Cisterna

Una cisterna ( pl.: cisternas ) es una vesícula membranosa aplanada que se encuentra en el retículo endoplasmático y el aparato de Golgi . ^{[ 1 ]} Las cisternas son una parte integral de los procesos de empaquetamiento y modificación de proteínas que ocurren en el aparato de Golgi. ^{[ 2 ]}

Las proteínas comienzan en el lado cis del Golgi (el lado que mira al RE) y salen por el lado trans (el lado que mira a la membrana plasmática). ^{[ 2 ]} A lo largo de su recorrido en las cisternas, las proteínas se empaquetan y se modifican para su transporte por toda la célula. ^{[ 2 ]} El número de cisternas en la pila de Golgi depende del organismo y del tipo de célula. ^{[ 3 ]} La estructura, composición y función de cada una de las cisternas pueden ser diferentes dentro de la pila de Golgi. Estas diferentes variaciones de las cisternas de Golgi se clasifican en tres grupos: red cis de Golgi, red medial de Golgi y red trans de Golgi. ^{[ 2 ]} La red cis de Golgi es el primer paso en la estructura cisternal de una proteína que se está empaquetando, mientras que la red trans de Golgi es el último paso en la estructura cisternal cuando la vesícula se está transfiriendo al lisosoma , a la superficie celular o a la vesícula secretora . Las cisternas están formadas por el citoesqueleto de la célula a través de una bicapa lipídica. ^{[ 4 ]} Las modificaciones postraduccionales, como la glicosilación, la fosforilación y la escisión, ocurren en el aparato de Golgi y, a medida que las proteínas viajan a través de él, pasan por las cisternas, lo que permite la creación de canales iónicos funcionales debido a estas modificaciones. ^{[ 5 ]} Cada clase de cisternas contiene diversas enzimas utilizadas en las modificaciones de proteínas. ^{[ 2 ]} Estas enzimas ayudan al aparato de Golgi en la glicosilación y fosforilación de proteínas, así como median modificaciones de señales para dirigir las proteínas a su destino final. ^{[ 2 ]} Los defectos en las enzimas cisternales pueden causar defectos congénitos, incluyendo algunas formas de distrofia muscular, fibrosis quística, cáncer y diabetes. ^{[ 2 ]}

La red trans-Golgi es una parte importante del aparato de Golgi. Se localiza en la cara trans del aparato de Golgi y está formada por cisternas. Las cisternas desempeñan un papel crucial en las funciones de empaquetamiento, modificación y transporte para la célula en su conjunto. Las proteínas y los polisacáridos que se procesan en las cisternas se envían posteriormente a sus ubicaciones específicas. ^{[ 3 ]}

Existen varios tipos de cisternas que se pueden reconocer por sus diferencias morfológicas. Estas diferencias incluyen enzimas relacionadas con la glicosilación que se han identificado en cisternas ubicadas en distintas regiones del aparato de Golgi. Esta diferencia en la localización de las enzimas a lo largo de las cisternas puede contribuir al funcionamiento del Golgi regulando el pH, las concentraciones de iones y las cantidades de sustrato necesarias. Esto también asegura que las reacciones se produzcan en los lugares correctos dentro del Golgi y que las proteínas no sufran modificaciones incorrectas si se encuentran en una ubicación inadecuada. ^{[ 3 ]}

La red cis del aparato de Golgi constituye el primer paso en la estructura cisternal de una proteína durante su empaquetamiento, mientras que la red trans del aparato de Golgi representa el último paso en dicha estructura cuando la vesícula se transfiere al lisosoma, la superficie celular o la vesícula secretora. En las cisternas mediales se eliminan el residuo de manosa y el exceso de N-acetilglucosamina.

