miniatura|Breu esquema d'Endocitosi Els endosomes son orgànuls de les cèl·lules animals i dels fongs i són formats degut a la fusió amb una vesícula invaginada per endocitosi, que prèviament s'ha desproveït de la respectiva capa de clatrina (si l'endocitosi es intervinguda per la clatrina) o bé degut a la fusió amb una caveola que ha invaginat alguna substància en el seu interior. Es tracta de vesícules i tubs tridimensionals recoberts de membrana que podem trobar arreu de la cèl·lula; des de les regions més perifèriques i properes a la membrana plasmàtica fins a les zones properes al nucli i a l'aparell de Golgi. Poden ser tubs irregulars i amb una forma indefinida (EE, ER) o bé cossos multi-vesiculars (LE). L'interior dels endosomes és àcid i té un pH aproximadament de sis al principi del procés, que es va acidificant.
Funció La funció principal dels endosomes és un procés de sorting; és a dir, un mecanisme pel qual es distribueixen les substàncies per tal que arribin al seu destí final (orgànul diana). Es tracta d'un procés com el que s'esdevé en el Trans Golgi Network (TGN) però en sentit contrari; el TGN classifica i ordena de dins cap a fora, mentre que el compartiment endosomal ho fa de fora cap a dins. Aquest és el seu paper més destacat perquè sigui quin sigui el mecanisme d'endocitosi que es faci servir, i sigui quin sigui el contingut que s'hagi invaginat farà cap als endosomes. En general, un cop fet el procés de sorting, les vesícules alliberen el contingut restant als lisosomes per la seva posterior degradació. Tot i això, també hi ha la possibilitat que exerceixin de reservori de molècules que no es necessiten sempre o de reciclatge (s'encarreguen de retornar a la membrana les respectives proteïnes que s'han invaginat durant l'endocitosi). esquerra|miniatura|Esquema d'un Early Endosome i Late endosome vistos al microscopi electrònic
Tipus d'endosomes Els endosomes es poden dividir tenint en compte la seva funció i l'estat de maduració. Es poden dividir en Early Endosomes (EE), Late Endosomes (LE) i Recycling Endosomes (RE), tot i que alguns autors també consideren que els lisosomes formen part dels compartiments endocítics.
Els endosomes tenen morfologies diferents i a l'hora de reconèixer-los pel microscopi electrònic és necessari conèixer les seves característiques. Ells Early endosomes presenten certa dificultat a l'hora de ser diferenciats d'altres orgànuls. Els Late Endosomes són més senzills de reconèixer, ja que tenen aspecte multivesicular molt característic.
Early Endosomes Els Early Endosomes (CURL: compartiment of Uncoupling Receptors and Ligands) son la porta principal d'entrada a la cèl·lula. Provenen de la membrana cel·lular i tenen una alta facilitat per fusionar-se en altres EE. Es localitzen prop de la membrana plasmàtica. Degut a la seva procedència, tenen nombroses proteïnes de membrana que son reciclades després del procés de “sorting”, en el que se separen els receptors de membrana dels lligands. És per això que es consideren la central principal de “sorting” o de classificació. Els receptors poden ser separats gràcies al pH àcid dels EE (6,8), reciclats i retornats a la membrana plasmàtica mitjançant els Recycling Endosomes; mentre que els lligands son degradats. Els EE contenen un tipus de proteïnes especials anomenades Rab (Rab-proteins). Aquestes proteïnes tenen un paper molt important en la fusió i la mobilitat, així com en el reconeixement de la identitat de l'endosoma. Formen part de la família de les GTPases. Dintre de les proteïnes Rab de l'endosoma, es coneixen les Rab5 i les Rab4. Les Rab5 són les més estudiades i se'ls atribueix la creació de vesícules, moviment, funció i regulació de la conversió a Late Endosome. Els EE es diferencien dels LE principalment per la variància de pH i pels enzims que té actives (els EE no presenten enzims hidrolases actives, mentre que els LE sí que els tenen). miniatura|487x487px|En aquest esquema podem veure com l'Early Endosome (EE) té en la seva membrana Rab5 i receptors de membrana plasmàtica. D'ell surt una vesícula de Recycling Endosome (RE) per tornar els receptors a la membrana plasmàtica. D'altra banda el EE perd els seus Rab5 i adquireix els Rab7, transformant-se en un Late Endosome (LE) i posteriorment en un lisosoma. Recycling Endosomes Els Recycling Endosomes (RRC: Receptor-Recycling Compartment) són els encarregats de reciclar les proteïnes i les molècules de membrana i de transportar-les a la membrana plasmàtica. Provenen dels EE i son una estructura molt dinàmica i amb una morfologia molt diversa. Els RE es fusionen amb la membrana plasmàtica i tornen a quedar els receptors fora de la cèl·lula.
