Fusão de vesículas - Vesicle fusion

A fusão de vesículas é a fusão de uma vesícula com outras vesículas ou com uma parte de uma membrana celular . Neste último caso, é o estágio final da secreção das vesículas secretoras, onde seu conteúdo é expelido da célula por exocitose . As vesículas também podem se fundir com outros compartimentos de células-alvo, como um lisossoma . A exocitose ocorre quando as vesículas secretoras se acoplam e se fundem transitoriamente na base das estruturas em forma de copo na membrana plasmática da célula denominadas porossomos , o mecanismo secretor universal das células. A fusão da vesícula pode depender das proteínas SNARE na presença de aumento da concentração de cálcio intracelular (Ca ²⁺ ).

Gatilhos

Os estímulos que desencadeiam a fusão das vesículas agem aumentando o Ca ²⁺ intracelular .

• As vesículas sinápticas comprometem a fusão das vesículas por um impulso nervoso que atinge a sinapse, ativando os canais de cálcio voltagem-dependentes que causam o influxo de Ca ²⁺ na célula.
• No sistema endócrino , muitos hormônios são liberados por seus hormônios liberadores que se ligam aos receptores acoplados à proteína G acoplados à subunidade alfa G _q , ativando a via IP3 / DAG para aumentar o Ca ²⁺ . Exemplos desse mecanismo incluem:
  • Hormônio liberador de gonadotrofina
  • Hormônio liberador de tireotropina
  • Hormônio de liberação do hormônio do crescimento (via secundária - a principal é a via dependente de AMPc )

Sistemas de modelo

Os sistemas modelo consistindo em um único fosfolipídeo ou uma mistura foram estudados por físico-químicos. A cardiolipina é encontrada principalmente nas membranas mitocondriais, e os íons cálcio desempenham um papel importante nos processos respiratórios mediados pela mitocôndria . As forças envolvidas foram postuladas para explicar este processo em termos de nucleação para aglomeração de entidades supramoleculares menores ou mudanças de fase na estrutura das biomembranas.

Mecanismos

Fenda sináptica de fusão

Na fusão da vesícula sináptica , a vesícula deve estar a alguns nanômetros da membrana alvo para que o processo de fusão comece. Essa proximidade permite que a membrana celular e a vesícula troquem lipídios, o que é mediado por certas proteínas que removem a água que entra na junção de formação. Uma vez que a vesícula está em posição, ela deve esperar até que o Ca ²⁺ entre na célula pela propagação de um potencial de ação para a membrana pré-sináptica. O Ca ²⁺ liga-se a proteínas específicas, uma das quais é a sinaptotagmina , nos neurônios, o que desencadeia a fusão completa da vesícula com a membrana alvo.

As proteínas SNARE também ajudam a mediar qual membrana é o alvo de qual vesícula.

Proteína SNARE e formação de poros

Maquinaria molecular que conduz a exocitose na liberação de neuromediadores. O complexo SNARE central é formado por quatro α-hélices contribuídas pela sinaptobrevina, sintaxina e SNAP-25, a sinaptotagmina atua como um sensor de cálcio e regula intimamente o fechamento SNARE.

A montagem dos SNAREs nos complexos "trans" provavelmente faz a ponte entre as bicamadas lipídicas opostas das membranas pertencentes à célula e aos grânulos secretores, aproximando-os e induzindo sua fusão. O influxo de cálcio na célula desencadeia a conclusão da reação de montagem, que é mediada por uma interação entre o sensor de cálcio putativo, sinaptotagmina , com os lipídios da membrana e / ou o complexo SNARE parcialmente montado.

Uma hipótese implica a molécula complexina dentro do complexo SNARE e sua interação com a molécula sinaptotagmina. Conhecida como hipótese "clamp", a presença de complexina normalmente inibe a fusão da vesícula à membrana celular. No entanto, a ligação de íons de cálcio à sinaptotagmina faz com que a complexina seja liberada ou inativada, de modo que a vesícula fica livre para se fundir.

De acordo com a hipótese do "zíper", a montagem complexa começa nas partes N-terminais dos motivos SNARE e prossegue em direção aos terminais C que ancoram as proteínas interagentes nas membranas. A formação do complexo "trans" -SNARE prossegue através de um complexo intermediário composto de SNAP-25 e sintaxina-1, que mais tarde acomoda a sinaptobrevina-2 (os isotipos de sintaxina e sinaptobrevina citados participam da liberação do neuromediador neuronal).

Com base na estabilidade do complexo cis-SNARE resultante , foi postulado que a energia liberada durante o processo de montagem serve como um meio para superar as forças repulsivas entre as membranas. Existem vários modelos que propõem a explicação de uma etapa subsequente - a formação do caule e o poro de fusão, mas a natureza exata desses processos permanece debatida. Dois dos modelos mais proeminentes na formação de poros de fusão são as teorias de poros de fusão revestidos de lipídios e de proteínas.

