INTRODUCCIÓN AL CURSO DE INMUNOLOGÍA GENERAL

Dr. Fernando García Tamayo

CAPÍTULO 5. ENDOCITOSIS, FAGOCITOSIS Y AUTOFAGIA

DEFINICIONES

LA ENDOCITOSIS ES UN PROCESO POR EL CUAL UNA SUSTANCIA PASA DEL EXTERIOR AL INTERIOR DE UNA CÉLULA, SIN ATRAVESAR SU MEMBRANA. LA ENDOCITOSIS SE PUEDE LLEVAR A CABO A TRAVÉS DE DOS MECANISMOS : (1) PINOCITOSIS Y (2) FAGOCITOSIS.

LA PINOCITOSIS. ESTA PRIMERA FORMA DE ENDOCITOSIS ES UTILIZADA POR TODAS LAS CÉLULAS DEL CUERPO PARA ALIMENTARSE. POR LA PINOCITOSIS LAS CÉLULAS ENDOCITAN LOS NUTRIENTES QUE SE ENCUENTRAN SOLUBLES EN EL MEDIO EXTERNO QUE LAS RODEA. LA PINOCITOSIS SE PUEDE LLEVAR A CABO A TRAVÉS DE (1) INVAGINACIÓN DE LA MEMBRANA Y (2) FUSIÓN DE MEMBRANA QUE SE HA INVAGINADO.

LA FAGOCITOSIS. ES OTRA FORMA DE ENDOCITOSIS, POR MEDIO DE LA CUAL LA CÈLULA ENDOCITA UNA SUSTANCIA INSOLUBLE EN AGUA (BACTERIAS O RESTOS CELULARES, P.EJ.). LA CÈLULA PUEDE ENDOCITAR ESTAS SUSTANCIAS PARTICULADAS MEDIANTE LA EMISIÓN DE PSEUDÓPODOS Y LA FUSIÓN DE LA MEMBRANA. UNA VEZ EN EL CITOPLASMA, EL MATERIAL FAGOCITADO QUEDA DENTRO DE UNA VACUOLA QUE SE LLAMA FAGOSOMA.

SOLAMENTE EXISTEN DOS CLASES DE CÉLULAS QUE FAGOCITAN. ESAS CÉLULAS SE DISTINGUEN PORQUE TIENEN NÚCLEOS DIFERENTES. (1) LOS FAGOCITOS MONONUCLEARES, COMO LOS MACRÓFAGOS Y LAS CÉLULAS DENDRÍTICAS Y (2) LOS FAGOCITOS POLIMORFONUCLEARES COMO LOS NEUTRÓFILOS, BASÓFILOS Y EOSINÓFILOS.

LA AUTOFAGIA. ES UNA ESPECIE DE CANIBALISMO CELULAR. ES UN MECANISMO POR EL CUAL LA CÉLULA ENCIERRA EN UNA VACUOLA UNA PARTE DE SU PROPIO CITOPLASMA Y POSTERIORMENTE LO DIGIERE CON LAS ENZIMAS DE LOS LISOSOMAS. DE ESTE MODO RECICLA UNA PARTE DE SU CITOPLASMA, OBTIENE NUTRIENTES O ELIMINA ORGANELAS DAÑADAS.

EL FAGOSOMA ES LA VACUOLA CITOPLÁSMICA QUE CONTIENE EL MATERIAL ENDOCITADO O FAGOCITADO. UNA VEZ FORMADO EL FAGOSOMA, ES RODEADO POR LOS LISOSOMAS, QUE SON OTRAS VACUOLAS PEQUEÑAS QUE CONTIENEN UNA GRAN CANTIDAD DE ENZIMAS. LOS LISOSOMAS SE UNEN AL FAGOSOMA, VIERTEN SUS ENZIMAS AL INTERIOR Y TERMINAN POR FORMAR UNA SOLA VACUOLA QUE SE LLAMA FAGOLISOSOMA, EN CUYO INTERIOR LAS HIDROLASAS

LLEVAN A CABO LA DIGESTION ENZIMÁTICA DEL MATERIAL ENDOCITADO, A UN pH ÁCIDO APROXIMADO DE 4-5.

SE CONOCEN APROXIMADAMENTE 40 ENZIMAS LISOSÓMICAS, TODAS ELLAS HIDROLÍTICAS, COMO PROTEASAS, NUCLEASAS, GLUCOSIDASAS, LIPASAS, FOSFOLIPASAS, FOSFATASAS Y SULFATASAS.

