Estructura y Empaquetamiento del ADN

• Biología Celular: Bloque 2 se centra en la estructura y función de las células. La Unidad Didáctica 4 se enfoca en el núcleo.

Guion de la Unidad Didáctica 4

• Se divide en dos secciones principales: la envuelta nuclear y el tráfico entre el núcleo y el citoplasma, y la organización interna del núcleo, incluyendo el nucléolo y el procesamiento del ARNr.

El Núcleo

• Es una característica fundamental de las células eucariotas.

Funciones del Núcleo

• Almacena la información genética.
• Actúa como centro de control celular.
• A Nivel genomico:
• Replicación del ADN
• Transcripción y procesamiento del ARN
• Regula la expresión génica mediante el control del transporte de factores de transcripción entre el citoplasma y el núcleo.

Envuelta Nuclear y Tráfico

• La envuelta nuclear separa el contenido del núcleo del citoplasma.
• Proporciona un armazón estructural al núcleo.
• Actúa como una barrera selectiva para el tráfico de moléculas, manteniendo así compartimentos metabólicamente independientes.
• Los complejos de poros nucleares son los únicos canales de comunicación entre el núcleo y el citoplasma, permitiendo un intercambio controlado de moléculas.
• El tráfico selectivo de moléculas, como ARN y proteínas, a través de los complejos de poros nucleares, mantiene la composición interna del núcleo y juega un papel clave en la regulación de la expresión génica.

Estructura de la Envuelta Nuclear

• Posee una estructura compleja compuesta por dos membranas nucleares, complejos poro-nucleares, y una lámina nuclear en su cara interna.
• Membrana Nuclear Externa:
• Es una continuación de la membrana del retículo endoplásmico.
• Existe comunicación entre el espacio intermembrana nuclear y el lumen del retículo endoplásmico.
• Funcionalmente similar a la del retículo endoplásmico.
• Posee ribosomas adheridos a su superficie.
• Membrana Nuclear Interna:
• Posee proteínas únicas que unen la matriz nuclear de láminas.
• Las membranas internas y externas se unen en los complejos poro-nucleares.
• Estos complejos son los únicos canales que permiten el paso de pequeñas moléculas polares y macromoléculas a través de la envuelta nuclear.
• Es una estructura compleja que permite el paso selectivo de proteínas y ARN entre el núcleo y el citoplasma.
• La lámina nuclear es una red de fibras que da soporte estructural al núcleo.
• La lámina nuclear está formada por una o varias moléculas relacionadas llamadas láminas las cuales son proteínas fibrosas de entre 60-80 kDa.
• Las láminas se unen entre ellas formando filamentos.
• El primer nivel de asociación es la interacción entre dos láminas para formar un dímero.
• En el que las zonas a-hélice de dos polipéptidos se enrollan una alrededor de la otra formando una estructura denominada bobina o espiral enrollada (coiled coil).
• Los dímeros se asocian entre sí (cabeza con cola) para constituir filamentos
• A su vez interaccionan entre sí para constituir la lamina nuclear.

Láminas Nucleares

• Su interacción con la membrana nuclear interna es facilitada por la adición postraduccional de lípidos.
• Una matriz de láminas nucleares de organización mucho más laxa extiende hacia el interior del núcleo
• Sirven como sitio de unión a la cromatina
• El receptor de lamina B (LBR) es una proteína de membrana integral de la envoltura nuclear en interfase (NE).
• El extremo N-terminal reside en el nucleoplasma, uniéndose a lamina B y heterocromatina
• Las interacciones interrumpidas durante la mitosis
• El extremo C-terminal reside dentro de la membrana nuclear interna regresando con el RE lejos de los cromosomas de condensación durante la ruptura mitótica de NE.
• La emerina es una proteína de 29,0 kDa compuesta por 254 aminoácidos rica en serina
• Con una región hidrófoba de 20 aminoácidos N-terminal que está flanqueada por residuos cargados
• La región hidrofóbica puede ser importante para anclar la proteína a la membrana siendo las cola terminales cargadas nucleoplasmáticas.
• El complejo LINC (enlazador de nucleoesqueleto y citoesqueleto)
• Es un complejo de proteínas asociado con las membranas internas y externas del núcleo
• Compuesto por proteínas de dominio SUN y proteínas de dominio KASH
• Las proteínas del dominio SUN están asociadas tanto con las láminas nucleares como con la cromatina
• Cruzan la membrana nuclear interna
• Interactúan con las proteínas del dominio KASH en el espacio perinuclear (lumen) entre las dos membranas
• Las proteínas del dominio KASH atraviesan la membrana nuclear externa e interactúan con filamentos de actina
• Filamentos de microtúbulos (a través de motores de dineína y quinesina), filamentos intermedios (a través de espectrina), centrosomas y orgánulos citoplasmáticos.
• La progeria es una enfermedad rara caracterizada por un envejecimiento acelerado.
• La forma clásica de progeria se denomina síndrome de Hutchinson-Gilford Progeria (HGPS).
• Causada por una mutación en el gen LMNA, cuya proteína participa en el soporte estructural del núcleo.
• Las mutaciones en LMNA producen inestabilidad nuclear que conduce a un envejecimiento prematuro.
• Las personas afectadas mueren por enfermedad cardíaca en la infancia tardía.