Late Endosomes Els Late Endosomes (MVB: Multi Vesicular Bodies) es troben allà on hi ha la major concentració de microtúbuls. Al igual que els EE, els LE tenen proteïnes especials com la Rab7.
Es creu que la Rab7 remplaça a la Rab5 i es necessiària en la maduració d'EE a LE, així com en el transport als lisosomes. Els LE tenen hidrolases àcides al seu interior de manera que pot començar a degradar molècules, però no a la mateixa velocitat o eficàcia que un lisosoma, ja que el seu pH encara no és prou alt per tal que els enzims treballen a la seva màxima velocitat. Contenen macromolècules en el seu interior que aniran a parar als lisosomes per tal de degradar-se. Els LE son transportats fins als lisosomes amb el contingut per degradar, noves proteïnes de membrana i hidrolases per renovar els lisosomes.
Rutes i maduració La ruta endocítica és molt complexa i té uns camins estrictament regulats. Serveix com una plataforma de “sorting” de la superfície intracel·lular o extracel·lular, i s'utilitza per a un posterior reciclatge, un transport retrògrad o, finalment, la degradació. Es tracta també d'un mitjà de la cèl·lula per proveir el seu medi de nutrients i regular la composició i la superfície de la membrana plasmàtica. Facilita les cèl·lules la funció d'eliminar patògens i organismes apoptòtics. Durant molts anys s'ha estat investigant quina funció tenien les proteïnes en aquest procés, però recentment s'ha descobert la important contribució dels fosfolípids en la endocitosi mediada per clatrina (també fagocitosi i macropinocitosi). Un dels exemples de les funcions fosfolipídiques és el manteniment dels gradients químics i elèctrics a través de les membranes cel·lulars (crític per a la supervivència de la cèl·lula). La naturalesa àcida del compartiment endosomal és deguda a la presència de bombes d'ATP que trobem a la membrana, i que bombegen protons H+ del medi citosòlic cap a l'interior del lumen. A mesura que els endosomes maduren, les membranes aniran acidificant progressivament el pH intern, i per tant, afavorint l'acció de les hidrolases àcides [link], l'activitat òptima de les quals es dona a un pH proper a 5, que ja s'obté als lisosomes.
La majoria dels endosomes són retornats cap a la superfície cel·lular per la via del reciclatge, però determinat material seleccionat és enviat als lisosomes per a la degradació. El camí de la ruta endocítica consisteix en una successió de compartiments diferenciats, i el coneixement actual que se’n té ha anat evolucionant ràpidament durant els últims anys. La ruta canònica inclou la formació de “early endosomes”, la seva maduració als “late endosomes” i la fusió amb els lisosomes per a mediar la degradació del contingut que no interessa a la cèl·lula. Recentment, es pensa que receptors de la superfície cel·lular interioritzats són ràpidament inactivats als “early endosomes” per a regular la funció de senyalització. Aquest paradigma ha estat canviat per la caracterització dels “early endosomes” com “signaling endosomes”, on la senyal dels receptors pot continuar durant tota la ruta endocítica.
