Endocitosi. internalizzazione di materiale mediante invaginazione di membrana e formazione di vescicole

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1 Endocitosi internalizzazione di materiale mediante invaginazione di membrana e formazione di vescicole (1) pinocitosi (o endocitosi propriamente detta soluti e fluidi ) (2) fagocitosi (materiale particolato es. detriti cellulari, batteri, etc).

2 (A) endocitosi in fase fluida (no selezione del materiale captato) (B) endocitosi mediata da recettore (selezione e concentrazione delle molecole da trasportare, processo + efficiente)

3 Endocitosi (o pinocitosi) 4 modalità Mediata da clatrina Macropinocitosi Mediata da caveolina Indipendente da clatrina e caveole

4 ENDOCITOSI MEDIATA DA CLATRINA (endocitosi di nutrienti e molecole regolatrici es Ferro e LDL) La clatrina è un tipo di proteina di rivestimento: associandosi con le membrane ne determina incurvatura necessaria a formazione di vescicole. Clatrina riveste anche vescicole secretorie

5 Il rivestimento serve anche a selezionare il carico della vescicola infatti le proteine di rivestimento interagiscono con il recettore di membrana specifico mediante adattine

6 Proteine accessorie alla formazione di vescicole rivestite L adattina media riconoscimento del recettore La dinamina consente distacco della vescicola formando strozzatura

7 FASI e compartimenti dell endocitosi 1) Vescicola si fonde con endosoma precoce di sistamento (ph leggermente acido favorisce distacco recettore-ligando) 2) Endosoma riciclante riporta recettore vs membrana (anche rivestimento è riciclato) 3) Ligando prosegue verso endosoma tardivo (o prelisosoma) lisosomi attivati e digestione contenuto NB endosoma tardivo scambia vescicole con Golgi Endosoma: comparto che riceve materiale endocitico

8 Endocitosi mediata da recettori e clatrina per LDL (lipoproteina contenente colesterolo) recettore è riciclato verso membrane- il colesterolo viene liberato nel citosol

9 Rilevanza clinica Mutazioni a carico del recettore per LDL (su dominio citosolico o su extracellulare) sono causa di ipercolesterolemia familiare

10 Mutazioni impediscono corretta endocitosi di LDL LDL restano nel sangue alti livelli ematici di colesterolo

11 MACROPINOCITOSI Sulla membrana si formano protusioni ( increspature ) dovute a rimodellamento del citoscheletro (actina) inglobano materiale extracellulare in macropinosomi vie diverse Tipica di cellule immunitarie coinvolte nella presentazione degli antigeni (es cell. dendritiche)

12 ENDOCITOSI MEDIATA DA CAVEOLE Le invaginazioni (caveole) si formano in corrispondenza di zolle di membrana (rafts) ricche di colesterolo e caveolina (proteina che forma il rivestimento) grazie a dinamina Il materiale endocitato segue varie strade: endosomi or caveosomi direttamente Golgi-RE via endocitica tipica di cellule endoteliali (vasi sanguigni) Via endocitica lenta

13 Via endocitica mediata da caveole è sfruttata da alcuni virus, batteri, protozoi e tossine per introdursi nella cellula attaccata! In questa via endocitica evitano comparti degradativi!! Infatti vanno direttamente al RE e/o al Golgi

14 Nelle cellule polarizzate (epitelio, neuroni, endotelio, ) la membrana (e la cellula) è suddivisa in domini strutturalmente e funzionalmente distinti ( es apicale e basolaterale) Anche le vie endocitotiche sono separate, almeno fino a livello di endosomi precoci, per poi ricongiungersi a livello di endosoma tardivo

15 Transcitosi:traslocazione vescicole-mediata da un lato all altro di cellula polarizzata Importante per assorbimento da parte dell epitelio intestinale (intestino vasi), e di endotelio (trasferimento vasi tessuti) ( scambio macromolecole sangue/tessuti) Es transcitosi di Ig da ghiandole al latte materno e da questo, a livello intestinale, al plasma del neonato immunità passiva Recettori specifici indirizzano le proteine internalizzate vs transcitosi, evitando comparti degradatativi (endosomi tardivi e lisosomi)

16 FAGOCITOSI ingestione/distruzione di materiale particolato Meccanismo di nutrimento in Eucarioti unicellulari e animali inferiori (amebe, ciliati) Meccanismo di difesa in organismi superiori (cellule specializzate: macrofagi, cell dendritiche, neutrofili) Processo specifico e finemente regolato (non costitutivo) FASI 1.Riconoscimento e legame tra materiale-recettore specifico 2.Internalizzazione in un grosso vacuolo (fagosoma) che si forma per riorganizzazione locale del citoscheletro (estroflessione di pseudopodi) 3.Maturazione graduale-multi step del fagosoma fusione con lisosoma fagolisosoma 4.Degradazione del materiale fagocitato

17 Autofagia Degradazione di molecole e compartimenti interni alla cellula Processo specificamente regolato/attivato (non costitutivo) Fondamentale per vari aspetti della vita cellulare Selettiva: stimolo induce degradazione di specifici comparti cellulari Non selettiva: stimoli esterni (starvation-ormoni) degradazione di comparti non selezionati produzione nutrienti.

