La Taquilla Nuclear

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El núcleo es el organelo maestro de las células eucariontes, ya que es el sitio donde se encuentra contenida  la información genética, tan importante es, que la entrada y salida de ciertas moléculas está perfectamente regulada, tal y como ocurre en el cine, en donde aquellas personas sin boleto no pueden acceder a una función, la entrada de moléculas al núcleo requiere de una supervisión estricta, la cual es llevada a cabo por una estructura denominada “Complejo del Poro Nuclear” (NPC Nuclear Pore Complex, por su siglas en inglés), este se localiza en los puntos de unión que componen la membrana nuclear interna y externa que constituyen los poros nucleares.

Estas estructuras fueron descritas por primera vez en el año de 1949, empleando microscopía electrónica en la envoltura nuclear de los núcleos de ovocitos de anfibios [1].

Imagen tomada de: https://www.caracteristicas.co

El núcleo está compuesto, entre otros elementos, por una envoltura nuclear, la cual es una barrera que delimita entre sí al núcleo del citoplasma, sin embargo, es imprescindible que haya un cierto tipo de comunicación entre el interior y el exterior del núcleo, por tal razón, los poros nucleares son diminutas “puertas” que van a permitir la entrada de cierto tipo de moléculas al interior de núcleo. ¿Por qué es esto importante? Pues bien, eventos tan importantes como la replicación y transcripción del material genético, tienen lugar dentro del núcleo, y para que estos procesos se lleven a cabo, se necesita de una maquinaria molecular compuesta por un conjunto de enzimas que son sintetizadas en el citoplasma, de manera análoga, algunos de los productos de estos eventos, van a ser requeridos para otros fines en el citoplasma, tales como mRNA y tRNA. [2]

Esquema de la estructura general del núcleo. Como puede apreciarse, los poros nucleares se encuentran entre las membranas que componen la envoltura nuclear.
Imagen tomada de: https://1.bp.blogspot.com/

Con el fin de comprender mejor este proceso, a continuación se explicará la estructura del Complejo del Poro Nuclear:

Cada Complejo del Poro Nuclear contiene alrededor de 456 proteínas individuales y está compuesto por aproximadamente 30 nucleoporinas diferentes [3], presentes en al menos 8 copias cada una, razón por la cual dicha estructura posee simetría octagonal. Entre ellas destacan un subconjunto que se caracteriza por presentar repeticiones de Fenilalanina-Glicina (FG). El NPC está compuesto por un dominio FC, conformado por las ya mencionadas nucleoporinas FC, un anillo del poro interno y un anillo nuclear, así como elementos periféricos como la cesta nuclear y filamentos citoplasmáticos. [4]

Modelo del Complejo del Poro Nuclear: Como puede observarse, de color azul se encuentran representados los filamentos citoplasmáticos y de morado la canasta nuclear. La estructura del centro es el anillo nuclear. Imagen modificada de: https://dx.doi.org/

Ahora bien, para comprender cómo se da el paso de moléculas a través del NPC, sería bueno recordar la analogía mencionada al principio del presente texto, pues bien, para poder acceder a cierta función en el cine, es necesaria la adquisición de un boleto o entrada, para el caso de las moléculas que necesitan entrar al núcleo, estas tienen que presentar una Señal de Localización Nuclear (Nuclear Localization Signal NLS, por sus siglas en inglés). Existen diferentes NLS, la más general consiste en una secuencia corta de aminoácidos con carga positiva. Otros elementos importantes para establecer un tránsito molecular, son las denominadas importinas y exportinas que, como su nombre lo indica,  van a mediar el transporte bidireccional entre el núcleo y el citoplasma.

Analogía de la “Taquilla Nuclear”. Para permitir la entrada al cine (en este caso, el núcleo), solamente aquellos individuos con un boleto serán quienes podrán entrar, en contraste con aquellos que no tienen su boleto y permanecen fuera de la sala.

Veamos ahora el proceso: Todo inicia cuando una proteína NLS se une a un receptor soluble NLS-heterodimérico llamado importina α/β localizado en el citoplasma, podemos imaginar la función de este receptor si lo comparamos con la lampara de nuestros celulares, que nos ayuda a encontrar nuestro asiento una vez que la función ha comenzado, ya que este receptor parece fungir como un escolta que acompaña a dicha proteína hasta la superficie externa del núcleo, una vez ahí, el complejo formado  se ancla a los filamentos de los dominios FG y gracias a una serie de interacciones con  estos, logran atravesar el poro nuclear.

Una vez en el interior, el complejo se encuentra con Ran, una proteína de unión con GTP (Guanosín trifosfato)  que regula el transporte nucleocitoplasmático mediante variaciones en los gradientes de concentración de GTP / GDP (Guanosín difosfato)  dentro y fuera del núcleo, para lo cual entran en juego  otras proteínas que van a facilitar la conversión de Ran-GTP a Ran-GDP. De esta manera, cuando el complejo importina α/β /“proteína de carga” se encuentra con Ran-GDP y se une a esta, el complejo se desensambla, tal parece ser por la alta concentración de GTP, una vez que ocurre esto, la proteína de carga se queda en el nucleoplasma, mientras que Ran-GTP y la subunidad β son enviadas nuevamente al citoplasma. En el exterior del núcleo, Ran se va a  hidrolizar  y a liberar Ran-GDP de la subunidad de la importina β, Ran-GDP vuelve al interior del núcleo y la subunidad α se transporta de regreso al citoplasma por la acción de exportinas. [1]

Modelo del proceso de importación de moléculas al interior del núcleo, en el cual se puede apreciar la participación de las importinas α/β así como de Ran GTP-GDP. Imagen tomada de (Karp, 2011)

Es claro que no cualquier molécula puede entrar al núcleo, y que el mecanismo que regula su entrada no es tan simple, de esta  manera,  la presencia de un  guardia como el  NCP es de gran importancia para el núcleo, pues además está implicado en otras funciones, tales como  la regulación de la expresión génica, posición de los cromosomas durante la mitosis [4]. Adicionalmente, se ha documentado su papel en la reparación del DNA. [3]


Referencias:

[1]. Beck, M., & Hurt, E. (2017). The nuclear pore complex: understanding its function through structural insight. Nature reviews. Molecular cell biology, 18(2), 73–89. https://doi.org/10.1038/nrm.2016.147
[2]. Karp, G. (2011) Biología Celular y Molecular: Conceptos y Experimentos. (Sexta Edición). McGraw-Hill Education.
[3]. Alber, F., Dokudovskaya, S., Veenhoff, L. et al. (2007) The molecular architecture of the nuclear pore complex. Nature 450, 695–701. https://doi.org/10.1038/nature06405
[4]. Hezwani, M; Fahrenkrog, B. (2017). The functional versatility of nuclear pore complex proteins. Seminars in cell and developmental biology. 68, 2-9 https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2017.05.004

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