Fagocitosi ed endocitosi

La fagocitosi è un processo che prevede un’estroflessione della membrana plasmatica che va a includere la molecola che stiamo andando a fagocitare: sembra un processo molto semplice, ma in realtà ci sono numerosi geni che intervengono in questo processo. Dopo aver internalizzato questo fagosoma nel citosol che ha un pH circa di 7, arriva ai lisosomi che invece hanno un pH pari a 4,5 e questo innalzamento di pH dovuto alla fusione delle due vescicole porta all’attivazione dei proenzimi che erano contenuti nella vescicola lisosomiale, così viene degradata la molecola fagocitata e tutti i suoi costituenti fondamentali vengono riciclati.

La pinocitosi è un processo in cui si ha un’invaginazione di una vescicola contenente gocciole di liquido, è importante sottolineare dunque come all’inizio non ci sia essenzialmente un’estroflessione della membrana cellulare come nel processo di fagocitosi.

Per quanto riguarda l’ENDOCITOSI MEDIATA DA RECETTORE, intanto definiamo un recettore come una proteina integrale di membrana costituita di norma da tre domini, uno extracellulare, uno transmembrana e uno intracitoplasmatico, solitamente concentrati in particolari regioni di una cellula. Possono essere in forma monomerica, dimerica o multimerica. Un esempio classico di endocitosi mediata da recettori è quella delle LDL: le LDL (rappresentano le molecole di trasporto del colesterolo cattivo) sono micelle costituite da un monostrato di fosfolipidi in cui sono immerse anche proteine della famiglia Apo, che contengono al loro interno colesterolo libero ed esteri del colesterolo. Nelle LDL la proteina specifica è la Apo B-100 che si lega con i suoi recettori presenti in tutte le cellule, ma in particolar modo negli epatociti dove è fortemente concentrato. Questo recettore ha una struttura particolare, è monomerico ed è formato da una parte extracellulare, una transmembrana e una intracitoplasmatica. La parte extracellulare è suddivisa a sua volta in tre domini funzionali specifici, uno più superficiale (formato da 7 porzioni) che è il dominio di legame con l’Apo B-100 ed è formato da unità ripetitive di cisteina che in tutto disegnano un dominio di cisteine da 320 amminoacidi, il dominio intermedio invece è formato da tre porzioni, sempre da numerose cisteine, costituisce il dominio di dissociazione recettore-ligando ed è un dominio pH sensibile, mentre il dominio più interno è un dominio di O-glicosilazione, è importante perchè conferisce stabilità alla proteina. Il dominio intracitoplasmatico invece è importante per andare a formare il rivestimento di clatrina sulle vescicole d’internalizzazione. Una mutazione del gene che codifica per il recettore delle LDL è la causa di quelle malattie dette iperlipemie (o ipercolesterolemie famigliari), che consistono in un accumulo del colesterolo nel sangue con conseguente formazione di placche nei vasi. La mortalità in questi casi varia a seconda che il soggetto sia eterozigote o omozigote, per i primi si aggira intorno ai 50 anni, mentre per i secondi è di 12-13 anni.

Abbiamo visto che le vescicole che vengono introdotte nella cellula con il processo di endocitosi mediata da recettori vengono rivestite da CLATRINA. Va detto che la clatrina è costituita da tre catene pesanti e da tre catene leggere che si associano a formare questo rivestimento, vanno in particolare a formare un esamero in cui l’unità base è una struttura a tre bracci di triskelion.