DESPUÉS DE SU DIGESTIÓN ENZIMÁTICA DENTRO DEL FAGOLISOSOMA, EL MATERIAL FAGOCITADO TIENE VARIOS DESTINOS. (1) PUEDE SER RECICLADO Y UTILIZADO EN LA SÍNTESIS DE NUEVAS MOLÉCULAS, (2) PUEDE UNIRSE A MOLÉCULAS DEL MHC, LLEVADO A LA MEMBRANA Y “PRESENTADO” COMO UN ANTÍGENO PARA QUE LO RECONOZCAN LOS LINFOCITOS, (3) PUEDE SER UTILIZADO COMO UN NUTRIENTE Y (4) SUS RESIDUOS PUEDEN SER ELIMINADOS POR EXOCITOSIS COMO DESECHOS

ASÍ COMO LA PINOCITOSIS ES FUNDAMENTALMENTE UN PROCESO NUTRITIVO QUE LLEVAN A CABO TODAS LAS CÉLULAS PARA ALIMENTARSE, LA FAGOCITOSIS ES FUNDAMENTALMENTE UN PROCESO DEFENSIVO QUE SOLAMENTE INICIAN LOS FAGOCITOS PARA ELIMINAR MICROORGANISMOS Y SUSTANCIAS PERJUDICIALES.

FACILITACIÓN DE LA FAGOCITOSIS.

EN ALGUNOS CASOS LA FAGOCITOSIS PUEDE ESTÁR FACILITADA PORQUE EL FAGOCITO EXPRESA SOBRE SU MEMBRANA DIVERSOS RECEPTORES QUE SE UNEN AL MATERIAL QUE VA A SER ENDOCITADO.

ENTRE LOS RECEPTORES MÁS CONOCIDOS QUE FACILITAN LA FAGOCITOSIS ESTÁN : (1) RECEPTOR PARA MANOSA, (2) RECEPTOR PARA GLUCANOS, (3) RECEPTOR PARECIDO A TOLL (TLR), (4) RECEPTOR PARA LPS (CD14), (5) RECEPTOR BASURERO QUE SE UNE A DIFERENTES CLASES DE MOLÉCULAS, (6) RECEPTOR PARA EL FRAGMENTO Fc DE LOS ANTICUERPOS, (7) RECEPTOR PARA SUBCOMPONENTES DEL SISTEMA COMPLEMENTO.

ADEMÁS DE TENER RECEPTORES QUE SE UNEN AL MATERIAL QUE VA A SER ENDOCITADO, LOS FAGOCITOS TAMBIÉN TIENEN OTROS RECEPTORES PARA HORMONAS Y NEUROTRANSMISORES. ESTAS MOLÉCULAS MODULAN LA FAGOCITOSIS Y PUEDEN ACTUAR ESTIMULANDO O INHIBIENDO LA ACTIVIDAD DE LOS FAGOCITOS. ES DECIR, SU CAPACIDAD PARA ENDOCITAR, SINTETIZAR HIDROLASAS, PRESENTAR ANTÍGENOS, PRODUCIR CITOCINAS, PROTAGLANDINAS Y RADICALES LIBRES, METABOLIZAR EL OXÍGENO Y GENERAR RADICALES LIBRES, ETC.

LOS NEUROTRANSMISORES DEL SISTEMA NERVIOSO PUEDEN INFLUIR PARA AUMENTAR (COMO ES EL CASO DE LA HISTAMINA, EL GLUTAMATO, ETC.) O

DEPRIMIR (COMO ES EL CASO DEL GABA Y LA ACETILCOLINA) LAS ACTIVIDADES DE LOS FAGOCITOS.

LA LIBERACIÓN DE ACETILCOLINA POR EL NERVIO VAGO REDUCE LA ACTIVIDAD INFLAMATORIA DEL MACRÓFAGO. EL MISMO EFECTO TIENE LA LIBERACIÓN DEL ÁCIDO GAMMA-AMINOBUTÍTICO (GABA) POR LAS NEURONAS GABAÉRGICAS.

LAS HORMONAS TAMBIÉN MODULAN LA FAGOCITOSIS, YA QUE UNAS ESTIMULAN O FACILITAN (COMO LA TIROSINA Y LA MELATONINA) MIENTRAS OTRAS INHIBEN (COMO LOS ESTRÓGENOS, LA ADRENALINA Y LOS GLUCOCORTICOIDES).

