Mecanismo de exocitosis de los gránulos de insulina

La activación y consecuente apertura de los canales de Ca2+ _{dependientes de voltaje que}

viene precedida de la depolarización de la membrana resulta en un aumento del Ca2+ _intra-

celular que estimularía la exocitosis de los gránulos de insulina. Mientras que las variaciones en el potencial de membrana están claramente controladas por glucosa, la distribución y exo- citosis de dichos gránulos también estarían igualmente modulados por una respuesta a glu- cosa fisiológicamente apropiada [14].

Los gránulos de insulina, al igual que las vesículas secretoras de otros numerosos tipos de células, se dividen en varios grupos (“pool”) funcionales dentro de las células β, entre los que se encuentran: un “pool” de reserva intracelular (90%), un “pool” anclados a la membrana („docked- pool‟) (alrededor de un 10%) y un “pool “de liberación rápida (RRP, „readily releasable pool‟) (0.3-0.2%), los cuales están preparados para ser liberados [49]. El tamaño de estos RPP es el mayor determinante de la magnitud de la iniciación de la respuesta secretora. Mientras que a corto plazo, el cebado de los gránulos ya anclados acontecería en la liberación de los RPP, a largo plazo se daría una movilización de los gránulos de reserva desde el interior ce- lular hasta su anclaje a la membrana. La respuesta exocitótica inicial (primera fase de secre- ción) se podría dar por un aumento del Ca2+ _{intracelular provocada por cualquier estímulo,}

llevando a la liberación de las vesículas ancladas a la membrana y las que están ya prepara- das. Seguidamente, se produciría la fase de amplificación (segunda fase de la secreción) en la que estarían involucrados únicamente nutrientes secretagogos metabolizables y que sería dependiente de la movilización de los gránulos de reserva hacia la membrana plasmática [14].

 Movilización de los gránulos de secreción: Existen estudios de microscopía de fluorescen- cia que demuestran que la segunda fase de secreción de insulina resulta de la exocitosis de los gránulos de insulina reclutados a la membrana plasmática [50]. El movimiento de estos gránulos puede ser estimulado por glucosa o por el propio ATP y por agentes que incremen- ten los niveles de cAMP, donde se observa un aumento de la secreción estimulada por gluco- sa a partir de un mecanismo dependiente de la PKA (figura 6). Los mecanismos moleculares por los que la PKA es capaz de acelerar la movilización de las vesículas hacia la membrana plasmática no están del todo esclarecidos, pero se han aportado datos que indican que puede ejercer una acción similar al que ejerce la proteína sinapsina-1, controlando las interacciones entre las vesículas y los microtúbulos del citoesqueleto [51]. De hecho, es sabido que el des- ajuste en la red que forman los microtúbulos en el citosol puede interferir negativamente en

el movimiento de los gránulos y por tanto en el inicio de la respuesta exocitótica [52]. En otro trabajo publicado, se propone que los gránulos de insulina son transportados a lo largo de la red microtubular de manera dependiente de ATP, probablemente por una proteína “motor” como es la miosina 5A, la cual a su vez es reclutada a los gránulos por proteínas de unión a GTP, como son las proteínas Rab; por lo que estas proteínas dependientes de GTP podrían también jugar un papel importante en la movilización de los gránulos a la membrana plas- mática [53].

 Exocitosis de los gránulos de insulina: La regulación de la maquinaria exocitótica ha sido estudiada extensamente en muchos trabajos. En general, se ha demostrado que la fusión de las vesículas con la membrana plasmática está mediada por las proteínas SNARE (figura 6). Estas proteínas son complejos formados por las proteínas de membrana SNAP-25 y sintaxina y por la proteína vesicular VAMP (sinaptobrevina). Además, existe otra proteína, la sinapto- tagmina, que actúa como un sensor de Ca2+ _{para que tenga lugar la exocitosis [54], por lo que}

la interacción de estas proteínas SNARE con los canales de Ca2+ _{dependientes de voltaje es lo}

que media un fino acoplamiento entre la entrada de Ca2+ _{y la exocitosis del “pool” de vesícu-}

las de liberación rápida (RRP) [55].

Antes de que tenga lugar la exocitosis mediada por las proteínas SNARE, se debe dar el cebado y el anclaje de los gránulos de secreción. Este cebado (priming) estaría mediado por variaciones de ATP y ADP (figura 6). Se ha descrito que el ATP sería esencial para el cebado de estos gránulos antes de ser exocitados, aunque también las variaciones de ADP parecían modular este proceso, implicadas en la activación de la proteína quinasa para el fosfatidili- nositol-4-fosfato y en efectos sobre proteínas activadoras de la secreción dependientes de Ca2+ _{[56]. Por otra parte, existen evidencias que demuestran que la acidificación intravesicu-}

lar por la ATPasa de protones tipo V (V-ATPasa H+_{) podría estar implicada de alguna manera}

en el proceso de cebado de los gránulos. Mientras que las vesículas que estaban listas para ser liberadas son capaces de ser exocitadas, la inhibición de la acidificación de los gránulos podría impedir el relleno de los RRP y por lo tanto la exocitosis de dichas vesículas [57].

Por lo tanto, cambios en el cociente ATP/ADP generados metabólicamente modularían el tamaño de los RRP, regulando etapas entre el anclaje de las vesículas a la membrana plas-

mática y el cebado de los gránulos necesarios para la liberación de insulina [14](figura 6). Cuando ya ha tenido lugar la exocitosis de las vesículas y por tanto, la secreción de la in-

reabsorbidas por la célula. Se han descrito tres tipos de endocitosis que se podrían dar des- pués del proceso exocitótico: la endocitosis “kiss-and-run”, donde el contenido de los gránu- los es liberado a través de un poro de fusión que es abierto reversible y transitoriamente du- rante el proceso de exocitosis; la endocitosis de fusión completa, en la que la membrana de los gránulos está integrada en la membrana completa y la membrana extra es recapturada a con- tinuación por un proceso endocitótico mediado por clatrina; la endocitosis de semifusión, donde se establece una apertura entre el lumen del gránulo y el espacio extracelular, conser- vándose la estructura de dicho gránulo [58].

Figura 6. Mecanismo de exocitosis de insulina. El anclaje/fusión, cebado (“priming”) (mediado por varia-

ciones en el cociente ATP/ADP) y la liberación (mediada por Ca2+ _{y proteínas SNARE) del “pool” de vesículas}

de liberación rápida (RRP) determinaría la fase de iniciación de la respuesta (1ª fase de secreción de insulina). El “pool” de vesículas de reserva y su movilización (mediada por ATP, cAMP, proteínas de unión a GTP, etc.) hacia la membrana daría lugar a la fase de amplificación (2ª fase de secreción de insulina).