Ancoramento e fusão de vesículas

Apesar da variedade de proteínas envoltórias (coat proteins) que estão associadas ao processo de formação e transporte vesicular intracelular, a fusão de todas as vesículas com suas respectivas membranas-alvo possuem muitas características em comum. Em todos os casos, para garantir que o tráfego para as membranas seja efetuado de maneira correta, as vesículas necessitam de uma alta seletividade para garantir sua fusão à membrana-alvo específica. Essa fusão ocorre após a despolimerização das proteínas envoltórias e aparenta envolver um conjunto fixo de proteínas que controlam a sinalização dessas vesículas, assegurando que o alvo certo seja alcançado e ativando o próprio processo de fusão. A especificidade na sinalização para o tráfego de vesículas ocorre devido a proteínas sinalizadoras que se localizam na superfície da membrana e que identificam sua origem e seu conteúdo. Aliadas a essas enzimas sinalizadoras (ou marcadores) estão proteínas receptoras incorporadas nas membranas-alvo e que garantem que a vesícula se funda ao alvo correto. Este passo crucial de reconhecimento envolve basicamente duas classes de proteínas: SNAREs e GTPases sinalizadoras denominadas Rabs. As proteínas SNAREs desempenham um papel central na geração da especificidade do tráfego vesicular e na catálise do processo de fusão. As proteínas Rabs trabalham junto com outras proteínas para controlar o ancoramento das vesículas na membrana, ou seja, assegurar que a membrana ancore no sítio ativo correto através do qual será incorporada. Muitas vesículas transportadoras só se formam se um tipo específico de proteína Rab e SNARE estiverem acopladas à sua membrana, permitindo assim que a vesícula se funda corretamente.

Existem pelo menos 20 tipos diferentes de SNAREs em células animais, cada uma delas associada a um tipo específico de membrana ou organela envolvidas nas vias secretória, biossintética ou endocítica. A despolimerização das proteínas envoltórias (coat proteins) das vesículas permite que uma proteína denominada v-SNARE (vesicle SNARE), antes coberta pela proteína envoltória, agora seja descoberta, podendo então executar seu papel e se associar à membrana-alvo correspondente. Esta proteína é incorporada à vesícula na própria organela de origem, que ao desprender um pedaço de sua membrana na formação vesicular libera associada ao fragmento a proteína devidamente encaixada na bicamada lipídica. A membrana de cada organela ou membrana-alvo possui uma ou mais proteínas integrais de membrana, denomindas t-SNAREs(target SNARE) , junto com uma proteína de fusão denominada SNAP25. Essas proteínas agem de forma conjunta, efetuando uma ligação específica à v-SNARE correspondente. Tanto as v-SNAREs quanto as t-SNAREs possuem um formato helicoidal. Quando uma v-SNARE interage com uma t-SNARE, seu domínio helicoidal se enrola ao redor do outro domínio helicoidal formando um complexo estável denominado trans-SNARE que prende uma membrana a outra. A especificidade com que cada SNARE interage determina a especificidade do docking e da fusão de cada vesícula. Dessa maneira, as SNAREs especificam a identidade de seus compartimentos e governam a troca de materiais durante o transporte vesicular.

As proteínas Rabs constituem um papel importante na especificidade do transporte vesicular. Elas são GTPases monoméricas, das quais são conhecidas mais de 30 variedades, representando então a maior subfamília dessas GTPases. Assim como as SNAREs, cada proteína Rab possui uma distribuição característica nas membranas celulares e toda organelo possui pelo menos um tipo de Rab na sua superfície citosólica. As proteínas Rabs são conhecidas por facilitar e regular o ancoramento (docking) nas vesículas e a combinação entre v-SNARE e t-SNARE, necessária para a fusão entre membranas.

Uma vez que sua vesícula transportadora reconheceu sua membrana-alvo e se ancorou (docked) ali, ela liberta seu conteúdo se fundindo à membrana. No entanto, nem sempre a fusão precede imediatamente após o ancoramento, como na exocitose controlada, em que a fusão é atrasada e somente então é ativada por um sinal extracelular. Portanto, os processos de ancoramento e de fusão, são dois processos totalmente distintos. O ancoramento requer apenas que duas membranas se aproximem o suficiente para que as proteínas protuberantes das bicamadas lipídicas interajam e se unam. A fusão requer uma aproximação muito maior, trazendo as bicamadas lipídicas a aproximadamente 1,5 nm de distância para que então elas possam se juntar. Quando as membranas estão a uma distância tão curta, lipídos podem fluir de uma bicamada para a outra. Dessa maneira a água precisa ser removida da superfície hidrofílica da membrana, um processo que energeticamente é altamente não favorável. Todas as fusões entre membranas nas células aparentam ser catalisadas por enzimas especializadas em fusão que possibilitam meios de superar essas barreiras energéticas.