LA MELATONINA ES UNA HORMONA CUYA SÍNTESIS AUMENTA CON LA OSCURIDAD. ES PRODUCIDA POR LA GLÁNDULA PINEAL, PERO TAMBIÉN EN LAS CÉLULAS DE MUCHOS OTROS TEJIDOS QUE NO PERTENECEN AL SISTEMA ENDOCRINO. LA MELATONINA ESTIMULA LA FAGOCITOSIS PERO TAMBIÉN TIENE UN POTENTE EFECTO ANTI-OXIDANTE, COMO NEUTRALIZADOR DE RADICALES LIBRES Y POTENCIADOR DE LAS ENZIMAS ANTI-OXIDANTES (CATALASAS Y SUPERÓXIDO DISMUTASAS).

LAS ETAPAS DE LA FAGOCITOSIS.

LA ENDOCITOSIS DE MATERIAL PARTICULADO Y SU DIGESTION ENZIMÁTICA, SE PUEDE DIVIDIR ARBITRARIAMENTE EN VARIAS ETAPAS.

PRIMERA (1) DEBE OCURRIR LA APROXIMACIÓN DE LA CÉLULA FAGOCÍTICA AL SITIO DE UNA INFECCIÓN O DE UN TEJIDO DAÑADO, EN DONDE EXISTEN MICROORGANISMOS O CÉLULAS MUERTAS QUE ES NECESARIO ELIMINAR. ESA APROXIMACIÓN SE LLEVA A CABO CON LA AYUDA DE LOS FACTORES QUIMIOTÁCTICOS QUE ESTIMULAN EL METABOLISMO DEL FAGOCITO Y LO ATRAEN AL HACIA EL SITIO DONDE SE NECESITAN SUS FUNCIONES.

SEGUNDA (2) SE DEBE ESTABLECER UN CONTACTO ENTRE LA MEMBRANA DEL FAGOCITO Y EL MATERIAL FAGOCITABLE, EL CUAL PUEDE O NO ESTAR UNIDO A OPSONINAS O SEA MOLÉCULAS QUE FACILITAN LA FAGOCITOSIS. ESAS OPSONINAS PUEDEN SER ANTICUERPOS, FRAGMENTOS DEL SISTEMA COMPLEMENTO, LECTINAS, ETC.

TERCERA (3) SE DEBEN FORMAR PSEUDÓPODOS EN LA MEMBRANA DEL FAGOCITO Y ESAS PROLOGACIONES DEL CITOPLASMA SE DEBEN APROXIMAR HASTA UNIRSE EN SUS EXTREMOS.

CUARTA (4) EL RESULTADO ES LA APARICIÓN DE UNA VACUOLA QUE SE LLAMA FAGOSOMA Y QUE CONTIENE UNA PARTE DE LA MEMBRANA Y SUS

ESTRUCTURAS (RECEPTORES) ASÍ COMO EL MATERIAL PARTICULADO QUE HA SIDO FAGOCITADO JUNTO CON SUS OPSONINAS.

QUINTA (5) OTRAS VACUOLAS PEQUEÑAS LLAMADAS LISOSOMAS, QUE ESTÁN LLENAS DE ENZIMAS PRINCIPALMENTE HIDROLASAS, SE ACERCA AL FAGOSOMA Y AL UNIRSE LAS DOS ESTRUCTURAS SE FORMA EL FAGOLISOSOMA, EL CUAL CONTIENE LAS ENZIMAS Y EL MATERIAL QUE HA SIDO FAGOCITADO.

SEXTA (6) DENTRO DEL FAGOLISOSOMA, CON UN pH ÁCIDO, COMIENZA LA DIGESTIÓN ENZIMÁTICA DEL MATERIAL FAGOCITADO, HASTA QUE QUEDA REDUCIDO A RESIDUOS DE PEQUEÑOS PÉPTIDOS.

SEPTIMA (7) EL DESTINO METABÓLICO DE ESOS RESIDUOS PUEDE SER SU RECICLAMIENTO, SU PRESENTACIÓN EN LA MEMBRANA COMO ANTÍGENOS QUE ESTIMULAN LINFOCITOS O SU EXOCITOSIS HACIA EL EXTERIOR.

