Secreción

A secreción é o proceso de elaborar, liberar e expulsar substancias químicas por parte dunha célula ou glándula. Tamén se chama secreción á substancia liberada. O acto de verter a secreción chámase segregar (non secretar). A diferenza da excreción, a substancia debe ter unha certa función, en lugar de ser un produto residual a eliminar (como a urina na excreción). O mecanismo clásico de secreción celular é por medio de portais secretores da membrana plasmática da célula chamados porosomas. Os porosomas son estruturas lipoproteicas permanentes con forma de copa situadas na membrana plasmática, nas que as vesículas secretoras se unen e fusionan transitoriamente para liberar o seu contido de produtos intracelulares fóra da célula. Nos eucariotas a forma máis común ou clásica de secreción é a exocitose, mais hai tamén outros mecanismos non clásicos.
A secreción nas especies bacterianas é o transporte ou translocación de moléculas efectoras, como por exemplo: proteínas, encimas ou toxinas (como a toxina colérica en bacterias patóxenas como Vibrio cholerae) desde o interior da bacteria (citoplasma ou citosol) ao exterior da célula. A secreción é un mecanismo moi importante no funcionamento e actuación bacterianos no medio natural que as rodea para así adaptarse e sobrevivir. Secreción en células eucariotas
Mecanismo
As células eucariotas, entre as que están as humanas, presentan un proceso de secreción moi evolucionado. As proteínas destinadas ao exterior da célula teñen unha secuencia sinal que indica que deben ser sintetizadas polos ribosomas asociados ao retículo endoplasmático. Cando empeza a súa tradución nos ribosomas citosólicos asoma dita secuencia ou péptido sinal, e unha proteína únese a ela, e leva o ribosoma en síntese ao retículo endoplasmático para que continúe alí a tradución da proteína. Unha vez alí, a medida que son sintetizadas, estas proteínas translócanse ao lume do retículo endoplasmático, onde son glicosiladas e onde as proteínas chaperonas axudan ao seu pregamento. As proteínas pregadas de forma incorrecta son xeralmente identificadas aquí e son retrotranslocadas para que se produza a súa degradación no citosol por parte do proteasoma. As vesículas emitidas polo retículo endoplasmático que conteñen proteínas co pregamento axeitado entran despois no aparato de Golgi.
No aparato de Golgi modifícase a glicosilación das proteínas e poden ter lugar posteriores modificacións postraducionais, como a clivaxe e funcionalización. As proteínas son despois levadas ao interior de vesículas, as cales se evaxinan do aparato de Golgi e viaxan ao longo do citoesqueleto á periferia da célula. Poden ocorrer máis modificacións nas vesículas secretoras (por exemplo, a insulina clívase a partir da proinsulina nas vesículas secretoras).
Finalmente, hai unha fusión das vesículas coa membrana plasmática que ten lugar nunhas estruturas chamadas porosomas, nun proceso chamado exocitose, verténdose así o contido da vesícula fóra da célula.
Toda esta secuencia está baixo un estrito control bioquímico utilizando un gradiente de pH: o pH do citosol é de 7, 4, o do retículo endoplasmático de 7, 0, e o da cara cis do aparato de Golgi de 6, 5. As vesículas secretoras teñen pHs que van de 5, 0 a 6, 0; algunhas vesículas secretoras evolucionan a lisosomas, que teñen un pH de 4, 8.
Secreción non clásica
Hai moitas proteínas como FGF1 (aFGF), FGF2 (bFGF), interleucina-1 (IL1) etc. , que non teñen secuencia sinal. Estas non utilizan a vía clásica retículo endoplasmático-Golgi, senón que son segregadas por varias vías non clásicas.
Describíronse polo menos catro vías de secreción de proteínas non clásicas. Son as seguintes: 1) translocación directa de proteínas a través da membrana plasmática probablemente por medio de transportadores de membrana, 2) formación de ampolas (blebbing), 3) secreción lisosómica, e 4) liberación por medio de exosomas derivados de corpos multivesiculares (ver endosoma).
Ademais, as proteínas poden ser liberadas das células por lesións mecánicas ou fisiolóxicas e a través de poros oncóticos transitorios non letais inducidos na membrana plasmática polo lavado das células con medios libres de soro ou tampóns.
Secreción en tecidos humanos
Moitos tipos de células humanas teñen a capacidade de ser células secretoras. Teñen un retículo endoplasmático e aparato de Golgi ben desenvolvidos para cumprir a súa función. Entre os tecidos humanos que producen secrecións están o tracto gastrointestinal, que segrega encimas dixestivos e ácido clorhídrico, os pulmóns, que segregan surfactantes, e as glándulas exócrinas e endócrinas. Ás veces as células secretoras son glándulas unicelulares, como as células caliciformes de moitas mucosas.