El aparato de Golgi desempeña un papel fundamental en la modificación de proteínas mediante la glicosilación , en particular la glicosilación N -ligada , un proceso crucial para el correcto plegamiento, estabilidad y función de muchas proteínas secretoras y unidas a la membrana. ^{[ 6 ]} La glicosilación N -ligada implica la unión de oligosacáridos al átomo de nitrógeno de los residuos de asparagina en las proteínas. Estos oligosacáridos están compuestos por diversas unidades de azúcar, como N-acetilglucosamina (GlcNAc), manosa (Man), galactosa (Gal) y N-acetilneuraminato (NANA, también conocido como ácido siálico). Estas estructuras glicosiladas son esenciales para la correcta función de las proteínas, influyendo en las interacciones celulares, el tráfico de proteínas y el reconocimiento inmunitario. ^{[ 7 ]}

La glicosilación N -ligada comienza en el retículo endoplasmático rugoso (RE), donde se sintetiza un oligosacárido precursor sobre un transportador lipídico llamado dolicol. El precursor consta de una estructura central formada por dos residuos de N-acetilglucosamina (GlcNAc), nueve residuos de manosa (Man) y tres residuos de glucosa (Glc). ^{[ 7 ]} El precursor se transfiere al residuo de asparagina de la proteína tan pronto como esta ingresa al lumen del RE. La unión del oligosacárido a la asparagina es catalizada por la enzima oligosacariltransferasa. ^{[ 8 ]}

Una vez que la proteína glicosilada ingresa al RE, se produce un procesamiento adicional del oligosacárido. Tres enzimas específicas desempeñan funciones clave en esta etapa inicial de la glicosilación. Primero, la glucosidasa I elimina un residuo de glucosa del oligosacárido. Luego, la glucosidasa II elimina dos residuos de glucosa más, dejando un oligosacárido central unido a la proteína. Finalmente, una enzima mannosidasa elimina un residuo de manosa. ^{[ 7 ]} Después de este recorte inicial, el oligosacárido está listo para pasar del RE al aparato de Golgi para modificaciones más elaboradas.

En el aparato de Golgi, se produce un mayor recorte y adición de residuos de azúcar, en particular la eliminación de manosa y la adición de diversos azúcares como GlcNAc , galactosa (Gal) y ácido siálico (NANA). Las manosidasas I y II del Golgi eliminan residuos de manosa adicionales del oligosacárido, refinando aún más su estructura. La transferasa de GlcNAc añade residuos de GlcNAc a la cadena de oligosacáridos en crecimiento mediante la transferencia de GlcNAc desde UDP-GlcNAc. En el Golgi medial, el oligosacárido sufre más modificaciones, incluyendo la adición de dos unidades de GlcNAc, tres residuos de Gal y, finalmente, tres residuos de ácido siálico (NANA) en la red trans del Golgi. ^{[ 7 ]}

Cada compartimento del Golgi desempeña un papel distinto en la glicosilación y el procesamiento de proteínas. La red cis-Golgi participa en la fosforilación de oligosacáridos en proteínas lisosomales, una modificación que ayuda a dirigir las proteínas a los lisosomas. El Golgi medial es el sitio de reacciones importantes como el recorte de manosa y la adición de GlcNAc, que es esencial para la formación de estructuras de glicanos complejas. En el Golgi trans, se añade galactosa al oligosacárido, refinando aún más la estructura del glicano. La red trans-Golgi es responsable de la adición de ácido siálico (NANA) y de la clasificación de proteínas en vesículas destinadas a los lisosomas o a la secreción . ^{[ 7 ]} Estas modificaciones y clasificaciones especializadas son cruciales para la funcionalidad de las proteínas y sus destinos celulares posteriores.

