L’esocitosi è definita come il trasporto e la fusione di vescicole secretorie con la membrana plasmatica e lo spazio extracellulare. Esistono tre vie di esocitosi che forniscono vescicole alla membrana plasmatica. Trovato in tutte le cellule, la via secretoria costitutiva funziona continuamente per fornire lipidi e proteine di membrana appena sintetizzati e proteine secretorie solubili dalla rete di Golgi direttamente alla membrana plasmatica., La via secretoria regolata si trova in cellule specializzate il cui ruolo è quello di secernere carichi specifici, come ormoni, neurotrasmettitori o enzimi. In queste cellule, le vescicole secretorie si accumulano e concentrano il loro carico attraverso un processo di movimento retrogrado attraverso il Golgi. Una volta che le vescicole sono caricate alla corretta concentrazione, vengono trasportate attraverso tracce di citoscheletro vicino al sito di secrezione (ad esempio la sinapsi nei neuroni) per attendere il segnale per fondere e rilasciare il loro contenuto. La terza via di smistamento comporta la fusione dei lisosomi con la membrana plasmatica., Questa esocitosi lisosomiale può fornire una membrana extra per la riparazione, espellere detriti non digeriti dalla cellula e secernere carichi come il pigmento .
Esempi delle tre vie di esocitosi. La via secretoria costitutiva (freccia arancione) fornisce direttamente lipidi e proteine di membrana freschi alla membrana cellulare. Il percorso regolamentato (frecce verdi) viene utilizzato per carichi specifici come ormoni e neurotrasmettitori. Le vescicole secretorie si trafficano e si accumulano sulla membrana, dove attendono un segnale per il rilascio., La via lisosomiale trasporta direttamente il carico alla membrana (freccia rossa) o digerisce ed espelle i detriti dalla cellula (frecce rosa).
Nella maggior parte delle cellule, le vescicole vengono trasportate lungo le tracce dei microtubuli usando motori kinesin o dynein verso l’estremità più o meno del microtubulo, rispettivamente , . Tuttavia, le vescicole possono anche essere trafficate lungo il citoscheletro dell’actina facendo uso dei motori di miosina II e di miosina V., La diafonia tra le reti di actina e microtubuli influenza anche il movimento delle vescicole secretorie, con lavori recenti che dimostrano che RhoA, e il suo effettore a valle, il nucleatore di actina formina mDia1 come regolatore chiave per la mobilità delle vescicole lungo le tracce dei microtubuli .
Dopo che le vescicole sono state trafficate nella posizione corretta, il passo successivo è il tethering e l’attracco con la membrana plasmatica, seguito dalla fusione della membrana. Questi passaggi sono catalizzati da piccole GTPASI della famiglia Rab, dagli effettori associati a Rab e dalle proteine RULLANTI., Nella classica fusione a collasso completo, quando la vescicola si fonde con la membrana plasmatica i due doppi strati lipidici si uniscono, la vescicola rilascia il suo contenuto, si appiattisce e si incorpora nella membrana cellulare. La fusione non classica coinvolge le vescicole che si fondono transitoriamente con la membrana, rilasciando il loro contenuto e germogliando rapidamente., Questo percorso kiss-and-run è caratterizzato dal riutilizzo e dal riciclaggio delle vescicole ed è spesso osservato nelle sinapsi neuronali
Esocitosi e meccanica cellulare
Al fine di evitare eventi multipli di esocitosi a collasso completo che interrompono la dimensione o la forma della cellula, l’endocitosi rimuove e ricicla rapidamente i componenti della vescicola dalla membrana. Tuttavia, questo riciclaggio e consegna della membrana per esocitosi possono essere utilizzati dalla cellula per ingrandire la membrana e la superficie durante i cambiamenti di forma cellulare., Ciò è particolarmente rilevante per le cellule sottoposte a stress meccanico, che si verifica durante processi come la citocinesi, la fagocitosi e la riparazione delle ferite.
L’interazione tra tensione della membrana, dispiegamento e traffico è stata dimostrata da una serie di studi. Nei fibroblasti, la cellula si diffonde e aumenta la superficie inizialmente per estensione lamellipodia e dispiegamento del serbatoio di membrana immagazzinato in microvilli e bleb piegati., Dopo che queste riserve di membrana sono esaurite, un aumento della tensione della membrana attiva il secondo stadio di diffusione, dove una nuova fornitura di membrana viene portata al bordo d’attacco mediante esocitosi. Queste vescicole esocitiche contengono prevalentemente proteine ancorate al glicosilfosfatidilinositolo (GPI) e vengono trafficate alla membrana in modo indipendente dai microtubuli. Durante questo processo più lento di diffusione, l’esocitosi aumenta l’area della membrana plasmatica di circa il 50%. , , , ., Questo processo sequenziale di dispiegamento della membrana seguito da esocitosi si verifica anche per facilitare i cambiamenti di forma delle cellule dei macrofagi durante la fagocitosi .
Recentemente, la tensione della membrana è stata anche implicata nella regolazione del tipo di fusione delle vescicole durante l’esocitosi. L’inibizione della piccola GTPasi Cdc42 della famiglia Rho ha portato ad una ridotta esocitosi in quanto le vescicole non erano in grado di allargare il poro di fusione creato all’inizio della fusione della membrana. Ciò ha provocato l’esocitosi della vescicola dalla fusione di bacio-e-corsa piuttosto che dal pieno collasso., La misurazione della tensione della membrana mediante pinzette ottiche ha rivelato che il knockdown Cdc42 ha ridotto la tensione della membrana, che era responsabile dello spostamento nella modalità di esocitosi .