¿Cómo reubican las células las proteínas transmembrana de un lado de la célula al otro? ¿Es posible?

La descomposición y reensamblaje de proteínas es un proceso ubicuo dentro de las células, y sí, esto es costoso, pero el transporte también lo es, y el reciclaje tiene el beneficio adicional de tratar con proteínas que se doblan incorrectamente o se dañan de otra manera, además de permitir la transcripción y traducción a regular los niveles generales de proteína. La revisión de Toyoma & Hetzer 2013 (consulte las referencias a continuación) cita estimaciones de la vida media media de la proteína en una célula de mamífero que no se divide en aproximadamente 43 horas, aunque analiza algunas excepciones que duran mucho más.

Sin embargo, es posible reubicar proteínas transmembrana a través de vesículas.

Esencialmente de la misma manera en que las proteínas se colocan en la membrana plasmática en primer lugar, pero a la inversa. La endocitosis a menudo se enseña como una forma en que las células (a menudo se usan los macrófagos como ejemplo) toman materiales del mundo exterior, pero es igualmente aplicable a la internalización de trozos de membrana. Nature tiene un 'enfoque web' completo en las revisiones de entocitosis.

Una situación en la que esto sucede es en la plasticidad sináptica; Los receptores pueden internalizarse o traficarse a la membrana para disminuir o aumentar la potencia de esa sinapsis, respectivamente (ver Carroll et al., 2001), pero procesos similares ocurren en todas partes (y algunas proteínas constantemente van y vienen; ver Trowbridge et al. . 1993 para una revisión más general, aunque un poco anticuada).

Sin embargo, para su pregunta específica, no conozco específicamente ejemplos en los que las proteínas transmembrana se ciclen literalmente de un lado del citosol al otro. Puede haber ejemplos de los que no estoy al tanto, pero entiendo que es más típico pensar en un "almacén" de ciertas proteínas en los endosomas, desde donde pueden ser traficadas a la membrana y reinsertadas a través de la exocitosis. Probablemente, algunos serán transportados de un lugar a otro, pero no tanto de forma escalonada.

Toyama, BH y Hetzer, MW (2013). Homeostasis de proteínas: vive mucho, no prosperará. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 14(1), 55.

Carroll, RC, Beattie, EC, von Zastrow, M. y Malenka, RC (2001). Papel de la endocitosis del receptor AMPA en la plasticidad sináptica. Nature Reviews Neurociencia, 2(5), 315.

Trowbridge, IS, Collawn, JF y Hopkins, CR (1993). Tráfico de proteínas de membrana dependiente de la señal en la vía endocítica. Revisión anual de biología celular, 9(1), 129-161.

Las proteínas transmembrana pueden moverse lateralmente a través de la membrana plasmática (ver modelo de mosaico fluido ) y este movimiento puede dirigirse activamente a lo largo del citoesqueleto . El siguiente artículo es el ejemplo más destacado que encontré de proteínas transmembrana que se mueven de un lado de la célula al otro:

Moss WC, Irvine DJ, Davis MM, Krummel MF. 2002. Cuantificación de la reorientación inducida por señalización de los receptores de células T durante la formación de sinapsis inmunológica. PNAS 99(23):15024-15029.

El reconocimiento productivo de células T de células presentadoras de antígenos (APC) normalmente se acompaña de la formación de un contacto célula-célula llamado "sinapsis inmunológica". ... Los receptores de células T se reclutan en masa dentro del primer minuto después del inicio de la activación...

La siguiente figura, adaptada del artículo, muestra el movimiento transcurrido en el tiempo de CD3 marcado con GFP (es decir, fluorescentemente) , que es parte del complejo receptor de células T transmembrana, durante la formación de sinapsis con una APC:

El tiempo es en minutos y se pone a cero en el primer contacto entre las dos células. He puesto un punto rojo en la célula T y uno azul en el APC en las imágenes DIC (paneles izquierdos); Esperemos que eso resulte más informativo que molesto. Los paneles de la derecha muestran la fluorescencia de GFP y, por lo tanto, la localización de CD3. A medida que pasa el tiempo, el CD3 se reubica de una parte de la membrana a otra (la sinapsis). Supuestamente hay un video de esto en la información complementaria del artículo, aunque no pude abrirlo.

La velocidad y la direccionalidad del movimiento implican que se está produciendo un proceso activo, en lugar de una simple difusión. Sin embargo, no encontraron el mecanismo real para el movimiento y no he encontrado ningún artículo de seguimiento en una búsqueda breve (aunque muchos artículos posteriores implican al citoesqueleto en este movimiento). Solo para mostrar que el movimiento de las proteínas transmembrana puede, de hecho, ser dirigido activamente por el citoesqueleto, lo remito a este artículo:

Grabham PW, Foley M, Umeojiako A, Goldberg DJ. 2000. El factor de crecimiento nervioso estimula el acoplamiento de la integrina beta1 a distintos mecanismos de transporte en los filopodios de los conos de crecimiento. J Cell Sci 113:3003-3012.

Muestran que las integrinas que atraviesan la membrana se mueven a lo largo de los filamentos de actina del citoesqueleto por las proteínas motoras de miosina . Como era de esperar, el resumen hace un buen trabajo al resumir el documento:

El ciclo de los receptores de membrana para las proteínas unidas al sustrato a través de su interacción con el citoesqueleto de actina en el borde de ataque de los conos de crecimiento y otras células móviles es importante para el crecimiento de neuritas y la migración celular. El receptor entregado al borde de ataque se une a su ligando, lo que induce el acoplamiento del receptor a una red de filamentos de actina que fluye hacia atrás. Se cree que este acoplamiento facilita el avance... [T]ransporte dependía de un citoesqueleto de actina intacto y miosina ATPasa...