Tipos de secreción glandular
Segundo o tipo de secreción que realicen as glándulas poden ser: Exócrinas. Segregan os seus produtos pola súa superficie apical ou a través dun conduto ao exterior ou a unha cavidade ou tubo interno, como o tubo dixestivo. O produto pode ser seroso (moi acuoso e xeralmente con proteínas), mucoso (viscoso, como por exemplo glicoproteínas) ou sebáceo (lipídico). Polo modo en que se liberan estes produtos poden ser: apócrinas (pérdese unha parte do citoplasma apical celular durante a secreción), holócrinas (desintégrase toda a célula), ou merócrinas ou écrinas (segregan por exocitose de vesículas).
Endócrinas. Segregan os seus produtos (hormonas) a través da lámina basal sen que existan condutos para a secreción e estes chegan a outras partes do corpo xeralmente por vía sanguínea. Ademais de por vía sanguínea, os produtos utilizados para a comunicación celular (hormonas, factores, citocinas etc. ) poden chegar á célula diana por vía parácrina (saen da célula e fíltranse ata células veciñas relativamente próximas), xustácrina (pasan á célula adxacente a por medio de compoñentes lipídicos e proteicos integrais da membrana), e autócrina (saen da célula e chegan a un receptor de membrana da mesma célula).
Secreción nas plantas
As plantas producen moitas substancias que son expulsadas do corpo da planta. Estas substancias ás veces son subprodutos non utilizables do metabolismo (o que sería excreción) ou produtos que teñen unha utilidade (o que sería secreción), aínda que ás veces é difícil determinar a utilidade ou non dun produto, e delimitar excreción e secreción. As plantas segregan produtos tanto ao exterior coma ao interior de cavidades do seu corpo ou de células. Poden presentar tricomas e pelos glandulares que poden producir néctares, mucilaxes, encimas, terpenos; teñen tamén nectarios nas flores e follas produtores de néctares azucrados, ou osmóforos e células epiteliais produtoras de aceites volátiles recendentes; outras estruturas das plantas segregan internamente, como as células secretoras espalladas polo parénquima produtoras de bálsamos, resinas, aceites, taninos, mucilaxes, gomas etc. ; finalmente, poden presentar tamén espazos secretores como por exemplo os canais resiníferos das coníferas ou os laticíferos. As células das plantas poden producir tamén hormonas que controlan a súa fisioloxía. Secreción en bacterias gramnegativas
A secreción non é exclusiva dos eucariotas, xa que está presente tamén en bacterias e arqueas. Os transportadores do tipo do casete de unión ao ATP (chamado ABC ou ATP binding cassette) son comúns aos tres dominios de seres vivos. O sistema Sec que constitúe o complexo Sec Y-E-G (ver sistemas de secreción de tipo II ou T2SS, máis abaixo) é outro sistema de secreción conservado, homólogo do translocón no retículo endoplasmático eucariótico e do complexo translocón Sec 61 dos lévedos. Algunhas proteínas segregadas translócanse a través da membrana plasmática polo translocón Sec, o cal require a presenza dun péptido sinal N-terminal na proteína segregada. Outros son translocados a través da membrana plasmática pola vía de translocación Tat. As bacterias gramnegativas teñen dúas membranas, facendo así a secreción máis complexa topoloxicamente. Nas bacterias gramnegativas hai polo menos seis sistemas de excreción especializados. Moitas proteínas segregadas son especialmente importantes na patoxénese bacteriana.
Sistema de secreción de tipo I (T1SS ou TOSS)
É similar ao transportador ABC, pero ten proteínas adicionais que, xunto coa proteína ABC, forman un canal contiguo que atravesa as membranas interna e externa da bacteria gramnegativa. É un sistema simple que consta só de tres subunidades proteicas: a proteína ABC, a proteína de fusión de membrana (MFP), e a proteína da membrana externa (OMP). O sistema de secreción de tipo I transporta diversas moléculas, como ións, drogas, ou proteínas de varios tamaños (de 20 a 900 kDa). As moléculas segregadas varían en tamaño desde o pequeno péptido colicina V de 10 kDa de Escherichia coli á proteína de adhesión celular LapA de 900 kDa de Pseudomonas fluorescens. As mellor caracterizadas son as toxinas RTX e as lipases. A secreción de tipo I está tamén implicada na exportación de substratos non proteicos como os β-glucanos cíclicos e polisacáridos.