18 Modalità di autofagia a)macroautofagia: digestione di organello isolato da una doppia membrana (vacuolo autofagico o autofagosoma ) che si fonde con lisosoma b)microautofagia: lisosoma ingloba direttamente organello da digerire c)autofagia mediata da chaperon molecolari: proteine da degradare sono veicolate al lisosoma mediante chaperon CITOSOL LISOSOMA

19 Normalmente la cellula elimina per autofagia microorganismi penetrati nel suo citoplasma (A) Alcuni agenti infettivi però eludono (come?) questo processo e lo sovvertono in modo da crearsi nicchia protetta in cui sopravvivere e replicarsi (B)

20 Esocitosi: movimento vescicole-mediato verso esterno cellula Riguarda proteine uscenti dal TGN che possono seguire 3 vie alternative : 1) Secrezione o esocitosi costitutiva 2) Secrezione regolata 3) Trasporto ai lisosomi

21 Esocitosi costitutiva Riguarda proteine continuamente secrete nel mezzo esterno (p. solubili componenti di matrice extracellulare, es collagene o p. di membrana plasmatica) Le vescicole viaggiano direttamente verso membrana senza fermarsi e sono guidate dai filamenti citoscheletrici Esocitosi regolata Solo cellule secretrici specializzate; stimolo specifico determinano rilascio della vescicola

22 Nelle cellule polarizzate le vie di esocitosi costitutiva sono differenziate in base a destinazione. Es nell epitelio gastro intestinale c è zona apicale (a contatto con il lume) e zona basolaterale (a contatto con matrice sottostante), separate fisicamente e per funzione Esistono meccanismi che permettono alle vescicole esocitiche di viaggiare specificamente verso una delle 2 zone.

23 Esocitosi regolata Avviene solo in alcuni tipi cellulari specializzati (es. neuroni, cellule ghiandolari e muciparie, ecc.) Il prodotto di secrezione si accumula in granuli di secrezione fino a che uno specifico stimolo ne provoca rilascio all esterno Es pancreas esocrino produce precursori di enzimi digestivi (zimogeni) che si accumulano nei granuli e sono secreti in risposta a stimolo nervoso

24 Cellule secernenti muco nel colon di mammifero Polarità evidente Nella zona apicale accumulo di granuli contenenti mucogeno pronto per il rilascio

25 Endocitosi ed esocitosi fanno parte del traffico vescicolare : continuo flusso di vescicole di trasporto che connette i vari compartimenti membranosi della cellula. Macchinario molecolare complesso garantisce: Formazione della vescicola dal comparto donatore Selezione del carico Distacco e spostamento vescicola Fusione col corretto compartimento target

26 Il traffico vescicolare veicola le proteine dal RE al Golgi, ai lisosomi, alla membrana plasmatica e allo spazio extracellulare (e viceversa!) Scambio continuo e dinamico tra vari comparti membranosi

27 Curvatura di membrana alla base della formazione di vescicole dipende dall aggregazione di proteine di rivestimento La curvatura è indotta da specifiche proteine di rivestimento che si assemblano per dare gabbie sferiche Clatrina (vescicole endocitiche, che originano da membrana e da Golgi trans vs endosomi, lisosomi) COP I e COPII (vescicole dal Golgi e dal RE)

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29 Anche la geometria e la composizione lipidica contribuiscono ad indurre la curvatura della membrana!

30 Il distacco della vescicola è mediato dalle dinamine Una volta formatesi le vescicole viaggiano nel citosol sfruttando le strutture citoscheletriche (es i microtubuli piste)

31 La fusione tra vescicole (eso-endocitiche e/o del traffico vescicolare) e membrana target è controllata da proteine Rab (proteine G che in forma attiva sono associate alle membrane) ed è fisicamente mediata da famiglia di proteine SNARE (=trappola).

32 V e T SNARE si avvolgono strettamente le une sulle altre in modo da «forzae «fusione tra le due membrane (vescicola e targe)

33 traffico vescicolare RE Golgi le proteine dal RE al Golgi grazie all interazione di corte sequenze segnale con adattatori del rivestimento COPII (via anterograda) Le proteine residenti del RE sono recuperate e riavviate vs RE, grazie alla seq. KDEL che interagisce con adattatori del rivestimento COPI incanalandosi su via retrograda NB: legame tra seq. KDEL e adattatore CopI (nel Golgi) e rilascio delle KDEL dall adattatore CopI (nel RE) dipende dalle diverse condizioni ioniche e di ph dei vari compartimenti Bilanciamento tra via anterograda e retrograda permette recupero anche di componenti (lipidi e proteine) di membrana evitando accrescimento sproporzionato del Golgi Trans

34 cis Golgi trans Golgi Nel Golgi le proteine subiscono varie modifiche post-traduzionali (soprattutto a livello di gruppi glucidici: o-glicosilazione e rielaborazione gruppi N-glucidici) Composizione biochimica e morfologia del Golgi varia a seconda del settore

35 All uscita dal Golgi le proteine carico seguono 3 vie alternative Secrezione costitutiva (1) o regolata (2) Trasporto ai lisosomi (3)

36 Marcatura delle idrolasi lisosomali con residui di mannosio-6p Gli enzimi destinati ai lisosomi (idrolasi acide) sono riconosciuti e marcati con un gruppo glucidico specifico (: mannosio 6P) all interno del cis Golgi. 2 enzimi coinvolti in questa modificazione

37 Le proteine marcate M6P sono indirizzate ai lisosomi Nel trans Golgi un recettore specifico lega il M6P e recluta il rivestimento di clatrina La vescicola viaggia vs compartimento pre-lisosomale ( endosoma tardivo ) dove recettore si dissocia dall enzima a causa del ph + acido Recettore poi riciclato con vescicola retrograda Rilevanza clinica Malattia delle cellule I: difetto genetico per cui non funziona enzima che marca le idrolasi idrolasi non raggiungono lisosoma accumulo di sostanze indigerite nelle inclusioni e morte cellulare