EL TRANSPORTE DEL MATERIAL FAGOCITADO.

PARA PODER CAMBIAR SU POSICIÓN EN EL CITOPLASMA, LOS FAGOSOMAS QUE CONTIENEN EL MATERIAL ENDOCITADO, UNEN SUS MEMBRANAS A UNA SERIE DE PROTEÍNAS ADAPTADORAS QUE FACILITAN EL TRANSPORTE. LA CLATRINA ES UNA DE ESAS PROTEÍNAS ADAPTADORAS QUE ESTÁN ASOCIADAS A LA MEMBRANA Y QUE SE UTILIZAN PARA EL TRANSPORTE DE LAS VACUOLAS. AL FIN Y AL CABO, LA VACUOLA ESTÁ FORMADA POR UN FRAGMENTO DE LA MEMBRANA DE LA CÉLULA.

LA CLATRINA ESTÁ COMPUESTA POR 3 CADENAS DE PÉPTIDOS PESADOS (180 KD) Y 3 CADENAS DE PÉPTIDOS LIVIANOS (34 Y 36 KD) QUE SE UNEN PARA FORMAR UNA ESPECIE DE CESTA ALREDEDOR DE LAS VACUOLAS (FAGOSOMAS).

SE HA CALCULADO QUE, DESPUES DE ENDOCITAR MOLÉCULAS SOLUBLES, POR PINOCITOSIS, UNA CÉLULA PUEDE FORMAR CADA MINUTO APROXIMADAMENTE 2,500 VACUOLAS Y CADA UNA DE ELLAS TIENE UNA PORCIÓN DE LA MEMBRANA CELULAR Y ESTÁ CUBIERTA DE CLATRINAS.

EL CALCULO ANTERIOR IMPLICA QUE, CADA MINUTO, UNA CÉLULA QUE ENDOCITA POR PINOCITOSIS “RECICLA” 3% DE SU PROPIA MEMBRANA. LO CUAL SIGNIFICA QUE RECICLA APROXIMADAMENTE, EL 100% DE SU MEMBRANA CADA HORA.

YA SE MENCIONÓ QUE LA FAGOCITOSIS DE PARTÍCULAS ESTÁ FACILITADA POR LAS OPSONINAS. ÉSTAS SON MOLÉCULAS QUE SE UNEN A LA MEMBRANA DEL FAGOCITO PARA FACILITAR LA ENDOCITOSIS DE BACTERIAS Y MACROMOLÉCULAS.

LAS PRINCIPALES OPSONINAS SON : (1) LOS ANTICUERPOS, (2) LOS COMPONENTES DEL SISTEMA COMPLEMENTO Y (3) LAS COLECTINAS.

LA UNIÓN DE LAS OPSONINAS A SUS RECEPTORES IMPLICA LA ACTIVACIÓN DE VARIAS VÍAS DE SEÑALIZACIÓN Y EL CONSIGUIENTE AUMENTO EN EL METABOLISMO DE LA CÉLULA, PARA DIVIDIRSE, FAGOCITAR, MORIR POR APOPTOSIS, AUMENTAR SU PRODUCCIÓN DE CITOCINAS, ETC.

DESPUÉS QUE LAS CÉLULAS HAN FAGOCITADO COMO UN MECANISMO DEFENSIVO, EL PASO SIGUIENTE ES MATAR AL MICROORGANISMO QUE HA QUEDADO DENTRO DEL FAGOSOMA E INICIAR LA DIGESTIÓN ENZIMÁTICA DE SUS RESTOS.

LOS FAGOCITOS POSEEN VARIOS MECANISMOS BACTERICIDAS. LOS MÁS IMPORTANTES SON : (1) LOS QUE ACIDIFICAN EL INTERIOR DEL FAGOSOMA, (2) LAS ESPECIES DE OXÍGENO REACTIVO, (3) EL ÓXIDO NÍTRICO, (4) LOS PÉPTIDOS ANTIMICROBIANOS COMO LAS DEFENSINAS, (6) LAS ENZIMAS COMO LAS LISOZIMAS Y (7) LAS SUSTANCIAS COMPETITIVAS COMO LA FERRITINA.

