Cómo secuestran los virus la maquinaria endocítica? (II) Nature

Los biólogos celulares han estado intrigados por endocitosis desde que Ilya Metchnikoff describió el fenómeno de la fagocitosis, una forma de endocitosis que utiliza vesículas de internalizar partículas sólidas. Era diciembre de 1882, I. Metchnikoff, de treinta y siete años de edad, zoólogo ruso, vivía junto al mar, en la costa noreste de Sicilia. Durante un paseo por la playa, recogió un minuto, larvas transparentes de estrellas de ma. Él atravesó la larva con una espina de una rosa. En respuesta, las células ameboides pequeñas cubrieron la espina en un intento de ingerir la amenaza invasora. Metchnikoff llamó a estas células defensivas fagocitos (del griego phagein, que significa “comer” o “devorar”) (Figura 1). Como resultado, los fagocitos ingieren sustancias tanto para la alimentación como por un mecanismo de protección. Después de que Metchnikoff realizó su observación, él y otros científicos continuaron estudiando el mecanismo de protección, mientras que otros investigadores se centraron en la comprensión y caracterización de los mecanismos que gobiernan cómo las células engullen sustancias (endocitosis) Tauber (2003).

f1_tauber_nrm1244-f1

Figura 1: La teoría de la fagocitosis
Ilya Metchnikoff descubrió la fagocitosis (una forma de endocitosis que utiliza vesículas de internalizar partículas sólidas). Los fagocitos son células especializadas que ingieren y destruyen bacterias.© 2003 Nature Publishing Group . Conner, SD y Schmid, SL portales Regulados de la entrada en la célula de la Naturaleza 422, 37-44 (2003) doi: 10.1038/nature01451. Todos los derechos reservados

Fagocitosis

Desde la época de Metchnikoff, los científicos han llegado a comprender la fagocitosis relativamente bien. La fagocitosis es un proceso activo y altamente regulado que involucra a los receptores de la superficie celular específicos y cascadas de señalización. En los mamíferos, se lleva a cabo principalmente en células especializadas, tales como macrófagos, monocitos y neutrófilos, que funcionan para eliminar grandes patógenos tales como bacterias y parásitos y restos de células grandes. Recientemente, los científicos descubrieron que los virus tales como el herpes simple 1 (que causa el herpes en seres humanos) y Mimivirus (un virus peculiar originalmente se encuentra en un tipo de amebas de vida libre) pueden utilizar la fagocitosis para entrar en las células (Clemente y col. 2006; Ghigo et . al2008).

Pinocitosis

Pinocitosis incluye varios mecanismos endocíticos no relacionados. Uno de ellos es macropinocitosis (Figura 2) , en el que la célula envuelve a las partículas grandes y el líquido. En este mecanismo, la membrana se replegables con volantes y encierra la carga que se internaliza. Entre los virus que utilizan este mecanismo de entrada son el virus vaccinia (un virus que fue utilizado como una vacuna contra la viruela), virus de la inmunodeficiencia humana tipo 1 (el virus que causa el SIDA), echovirus tipo 1 (un virus que infecta el tracto gastrointestinal y puede extenderse a otros órganos, causando la enfermedad ), y el adenovirus 3 (un virus que puede causar infecciones del tracto respiratorio superior) (Marechal et al. 2001; Amstutz et al.2008, Huang et al. 2008; Liberali et al. 2008).
En ambos procesos la fagocitosis y la macropinocitosis, la actina del citoesqueleto parece jugar un papel muy importante y activo. Los científicos lo saben porque estos procesos pueden ser inhibidos por los fármacos que bloquean o inhiben la polimerización de actina (Mercer y Helenius 2009).
Además de macropinocitosis, hay un grupo de vías de pinocitosis que utilizan diferentes proteínas para recubrir las vesículas endocíticas o evitar el paso de las vesículas de la membrana plasmática. Además, algunas vías de pinocitosis implican diferentes lípidos de la membrana o enzimas modificadoras de líppidos. Hay tres tipos de vías:

1. Endocitosis mediada por clatrina :

La endocitosis mediada por clatrina es una vía pinocítica. Los estudios de la estructura de clatrina mostraron que forma triskeliones compuestos por tres cadenas pesadas de clatrina y tres cadenas ligeras. Los triskeliones se ensamblan para formar un enrejado poligonal que ayuda a deformar la membrana plasmática como un pozo revestido (Figura 3). Mediante el uso de formación de imágenes en vivo de células, mutantes negativos dominantes (que producen proteínas no funcionales), y ARN de interferencia (para bloquear mensajeros específicos), los científicos mostraron que los virus tales como el virus de la hepatitis C, virus del dengue, y reovirus de mamífero (que afecta el tracto gastrointestinal y vías respiratorias) utilizan esta vía (Ehrilchet al. 2004; Meertens, Bertaux y Dragic 2006, van der Schaar et al.2008). De hecho, la mayoría de los virus utilizan este tipo de endocitosis para entrar en sus células huésped.

connor_nature01451-f3.2_2_1

Figura 3: Componentes básicos de la maquinaria conducir endocitosis mediada por clatrina
Triskeliones Clathrin, compuesto por tres cadenas pesadas clatrina (CHC) y tres cadenas ligeras fuertemente asociados (CLC), se ensamblan para formar una red poligonal, que ayuda a deformar la membrana plasmática que recubre a un pozo cubierto. Heterotetraméricas AP2 complejos se dirigen a la membrana plasmática por las subunidades α-adaptin, donde median conjunto de clatrina a través de la subunidad β2-e interactúan directamente con la clasificación de motivos sobre las moléculas de carga a través de sus μ2 subunidades. Dynamin es una GTPasa multidominio que se reclutó a los cuellos de depresiones revestidas, donde se puede montar en una espiral o “cuello” para mediar o controlar la fisión membrana y la liberación de vesículas recubiertas de clatrina. Una reacción uncoating posterior reciclaje de los componentes de la capa para su reutilización.