La organización de los compartimentos del aparato de Golgi en cisternas —pilas de estructuras delimitadas por membranas— garantiza la correcta localización de las enzimas en cada región, facilitando la modificación secuencial y altamente regulada de los oligosacáridos. El aparato de Golgi desempeña un papel fundamental en la glicosilación N -ligada, un proceso que comienza en el retículo endoplasmático y se completa en el Golgi. Mediante el recorte y la adición secuenciales de azúcares como la N-acetilglucosamina (GlcNAc), la manosa, la galactosa y el ácido siálico, el Golgi asegura que las proteínas se modifiquen adecuadamente para sus funciones finales. Las distintas regiones del Golgi, desde el cis-Golgi hasta la red trans-Golgi, trabajan en conjunto para facilitar la modificación y clasificación precisas de las glicoproteínas, esenciales para una amplia gama de funciones celulares.

La vía secretora es esencial para la clasificación, el empaquetamiento y el transporte de proteínas a sus destinos celulares correctos. Comienza en el retículo endoplasmático rugoso (RE), donde las proteínas se sintetizan y se clasifican inicialmente en vesículas para su transporte. Estas vesículas se desplazan luego al aparato de Golgi, donde se procesan y se dirigen a sus destinos finales, como la membrana plasmática, los endosomas o los lisosomas.

El primer paso en la vía secretora es la formación de vesículas de transporte en el RE. Estas vesículas están recubiertas por COPII , un complejo proteico esencial para la gemación desde el RE. Las cubiertas de COPII constan de la pequeña proteína de unión a GTP Sar1 y dos complejos adicionales: Sec23/Sec24 y Sec13/Sec31. Estas proteínas de la cubierta interactúan con las proteínas de carga de la membrana, asegurando que las proteínas correctas se empaqueten en las vesículas. Posteriormente, las vesículas se mueven hacia la red cis-Golgi, donde ingresan mediante el transporte mediado por COPII. ^{[ 7 ]}

La vía secretora también requiere transporte retrógrado para mantener la función celular. Muchas proteínas residentes del RE poseen señales de clasificación específicas que las dirigen a permanecer en el RE o a regresar del Golgi si se clasifican incorrectamente. Esto se logra mediante vesículas recubiertas de COPI , que transportan estas proteínas de vuelta al RE desde el Golgi en un proceso denominado tráfico retrógrado. Las vesículas de COPI también desempeñan un papel fundamental en el movimiento de enzimas residentes del Golgi entre sus diferentes compartimentos, asegurando que cada compartimento contenga las enzimas necesarias para la correcta modificación de las proteínas de carga. ^{[ 7 ]}

Una vez que las vesículas llegan al Golgi, sufren modificaciones adicionales, incluyendo glicosilación y procesamiento proteolítico. ^{[ 7 ]} Las proteínas de carga se mueven a través de los compartimentos del Golgi (cis, medial y trans) mediante transporte vesicular o maduración cisternal. El transporte vesicular sugiere que las cisternas del Golgi permanecen estáticas mientras las vesículas transportan la carga entre los compartimentos. En contraste, la maduración cisternal plantea que las propias cisternas del Golgi maduran a medida que las enzimas y la carga se mueven progresivamente a través del apilamiento, mientras que las cisternas intercambian enzimas retrógradamente mediante vesículas COPI. ^{[ 6 ]}

En la red trans-Golgi, las proteínas de carga se clasifican en diferentes vesículas para su entrega a sus destinos finales. En el caso de las proteínas lisosomales, se produce una modificación crucial: la adición de residuos de manosa-6-fosfato (M6P) en el cis-Golgi. Estas etiquetas M6P son reconocidas por los receptores de M6P en la membrana trans-Golgi, que dirigen las proteínas hacia los endosomas tardíos. En los endosomas, los receptores de M6P se disocian de la carga y se reciclan de vuelta al Golgi o a la membrana plasmática. Las enzimas lisosomales se entregan entonces a los lisosomas para su función final en la degradación celular. ^{[ 7 ]}

Por lo tanto, la vía secretora es un proceso altamente coordinado, que involucra diversos mecanismos de transporte vesicular y modificaciones, para asegurar que las proteínas se clasifiquen, procesen y entreguen correctamente a sus ubicaciones celulares apropiadas.