EL ÓXIDO NÍTRICO QUE PRODUCEN LOS FAGOCITOS ES UN GAS BACTERICIDA QUE PROVOCA LA MUERTE DE LOS MICROORGANISMOS FAGOCITADOS. SIN EMBARGO, ESE MISMO GAS ES UN MODULADOR FISIOLÓGICO MUY IMPORTANTE DE VARIAS ACTIVIDADES BIOLÓGICAS COMO LA VASODILATACIÓN, LA NEUROTRANSMISIÓN Y LAS RESPUESTAS ANTI-INFLAMATORIAS.

PRINCIPALES ACCIONES ANTI-INFLAMATORIAS DEL OXIDO NÍTRICO.

(1) REDUCE LIBERACIÓN DE HISTAMINA POR CÉLULAS CEBADAS,

(2) DISMINUYE EXPRESIÓN DE SELECTINA POR ENDOTELIO,

(3) DISMINUYE PRODUCCIÓN DE TNF POR MACRÓFAGOS,

(4) INHIBE ACTIVIDAD PRO-INFLAMATORIA DE PLAQUETAS,

(5) DISMINUYE ADHERENCIA DE LEUCOCITOS PMN.

TAMBIEN LOS NEUROTRANSMISORES INHIBIDORES DEL SISTEMA NERVIOSO TIENEN UN EFECTO MODULADOR SOBRE LOS FAGOCITOS. LOS PRINCIPALES NEUROTRANSMISORES INHIBIDORES SON LA ACETILCOLINA, EL GABA Y EL ÓXIDO NÍTRICO. ACTÚAN COMO ANTI-INFLAMATORIOS.

ESOS INHIBIDORES FISIOLÓGICOS IMPIDEN QUE LA ACTIVIDAD PRO-INFLAMATORIA DE LOS FAGOCITOS DAÑE TEJIDO SANO QUE RODEA EL SITIO DE UNA INFECCIÓN.

POR LO GENERAL, LA FAGOCITOSIS DE MICROORGANISMOS IMPLICA UN AUMENTO DEL METABOLISMO DE LA CÉLULA Y LA LIBERACIÓN DE SUSTANCIAS QUE SON PRO-INFLAMATORIAS. EN CAMBIO, LA FAGOCITOSIS DE UNA CÉLULA APOPTÓTICA AUMENTA LA LIBERACIÓN DE MOLÉCULAS ANTI-INFLAMATORIAS Y UNA DISMINUCIÓN DE LAS MOLÉCULAS PRO-INFLAMATORIAS.

AUTOFAGIA. LOS FAGOCITOS TAMBIÉN PUEDEN ENDOCITARSE A SI MISMOS Y ESE PROCESO SE DENOMINA AUTOFAGIA. LOS FAGOCITOS PUEDEN FORMAR FAGOSOMAS (FAGOPOROS) EN SU CITOPLASMA Y ENCERRAR EN ELLOS UNA PARTE DE SUS COMPONENTES INCLUYENDO ORGANELAS.

ESTE AUTO-CANIBALISMO TIENE COMO FINALIDAD SECUESTRAR Y DIGERIR UNA PARTE DEL CITOPLASMA PORQUE (1) LAS MITOCONDRIAS ESTÁN DAÑADAS, (2) NO HAY NUTRIENTES O (3) EN EL CITOPLASMA HAN QUEDADO MICROORGANISMOS VIVOS. SIN EMBARGO, LA AUTOFAGIA TAMBIÉN PUEDE SER UN MECANISMO DEFENSIVO.

A UNA TASA BASAL, LA AUTOFAGIA ES UN MECANISMO DEFENSIVO QUE TIENEN TODAS LAS CÉLULAS NORMALES. SIN EMBARGO, PUEDE SER UNA NAVAJA CON DOS FILOS. ASÍ POR EJEMPLO, UNA CÉLULA CANCEROSA QUE ESTÁ AL BORDE DE LA MUERTE POR LA QUIMIOTERAPIA, PUEDE SOBREVIVIR GRACIAS A LA AUTOFAGIA. EN CAMBIO, A UNA TASA ELEVADA, LA AUTOFAGIA PUEDE PROVOCAR LA MUERTE DE LA CÉLULA NO CANCEROSA.

LA MUERTE CELULAR POR AUTOFAGIA ES DIFERENTE A LA MUERTE CELULAR POR APOPTOSIS. PERO EN LOS DOS CASOS, POR APOPTOSIS O POR AUTOFAGIA, LA MUERTE CELULAR SE CARACTERIZA POR LA FALTA DE UNA RESPUESTA INFLAMATORIA.