Teoria de poros de fusão revestidos de lipídios

Na teoria dos poros revestidos de lipídios, ambas as membranas se curvam uma em direção à outra para formar o poro de fusão inicial. Quando as duas membranas são trazidas a uma distância "crítica", os grupos principais de lipídios de uma membrana se inserem na outra, criando a base para o poro de fusão.

Um modelo possível para a formação de poros de fusão é a teoria dos poros da linha lipídica. Neste modelo, uma vez que as membranas foram colocadas em proximidade suficiente por meio do mecanismo de "zíper" do complexo SNARE , a fusão da membrana ocorre espontaneamente. Foi demonstrado que quando as duas membranas são colocadas dentro de uma distância crítica, é possível que os grupos principais de lipídios hidrofílicos de uma membrana se fundam com a membrana oposta. No modelo de poro de fusão revestido de lipídios, o complexo SNARE atua como uma estrutura, puxando a membrana, fazendo com que ambas as membranas se enruguem, de modo que possam atingir a distância crítica de fusão. À medida que as duas membranas começam a se fundir, um talo revestido de lipídios é produzido, expandindo-se radialmente para fora conforme a fusão prossegue.

Embora um poro revestido de lipídios seja possível e possa atingir todas as mesmas propriedades observadas na formação inicial dos poros, não existem dados suficientes para provar que é o único método de formação. Não existe atualmente um mecanismo proposto na regulação intercelular para a flutuação de poros revestidos com lipídios, e eles teriam um tempo substancialmente mais difícil de produzir efeitos, como o "beijo e corrida", quando comparados com suas contrapartes revestidas com proteínas. A eficácia dos poros revestidos de lipídios também seria altamente dependente da composição de ambas as membranas, e seu sucesso ou fracasso poderia variar enormemente com mudanças na elasticidade e rigidez.

Teoria de poros de fusão revestidos de proteína

Outro modelo possível para a formação de poros de fusão é a teoria dos poros revestidos de proteínas. Neste modelo, após a ativação da sinaptotagmina pelo cálcio, vários complexos SNARE se juntam para formar uma estrutura em anel, com a sinaptobrevina formando o poro na membrana da vesícula e a Sintaxina formando o poro na membrana celular. À medida que o poro inicial se expande, ele incorpora lipídios de ambas as bicamadas, resultando na fusão completa das duas membranas. O complexo SNARE tem um papel muito mais ativo na teoria dos poros revestidos de proteínas; como o poro consiste inicialmente inteiramente em proteínas SNARE, o poro é facilmente capaz de sofrer regulação intercelular, tornando os mecanismos de flutuação e "beijo e corrida" facilmente alcançáveis.

Um poro revestido de proteína atende perfeitamente a todos os requisitos observados do poro de fusão inicial e, embora alguns dados apóiem ​​essa teoria, não existem dados suficientes para considerá-lo o método primário de fusão. Um poro revestido de proteína requer pelo menos cinco cópias do complexo SNARE, enquanto a fusão foi observada com apenas duas.

Em ambas as teorias, a função do complexo SNARE permanece praticamente inalterada, e todo o complexo SNARE é necessário para iniciar a fusão. No entanto, foi provado que a sintaxina in vitro por si só é suficiente para conduzir a fusão independente de cálcio espontânea de vesículas sinápticas contendo v-SNAREs. Isso sugere que na exocitose neuronal dependente de Ca ²⁺ a sinaptotagmina é um regulador duplo, na ausência de íons Ca ²⁺ para inibir a dinâmica SNARE, enquanto na presença de íons Ca ²⁺ para atuar como agonista no processo de fusão da membrana.

Hipótese do beijo e corrida

Nas vesículas sinápticas , alguns neuroquímicos sugeriram que as vesículas ocasionalmente podem não se fundir completamente com as membranas pré-sinápticas na liberação de neurotransmissores na fenda sináptica . A controvérsia é se a endocitose sempre ocorre ou não na reforma da vesícula após a liberação do neurotransmissor. Outro mecanismo proposto para a liberação do conteúdo da vesícula no fluido extracelular é chamado de fusão "beijo e corrida" .

Há alguma indicação de que as vesículas podem formar apenas um pequeno poro na membrana pré-sináptica, permitindo que o conteúdo seja liberado por difusão padrão por um curto período antes de retornar para a célula pré-sináptica. Esse mecanismo pode ser uma forma de contornar a endocitose mediada por clatrina . Também é proposto que a vesícula não precisa retornar a um endossomo para se recarregar, embora não seja totalmente compreendido por qual mecanismo ela se recarregaria. Isso não exclui a fusão completa da vesícula, mas apenas afirma que ambos os mecanismos podem operar em fendas sinápticas.

Foi demonstrado que "beije e corra" ocorre em células endócrinas, embora não tenha sido testemunhado diretamente nas lacunas sinápticas.

Veja também

• LAÇO
• Zona pré-sináptica ativa
• Lipossomas usados ​​como modelos para células artificiais em estudos de fusão de membrana .

Referências