Nello specifico come avviene l’endocitosi delle LDL? Si verifica innanzi tutto un raggruppamento dei recettori chiamato “clustering” in una determinata zona della membrana cellulare, successivamente a questi recettori si legano le proteine Apo B-100 e si forma il rivestimento di clatrina, attorno alle vescicole, tramite un processo di fosforilazione su residui di tirosina e all’azione di particolari proteine chiamate adattine. Questo rivestimento di clatrina è importante perchè costituisce una sorta di scheletro intorno alla vescicola che, fino a che persiste la sua presenza, impedisce a questa di fondersi con qualsiasi compartimento cellulare. La formazione di questo rivestimento è associato a un processo mediato dai recettori del mannosio-6-fosfato, infatti quando i recettori, presenti sulle membrane, legano il ligando presente all’interno di queste vescicole, espongono nella porzione intracitoplasmatica delle tirosine (questo è dovuto ad un cambiamento conformazionale del recettore stesso) che vengono fosforilate da tirosin cinasi, permettendo il legame con una proteina detta adattina, che a sua volta definisce il legame con la clatrina, che poi riveste tutta la vescicola. Questo sistema viene disattivato da una fosfatasi che defosforila il recettore per il mannosio-6-fosfato, il quale porta al distacco dell’adattina e dunque al disassemblamento della clatrina, in particolare questo può succedere perchè devono accadere importanti fenomeni sulla superficie di queste vescicole. La vescicola, una volta entrata nel profondo del citoplasma, perde il rivestimento di clatrina per effetto di una fosfatasi che defosforila la tirosina che ha attivato la formazione di questo rivestimento, e finisce a fondersi con un endosoma interno, chiamato CURL (Compartment of Uncoupling (ovvero sganciamento) Receptor Ligand). CURL è il compartimento dove il ligando si stacca dal recettore, questo perchè la LDL, che quando entra ha un pH di 7, arriva in una vescicola dove il pH è acido grazie all’azione precedente di pompe protoniche. Questo abbassamento di pH influisce sul secondo dominio del recettore, che è pH-sensibile, determinando il distacco del ligando dal recettore. Per effetto di questo dal CURL gemmano delle vescicole che riciclano i recettori sulla superficie cellulare, poi le restanti vescicole vengono portate ai lisosomi dove tutto viene digerito negli elementi di base, nel nostro caso gli esteri del colesterolo vengono idrolizzati in colesterolo puro e acidi grassi. Il recettore per le LDL, una volta che si stacca dal ligando, grazie al suo dominio di O-glicosilazione che lo stabilizza, torna sulla superficie cellulare in un ciclo di riciclo. Questa proteina può effettuare fino a 35 cicli di riciclo, ed è per questo motivo che viene considerata come una proteina a lunga emivita.

In caso di mutazioni riguardanti il gene che codifica per il recettore per le LDL, l’unica terapia possibile consiste nella terapia genica. Questa è possibile grazie alle relativamente piccole dimensioni del gene, al contrario di quello per la distrofina che rende impossibile per questo l’applicazione della terapia genica per la cura della distrofia muscolare, infatti è un serio problema capire dove mettere il gene senza andare a creare dei seri danni all’interno di altre sequenze geniche.

Sempre per quanto riguarda l’endocitosi mediata da recettore vediamo il trasporto del ferro: il ferro (molto importante per l’attività dell’emoglobina e di diversi enzimi) infatti non è solubile in acqua, quindi per il suo trasporto è necessaria una proteina, chiamata ferrotrasferrina. Questa è riconosciuta da un recettore presente in tutte le cellule, che viene detto “recettore della trasferrina”, ed è un recettore molto più semplice di quello per le LDL. La veicolazione del ferro all’interno della cellula è molto simile a quello delle LDL, infatti la ferrotrasferrina con due ioni ferro viene endocitata in vescicole rivestite di clatrina, poi arrivate nel CURL il ferro si dissocia dalla ferrotrasferrina a causa dell’abbassamento del pH, con il ferro che viene poi trasportato nel citosol, dove viene accumulato sotto forma di deposito legato alla ferritina. La particolarità di questo ciclo rispetto a quello precedente consiste nel fatto che, quando il ferro si dissocia dalla ferrotrasferrina, questa, diventata ora apotrasferrina, ritorna in superficie legata al suo recettore. Una volta arrivata in superficie, il pH torna a salire al valore fisiologico e la apotrasferrina si dissocia dal recettore, tornando in circolo pronta per essere riutilizzata.

Carenze di ferro possono essere riscontrate nei ragazzi giovani che sono malati di anemia, mentre eccessi di ferro (emocromatosi) possono verificarsi nei pazienti politrasfusi.

Il terzo sistema di endocitosi mediata da recettori si chiama TRANSCITOSI e riguarda le immunoglobuline materne presenti nel latte materno. Questo trasporto avviene nel duodeno del neonato, dove sulla superficie delle cellule epiteliali di questo tratto è presente una famiglia di recettori, detti recettori Fc. Questi riconoscono la porzione costante delle immunoglobuline, quella comune a tutte le loro famiglie, ed in particolare la transcitosi delle immunoglobuline avviene nel duodeno perchè in questo tratto si ha un pH ottimale (circa 6) per l’attività dei recettori Fc. Una volta che i recettori si legano con le immunoglobuline materne, si formano delle vescicole che trasportano il complesso recettore-ligando dalla membrana luminale a quella basale, a questo livello il valore del pH è quello fisiologico e questo influisce sull’affinità tra recettore e immunoglobulina, che diminuisce. Il recettore libera l’immunoglobulina in circolo e torna, tramite un trasporto mediato da vescicole, sulla membrana luminale della cellula epiteliale. Questo meccanismo è molto importante per dare al neonato le prime difese per l’organismo, infatti non ha ancora un sistema immunitario sviluppato, questo permette alle immunoglobuline materne di integrarsi alla perfezione nel neonato e di svolgere il loro lavoro di difesa dell’organismo.