Biología Molecular: Complejo del Poro Nuclear

Biología Celular: Bloque 2, Estructura y Función de las Células, Unidad Didáctica 4: El Núcleo

• El núcleo es la característica fundamental de las células eucariotas.
• Sirve de almacén de la información genética.
• Contribuye al centro de control celular a nivel genómico.
• Se lleva a cabo la replicación del ADN.
• Se lleva a cabo la transcripción y el procesamiento del ARN.
• Regula la expresión génica mediante la regulación del tráfico de factores de transcripción desde el citoplasma al núcleo.

Guión de la Unidad Didáctica 4

• 4.1 Envuelta nuclear y tráfico entre el núcleo y el citoplasma: Describe la función de la envoltura nuclear en el tráfico de moléculas entre el núcleo y el citoplasma, detallando los complejos de poros nucleares.
• 4.2 Organización interna del núcleo, nucléolo y procesamiento del ARNr: Se centra en la organización interna del núcleo destacando el nucléolo y el procesamiento del ARN ribosomal.

La envuelta nuclear

• Proporciona un armazón estructural al núcleo.
• Actúa como una barrera selectiva que impide el tráfico libre de moléculas entre el núcleo y el citoplasma.
• Mantenimiento de ambos compartimentos metabólicamente independientes.
• Los complejos de poros nucleares permiten el intercambio controlado de moléculas ente núcleo y citoplasma.
• Este tráfico selectivo de moléculas (ARN y proteínas) mantiene la composición interna del núcleo y juega un papel clave en la regulación de la expresión génica.
• La envoltura nuclear posee una estructura compleja con dos membranas nucleares: externa e interna.
• La membrana nuclear externa se continúa con la membrana del retículo endoplasmático.
• La membrana nuclear interna posee proteínas únicas específicas del núcleo.

Complejos de poro nuclear

• Constituyen los únicos canales que permiten el paso de moléculas polares y macromoléculas a través de la envoltura nuclear.
• Es una estructura compleja que permite el paso selectivo de proteínas y ARN entre el núcleo y el citoplasma.
• Las membranas interna y externa se unen en los complejos de poro nuclear.

La lámina nuclear

• Es una red de fibras que proporciona soporte estructural al núcleo.
• Formada por una o varias moléculas relacionadas llamadas láminas.
• Todas las láminas son proteínas fibrosas de entre 60-80 kDa.
• Las láminas se unen entre ellas formando filamentos.
• Las láminas se ensamblan entre ellas para formar filamentos, en un primer nivel de asociación, por la interacción entre dos láminas para formar un dímero.
• Los dímeros se asocian entre sí para constituir filamentos que a su vez interactúan entre sí para constituir la lámina nuclear.
• La interacción de la lámina con la membrana nuclear interna se facilita por la adición postraduccional de lípidos.
• Una matriz de láminas nucleares de organización más laxa se extiende hacia el interior del núcleo, sirven como sitio de unión a la cromatina.

Organización laminar

• La organización laminar normal es esencial para la regulación del ADN y puede jugar un papel en la regulación de la transcripción.
• El receptor de la lámina B (LBR) es una proteína de membrana integral de la envoltura nuclear en interfase.
• El complejo LINC (enlazador de nucleoesqueleto y citoesqueleto) es un complejo de proteínas que se asocia a las membranas internas y externas del núcleo.
• Está compuesto por proteínas de dominio SUN y proteínas de dominio KASH.

Síndrome de Hutchinson-Gilford Progeria (HGPS)

• La progeria es una enfermedad rara caracterizada por un envejecimiento acelerado.
• La forma clásica de progeria se denomina síndrome de Hutchinson-Gilford Progeria (HGPS).
• La progeria es causada por mutaciones en el gen LMNA, cuya proteína participa en el soporte estructural del núcleo.

Complejo del poro nuclear

• Describe el papel fundamental del complejo del poro nuclear en la fisiología de las células eucariotas.
• Importancia del tamaño de las moléculas para el transporte, ya sea por difusión pasiva o transporte activo.

Los complejos del poro nuclear

• Están constituídos por 8 subunidades alrededor de un canal central.
• Posee una simetría de octámero.
• El canal central es donde se transportan las proteínas y ARN.

El transporte selectivo de proteínas

• Se caracteriza mejor en proteínas dirigidas al núcleo.
• Las proteínas se 'etiquetan' con secuencias específicas de localización nuclear destinos para el núcleo.
• Incluye proteínas como histonas, ADN polimerasas, ARN polimerasas, factores de transcripción, y factores de splicing.