Sistema de secreción de tipo II (T2SS)
As proteínas segregadas polos sistemas de tipo II, ou ramificación terminal principal da vía secretora xeral, dependen dos sistemas Sec ou Tat para un transporte inicial ao periplasma. Unha vez alí, pasan a través da membrana externa por medio dun complexo multimérico (de 12 a 14 subunidades) de proteínas secretinas formadoras de poros. Ademais das proteínas secretinas, hai outras 10-15 proteínas das membranas externa e interna que compoñen o aparato de secreción completo, moitas con funcións aínda descoñecidas. Os pili de tipo IV gramnegativos utilizan unha versión modificada do sistema de tipo II para a súa bioxénese, e nalgúns casos certas proteínas son compartidas entre un complexo do pilus e o sistema tipo II nunha especie bacteriana.
Sistema de secreción de tipo III (T3SS ou TTSS)
É homólogo do corpo basal flaxelar bacteriano. É como unha xiringa molecular por medio da cal unha bacteria (por exemplo, certos tipos de Salmonella, Shigella, Yersinia, Vibrio) poden inxectar proteínas nas células eucarióticas. As concentracións baixas de Ca2+ no citosol abren a porta que regula os T3SS. Un destes mecanismos para detectar as concentracións baixas de calcio é exemplificado polo antíxeno lcrV (Low Calcium Response, Resposta ao Calcio Baixo) utilizado por Yersinia pestis, que se usa para detectar as concentracións baixas de calcio que causan o acoplamento de T3SS. O sistema Hrp de patóxenos de plantas inxecta harpinas por medio de mecanismos similares nas plantas. Este sistema de secreción foi descuberto en Yersinia pestis e mostrou que as toxinas poden inxectarse directamente desde o citoplasma bacteriano ao citoplasma da célula hóspede en lugar de seren segregadas ao medio extracelular.
Sistema de secreción de tipo IV (T4SS ou TFSS)
É homólogo da maquinaria de conxugación de bacterias (e flaxelos arqueanos). Ten a capacidade de transportar tanto ADN coma proteínas. Descubriuse en Agrobacterium tumefaciens, especie que usa este sistema para introducir a porción ADN-T do plásmido Ti na planta hóspede, o que á súa vez causa que a área afectada se desenvolva como un tumor. A especie Helicobacter pylori utiliza un sistema de secreción de tipo IV para enviar CagA ás células gástricas epiteliais, o cal está asociado coa carcinoxénese gástrica. Bordetella pertussis, o axente causante da tose ferina, segrega a toxina pertussis parcialmente a través do sistema tipo IV. A Legionella pneumophila, o axente causante da lexionelose (enfermidade do lexionario) utiliza un sistema de secreción tipo IVB, coñecido como sistema icm/dot (intracellular multiplication / deffect in organelle trafficking genes), para translocar numerosas proteínas efectoras ás súas células eucarióticas hóspedes. O sistema de secreción de tipo IVA prototípico é o complexo VirB de Agrobacterium tumefaciens. As proteínas membros desta familia son compoñentes do sistema de secreción de tipo IV. Median a transferencia intracelular de macromoléculas por medio dun mecanismo relacionado ancestralmente coa maquinaria de conxugación bacteriana.
Función
O sistema de secreción de tipo IV (T4SS) é o mecanismo máis xeral utilizado polas bacterias para segregar ou captar macromoléculas, pero o seu mecanismo preciso de funcionamento aínda non se coñece. O T4SS está codificado nos elementos conxugativos gramnegativos das bacterias. Trátase dun complexo que abrangue toda a envoltura celular ou, noutras palabras, é un complexo de 11-13 proteínas que forman un canal a través do cal o ADN e as proteínas poden viaxar desde o citoplasma da célula doante ao citoplasma da célula receptora. Ademais, o T4SS tamén segrega proteínas factores de virulencia directamente nas células hóspede, e pode captar ADN do medio durante a transformación bacteriana natural, o cal indica a versatilidade deste aparato de secreción macromolecular.
Estrutura
Como se mostra na figura superior, en particular o TraC consta dun conxunto de tres hélices e un apéndice globular solto.
Interaccións
O T4SS ten dúas proteínas efectoras: a ATS-1, que significa Anaplasma translocated substrate 1 (substrato 1 translocado de Anaplasma), e AnkA, que significa ankyrin repeat domain-containing protein A (proteína A que contén dominio de repetición de anquirina). Ademais, as proteínas de acoplamento do T4SS son as VirD4, que se unen a VirE2.
Sistema de secreción de tipo V (T5SS)
Tamén chamado sistema autotransportador. A secreción de tipo V implica o uso do sistema Sec para cruzar a membrana interna. As proteínas que usan esta vía teñen a capacidade de formar un barril beta cos seus extremos C-terminal inseridos na membrana externa, o que permite que o resto do péptido (o dominio pasaxeiro) atinxa o exterior da célula. A miúdo, os autotransportadores son clivados (cortados), deixando o dominio en barril beta na membrana externa e liberando o dominio pasaxeiro. Un exemplo común de autotransportador que utiliza este sistema de secreción son as adhesinas autotransportadoras triméricas (TAA).