2. Endocitosis mediada por Caveolas :

Las caveolas son pequeñas invaginaciones de la membrana plasmática de la célula. Bajo el microscopio electrónico, las caveolas parecen ser pozos en forma de matraz, sobre 50-80 nm de diámetro. Ellos se componen de lípidos (tales como colesterol y esfingolípidos) y caveolina. Una pequeña proteína dimérica llamada caveolina crea la forma y estructura de las caveolas. Proteínas de caveolin la insertan en la membrana plasmática y la auto-asocian, formando una capa de caveolina en la superficie de la membrana (Figura 4).

Tanto el virus SV40 (un virus encontrado en monos y seres humanos) y el virus del papiloma (que puede causar verrugas genitales y se asocia con cuello uterino cáncer ) usan endocitosis  mediada por caveolas para infectar las células. ¿Cómo lo sabemos? En un caso, los investigadores fueron capaces de bloquear la entrada de virus SV40 en las células humanas y de mono al impedir la formación de caveolas usando una droga llamada nistatina. Como en el caso control, inhiben la formación de vesículas revestidas de clatrina, y como se esperaba, el virus se mantuvo completamente infectivo en las células (Anderson et al.1996). Usando la misma estrategia, junto con mutantes dominantes negativos de caveolina, Jessica Smith y su grupo demostraron que el virus del papiloma también utiliza la vía de entrada mediada por caveolas (Smith, Campos y Ozbun 2007).

parton_nrm2122-f1_2_1

Figura 4: Las características principales de caveolae y caveolins
Caveolina se inserta en la membrana caveolar, con los extremos N y C que se enfrenta el citoplasma y un putativo “horquilla” dominio intramembrane incrustado dentro de la bicapa de la membrana. El dominio andamiaje, una región altamente conservada de la caveolina, podría tener un papel en las interacciones de colesterol a través conservado básica (+) y residuos hidrófobos voluminosos (círculos rojos). El dominio C-terminal, que está cerca del dominio intramembrane, es modificada por grupos palmitoilo que se insertan en la bicapa lipídica. Las estructuras complejas que se forman por interconectada caveolae pueden ocupar un área grande de la membrana plasmática.

3. Vïas endocíticas alternativas :

Además de los descritos anteriormente, los procesos de endocitosis bien establecidos, hay una serie de vías endocíticas que no implican clatrina y caveolina. En estas vías endocítica, aún no se han identificado las proteínas o procesos de invaginación de los sistemas de capa específicas. Los científicos han descubierto que algunos virus – incluido el rotavirus (la causa más común de diarrea en los niños), el virus de la coriomeningitis linfocítica (un virus de roedores que pueden infectar a los humanos), y, en algunos tipos de células, la influenza (gripe) – entran en las células a través de estas vías alternativas (Rojek, Perez & Kunz 2008; Sánchez-San Martin et al.(2004).

La etapa final de entrada

Una vez que un parche de membrana está revestido, la vesícula endocítica debe separarse de la membrana plasmática. En 1993, Sandra Schmid y sus colegas observaron que la fisión de las vesículas endocítica se veía afectada en células  eucariotas con mutaciones en una  GTPasa pesada llamada dynamina (van der Bliek et al. 1993). Sus resultados sugieren que la dynamina jugó un papel en la endocitosis. Más tarde, los científicos confirmaron que la dynamina se requiere para la fagocitosis y la endocitosis de clatrina y mediada por caveolas, así como para algunas vías endocítica independientes de clathrina y caveolas. Durante las últimas etapas de la formación de vesículas, la dynamina se auto-ensambla en el cuello de las depresiones revestidas profundamente invaginadas y forma un collar que estrangula y libera la vesícula pinocítica de la membrana plasmática. Paradójicamente, los virus se utilizan a menudo como modelo de carga a fagocitar por diferentes vías endocíticas porque la infección viral con éxito se puede controlar de manera eficiente detectando de la expresión amplificada de proteínas virales en las células infectadas. Además, las partículas virales pueden ser fácilmente visualizadas por microscopía electrónica, y los viriones marcados con fluorescencia pueden ser rastreados de forma individual en las células vivas.

Resumen 

Ahora está claro que, además de la vía endocítica mediada por clatrina bien caracterizada, hay una multitud de vías endocíticas por las que la célula internaliza diferentes moléculas. Sólo estamos empezando a comprender la endocitosis. ¿Cuántas rutas más endocíticas están ahí, esperando a ser encontradas?

Comentarios desactivados en Cómo secuestran los virus la maquinaria endocítica? (II) Nature

Archivado bajo Biología Celular, Célula, Virus

Los comentarios están cerrados.