Una ruta vesicular alternativa és la transcitosi. Durant aquest procés, les molècules unides al receptor que arriben en vesícules als “early endosoma”, no es deslliguen. Per tant, tant receptor com lligand són empaquetats en altres vesícules per a ser transportats a altres parts de la membrana citoplasmàtica, sempre diferents del lloc d'on són originàries, es fusionen i alliberen el seu contingut al medi extracel·lular. Aquest tipus de rutes acostumen a tenir lloc a les cèl·lules polaritzades de l'epiteli. El terme “cèl·lula polaritzada” s'ha de tenir molt en compte, ja que és essencial per a les funcions de diferents tipus de cèl·lules (transport de nutrients, senyal neuronal…). Les GTPases estan involucrades en el procés de polarització d'una cèl·lula, degut al gran nombre d'interaccions moleculars amb efectors i reguladors, i també es poden veure involucrades en diferents processos de senyalització.
Pel que fa a maduració:
El primer endosoma que es forma és l' “early endosoma”, per convergència i fusió amb les vesícules resultants de la endocitosi. Aquest procés tindria lloc molt prop de la membrana plasmàtica. Tot seguit, l' “early endosoma” es mouria cap a l'interior cel·lular. Durant aquest trajecte, l'endosoma madura, convertint-se en endosoma de reciclatge, produint vesícules de retorn a la membrana plasmàtica. L'endosoma de reciclatge madura fins a convertir-se en “late endosoma” o multi-vesicular, que rep vesícules de l'aparell de Golgi i també n'envia d'altres. Finalment, el “late endosoma” es convertirà en lisosoma o es fusionarà amb aquests.
Les regions multi-vesiculars se separen o maduren i es converteixen en una vesícula lliure de transport, que transporta material fins als “late endosomes”. Aquests són el centre per al tràfic endocític, biosintètic i autofàgic, i també de tràfic sortint als lisosomes, l'aparell de golgi i la membrana plasmàtica.
Endosoma - Aparell de Golgi Els “early endosomes” reben material tant de la membrana plasmàtica com de l'aparell de Golgi.
Diferents biomolècules, com les proteïnes, utilitzen diferents rutes de transport des dels endosomes cap a Golgi. La identificació de diferents requeriments moleculars per a cadascun d'aquests camins ens deixa clar que les cèl·lules dels mamífers tenen uns mecanismes molt més complexes del que s'esperava prèviament.
Els receptors de manosa-6-fosfat transporten enzims lisosomals des de Golgi cap als “late endosomes”, i després retornen cap al TGN per a tornar a carregar material. Molts laboratoris han arribat a la conclusió que MPRs poden ser transportats directament des dels “early endosomes” a l'aparell de golgi. No obstant, no poden deixar anar els seus lligands fins que no arribin als endosomes, ja que necessiten un pH més baix que els receptors endocítics típics. Hi ha una contradicció: si els MPRs poguessin travessar directament dels “early endosomes” a Golgi, la pèrdua de Rab7 o Rab9 hauria de ser intranscendent per al reciclatge dels MPRs, ja que els “late endosomes” podrien evitar-se, però derivaria en problemes.
El retròmer és molt important per al reciclatge dels MPRs, igual que Rab7 i Rab9, dos Rab GTPases específiques dels “late endosomes”.
La importància de la maduració cel·lular ha estat emfatitzada per una demostració de la maduració dels “early” als “late” endosomes per una transformació de les Rab. En aquest cas, la pèrdua de Rab 5 al “early endosome” està coordinada amb l'adquisició de Rab 7 al “late endosome”, i d'aquesta manera, la membrana canvia la funcionalitat cel·lular. S'ha pogut comprovar que els MPRs arriben als “early endosome” just abans que Rab 5 es perdi i Rab 7a s'adquireixi. També s'ha demostrat per estudis recents que el reclutament dels retròmers endosomals a les seves membranes està regulat per l'intercanvi Rab5-to-Rab7a.
Les Rab5 regulen la endocitosi i la formació dels “early endosomes”, mentre que les Rab7a entren al camí endocític punts més tard per a regular la transició dels endosomes early-to-late, la biogènesi lisosomal i la fusió. Algunes Rab també regulen els camins entre endosoma-Golgi, ja que la cèl·lula necessita una regulació ajustada del material entre aquests compartiments.