Sistema de secreción de tipo VI (T6SS)
Os sistemas de secreción de tipo VI foron identificounos en 2006 o grupo de John Mekalanos na Escola Médica de Harvard (Boston, EEUU) en dous patóxenos bacterianos, Vibrio cholerae e Pseudomonas aeruginosa. Desde entón, os sistemas de secreción de tipo VI atopáronse na maioría dos xenomas de proteobacterias, incluíndo algunhas patóxenas de humanos, animais e plantas, e tamén nas bacterias do solo, medio ambiente e mariñas. Aínda que a maioría dos estudos recentes da secreción de tipo VI están enfocados ao seu papel na patoxénese de organismos superiores, estudos máis recentes suxiren un papel fisiolóxico máis amplo na defensa contra predadores eucarióticos simples e o seu papel nas interaccións entre bacterias. As agrupacións de xenes do sistema de secreción de tipo VI conteñen de 15 a máis de 20 xenes, dous dos cales, o Hcp e o VgrG, son substratos do sistema segregados case universalmente. A análise estrutural destes e doutras proteínas deste sistema indicaron que teñen unha gran semellanza coa espícula da cola do fago T4.
Liberación de vesículas da membrana externa
Ademais do uso dos complexos multiproteicos explicados antes, as bacterias gramnegativas posúen outro método para a liberación de materiais: a formación de vesículas na membrana externa. Evaxínanse porcións da membrana externa, formando estruturas esféricas constituídas por unha bicapa lipídica que encerra materiais periplásmicos. No contido das vesículas de varias especies bacterianas encontráronse factores de virulencia, algúns teñen efectos inmunomodulatorios, e outros poden adherirse directamente ás células hóspede e intoxicalas. Aínda que está demostrada a liberación de vesículas como unha resposta xeral ás condicións de estrés, o proceso de cargar as moléculas transportadas parece ser selectivo. Secreción en bacterias grampositivas
Nas bacterias grampositivas as proteínas que teñen os sinais diana N-terminais axeitados sintetízanse no citoplasma e despois diríxense a unha vía específica de transporte de proteínas. Durante ou moi pouco despois da súa translocación a través da membrana plasmática, a proteína procésase e prégase adoptando a súa forma activa. Despois a proteína translocada é retida no lado extracitoplasmático da célula ou liberada no medio externo. Como os péptidos sinal que serven para destinar unha proteína á membrana son determinantes chave para a especificidade da vía de transporte, estes péptidos sinal clasifícanse de acordo coa vía de transporte á cal se dirixen as proteínas. A clasificación dos péptidos sinal baséase no tipo de sinal peptidase (SPase) que é responsable de eliminar o péptido sinal. A maioría das proteínas de exportación expórtanse desde o citoplasma por medio da vía Secretora (Sec) xeral. A maioría dos factores de virulencia ben coñecidos (como por exemplo as exotoxinas de Staphylococcus aureus, o antíxeno protector de Bacillus anthracis, ou a listeriolisina O de Listeria monocytogenes) que segregan os patóxenos grampositivos teñen un péptido sinal N-terminal característico que os dirixe á vía Sec. As proteínas segregadas por esta vía translócanse a través da membrana plasmática en estado despregado. O subseguinte procesamento e pregamento destas proteínas ten lugar no ambiente da parede celular no lado trans da membrana. Nalgunhas especies de Staphylococcus e Streptococcus, o sistema secretor accesorio encárgase da exportación de glicoproteínas de adhesión altamente repetitivas. Ademais dos sistemas Sec e Sec accesorio, algunhas bacterias grampositivas conteñen o sistema Tat, que ten a capacidade de translocar proteínas pregadas a través da membrana. Isto é especialmente apropiado para proteínas que necesitan cofactores, como os grupos de ferro-xofre e a molibdopterina, que se incorporan no citoplasma. As bacterias patóxenas poden conter certos sistemas de exportación con propósitos especiais que están especificamente implicados no transporte de só unhas poucas proteínas. Por exemplo, identificáronse varias agrupacións de xenes en micobacterias que codifican proteínas que se segregan no medio exterior por medio de vías específicas (ESAT-6) e son importantes para a patoxénese microbiana. Transportadores do casete de unión ao ATP (ABC) específicos dirixen a exportación e procesamento de pequenos péptidos antibacterianos chamados bacteriocinas. Os xenes para as endolisinas que son responsables do comezo da lise bacteriana están a miúdo localizados preto dos xenes que codifican as proteínas de tipo holina, o que suxire que estas holinas son responsables da exportación de endolisinas á parede celular.