vescicolari. La

maturazione dell’endosoma tardivo a

lisosoma richiede un intermedio: il corpo

vescicolare.

Il corpo vescicolare è una struttura ricoperta

da singola membrana contenente numerose

vescicole al suo interno.

I lisosomi, visti con microscopia a

trasmissione, appaiono come vescicole

abbastanza tonde, anche molto diverse tra di

loro che possono contenere delle membrane: esse sono i residui dei corpi vescicolari.

Queste vescicolette sono delle invaginazioni della membrana dell’endosoma precoce che si formano

durante la sua maturazione in endosoma tardivo, laddove i recettori sono legati al loro carico. Per la

formazione di queste vescicole è necessario che il recettore venga marcato sulla parte citoplasmica

dall’ubiquitina. Questa non è un segnale per la sua demolizione, come avviene nella degradazione

legata al proteosoma, ma è una marcatura temporanea per reclutare i complessi ESCRT, poi

rimossa. Il primo ESCRT è l’ESCRT0, che recluta a sua volta

ESCRT1 e ESCRT2.

ESCRT1 e ESCRT2 funzionano un po’ come SNARE

che si avvolgono tra loro in un coiled coil permettendo la

fusione tra la vescicola ed il suo target. Questi,

similmente, si pongono da una parte e dall’altra del tratto

di membrana dove si trova il recettore ubiquinato e

formano un coiled coil che porta ad un piegamento della

membrana in quella regione. Questo non è sufficiente per

separare