Señal de localización nuclear

• La señal responsable de la localización nuclear se identifica por la mutación en un residuo único, como Lys (Lys-128) en el antígeno T (Ag. T) grande del SV40.
• La señal de localización nuclear está formada por los aminoácidos Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val.
• Las secuencias de localización nuclear en muchos casos están constituidas por aminoácidos básicos (Lys, Arg) que pueden estar juntos o separados por otros aminoácidos.

Las carioferinas y las proteínas Ran

• Importinas (transportan del citoplasma al núcleo) y exportinas (del núcleo al citoplasma) son tipos de carioferinas.
• Las proteínas Ran pertenecen a la familia de proteínas Ras y tienen capacidad de unirse a GTP.
• Las enzimas que intercambian GDP por GTP, y las que estimulan la hidrólisis del GTP se localizan en el lado nuclear y citoplásmico, respectivamente, de la envoltura nuclear.

Señal de exportación nuclear

• Consecuencias del etiquetaje para ser exportados al citoplasma.
• Reconocimiento por receptores del transporte nuclear.
• Mecanismos de asociación entre exportinas y proteínas diana.
• Importancia de Ran/GTP para el proceso de transporte del núcleo al citoplasma.
• Proceso de disociación de la proteína diana y liberación en el citosol.

Selinexor

• Inhibidor de exportación nuclear que puede inhibir el tráfico de proteínas del núcleo al citoplasma.
• Su uso en tratamientos de mieloma.
• El compuesto Selinexor, un inhibidor selectivo de la exportación nucleares.

La regulación del transporte de proteínas al núcleo

• Las proteínas citoplasmáticas enmascaran las señales de localización celular, haciendo que estas proteínas permanezcan en el citoplasma.
• Los mecanismos de regulación implican fosforilaciones y defosforilaciones.

Organización interna del núcleo: Nucléolo y procesamiento del ARNr

• El nucléolo es la subestructura más prominente en el núcleo.
• Sitio de transcripción y procesamiento del ARN ribosomal (ARNr).
• Las células de mamíferos en crecimiento contienen de 5 a 10 millones de ribosomas.
• Organizado alrededor de las regiones organizadoras nucleolares (NOR) que contienen los genes para los ARNr 5, 8S, 18S y 28S.
• Los ARNr 5,8S, 18S y 28S son transcritos como una única unidad por la ARNr polimerasa I.
• El pre-ARNr 45S es procesado por la intervención de ARNs y proteínas nucleolares.
• Importancia de las secuencias específicas en los ARNsno para la modificación de bases.
• Generación de los ARNr: Implica el ensamblaje de los pre-ARNr con las proteínas ribosómicas para formar las partículas prerribosómicas. Los genes que codifican para las proteínas ribosómicas son transcritos en el citoplasma, posteriormente, se transportan al núcleo para ensamblarse con los ARNr.
• Los genes (ARNr 5S) que codifican para el ARNr 5S son transcritos fuera del nucleolo por la ARN pol III y se ensamblan en el nucléolo para formar las partículas prerribosomales.

Organización interna del núcleo: Cromosomas

• Los cromosomas son el resultado del empaquetamiento del ADN con proteínas, que se organizan en un grado máximo de condensación.
• Cada especie eucariota tiene un número característico de cromosomas.
• En células diploides (2n) hay dos juegos de cromosomas (uno de cada progenitor). En células haplóides (n) solo hay un juego.
• En humanos, las células tienen 46 cromosomas (22 autosomas y 2 cromosomas sexuales).
• Los cromosomas tienen centrómeros (punto de unión de las cromátidas hermanas) y telómeros (extensiones finales).
• La cromatina en interfase se organiza en la periferia del núcleo.
• Se organizan en territorios nucleares discretos.
• La cromatina en cada núcleo interfásico se organiza en dominios en forma de bucles.
• Hay regiones de heterocromatina (ADN que no se transcribe) y eucromatina (ADN que se transcribe).
• Hay proteínas que se asocian a la heterocromatina, se asocian a la lámina nuclear.
• La cromatina de los nucleos interfásicos está organizada en dominios en forma de bucle que contiene entre 50-100 kb de ADN.

Organización interna del núcleo: Durante la mitosis

• Durante la mitosis, el núcleo se desensambla, la envoltura nuclear se dispersa, y los cromosomas se condensan.
• El complejo Cdc2/ciclina B, llamado Factor Promotor de la Mitosis (MPF), es crucial para la progresión de la mitosis.
• La disgregación de la envoltura nuclear implica cambios en sus tres componentes (membranas nucleares, complejos del poro nuclear, y lámina nuclear).
• Los complejos Cdc2/ciclina B provocan la descondensación de los cromosomas y la reorganización del núcleo interfásico.
• La mitosis cerrada es característica de algunos organismos unicelulares, donde la envuelta nuclear permanece intacta.