Complejo del Poro Nuclear

• Tiene un papel fundamental en la fisiología de todas las células eucariotas.
• Dependiendo del tamaño de las moléculas, éstas pueden pasar a través del complejo del poro nuclear mediante difusión pasiva o transporte dependiente de energía.
• Difusión pasiva:
• Moléculas pequeñas y proteínas con peso molecular inferior a 50 kDa.
• Difunden pasivamente a través de canales acuosos abiertos de aproximadamente 9 nm de diámetro.
• Transporte activo:
• La mayoría de ARNs y proteínas atraviesan el complejo mediante un proceso activo en el que estas moléculas son reconocidas y transportadas selectivamente en la dirección específica.
• Está constituido por 8 subunidades alrededor de un canal central dando una simetría de octámero.
• El canal central del poro es por donde se transportan las proteínas y ARNs.
• Es una estructura de un diámetro aproximado de 120 nm con un peso molecular de 125 millones de Da (30 veces más que un ribosoma).
• En vertebrados, el complejo está compuesto por entre 50-100 proteínas distintas.
• Estos radios se unen a un anillo citoplasmático y a otro anillo nuclear, anclados a la envuelta nuclear en los sitios de fusión entre las membranas nuclear interna y externa.
• Los filamentos citoplasmáticos y nucleares forman una estructura en forma de cesta nuclear.
• La apertura del canal del poro puede modificarse de 9 nm a 40 nm durante el paso de macromoléculas.
• Las nucleoporinas ricas en Phe-Gly (FG-Nups) constituyen la barrera selectiva del complejo del poro nuclear (NPC).

Transporte Selectivo de Macromoléculas

• Proteínas
• El transporte selectivo se encuentra mejor caracterizado en las proteínas que van a ser transportadas del citoplasma al núcleo.
• Estas proteínas son las responsables de las características de la estructura y función del genoma
• Se ‘etiquetan’ con señales de localización nuclear, que son secuencias específicas de aa.
• Las proteínas: histonas, ADN polimerasas, ARN polimerasas, factores de transcripción y factores de splicing.
• SV40
• Alan Smith y colaboradores caracterizaron la primera señal de localización nuclear estudiando el antígeno T (Ag. T) grande del SV40.
• Es un virus de ADN circular de cadena doble de aproximadamente 5Kb que tiene el potencial de causar tumores, aunque mayormente persiste como una infección latente.
• El virión se adhiere a la superficie celular mediante la glicoproteína vírica VP1.
• Dentro del núcleo, la ARN polimerasa II celular promueve la expresión de los Ag. T grande y pequeño.
• El Ag. T grande tiene dos destinos: 5% a la membrana plasmática y 95% de vuelta al núcleo, donde regula la replicación del genoma vírico y la síntesis de ARN temprano.
• Además del 5% del Ag. T grande, todas las proteínas vuelven al núcleo para el ensamblado de la partícula viral, resultando en una eventual liberación citolítica de partículas virales que causa la muerte celular.
• La señal responsable fue identificada por una mutación en Lys (Lys-128) que impide el transporte nuclear y causa acumulación citoplasmática.
• Experimentos de deleciones demostraron que deleciones entre 1-125 o después del residio 136 acumulaban normalmente en el núcleo
• Pero las que afectaban desde los aa. 127 al 132 provocaban la retención citoplasmática de los Ag. T.
• Deduciendo que la señal es: Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val.
• Esta secuencia, añadida mediante quimeras, causa acumulación citoplasmática.

Secuencias de Localización Nuclear

• Constituidas por aa. básicos (Lys, Arg), los aa responsables de la señalización nuclear están contiguos o separados como en la nucleoplasmina (Lys-Arg separada por 10 aa. seguido de Lys-Lys-Lys-Lys), formando una secuencia bipartita.
• Las carioferinas, que son receptores de transporte nuclear, se dividen en importinas (llevan macromoléculas del citoplasma al núcleo) y exportinas (transportan del núcleo al citoplasma).
• Las proteínas Ran tienen una capacidad para unirse a la guanosín trifosfato (GTP) y pertenece a la familia de proteínas Ras.
• Posee actividad hidrolítica de GTP (GTPasas)
• Las enzimas que estimulan el intercambio de GDP por GTP sobre Ran se localizan en el lado nuclear, mientras que las que estimulan la hidrólisis del GTP están en el lado citoplásmico.
• Las proteínas que deben ser exportadas al citoplasma se etiquetan con la señal de exportación nuclear (NES).
• Estas señales son reconocidas por receptores del interior del núcleo (exportinas) que dirigen el transporte de proteínas a través del complejo del poro.
• Ran/GTP promueve la formación de complejos estable los entre las exportinas y las proteínas diana, dirigiendo el movimiento desde el núcleo al citoplasma.
• Una vez a lado cito sólico, la hidrólisis de la GTP provoca disociación de la proteína diana, que es liberada en el citosol.
• La regulación del transporte de proteínas al núcleo es una forma de control de la expresión génica.
• Como las proteínas citoplasmáticas algunas enmascaran las señales de localización celular
• Ej: el factor de transcripción NF- KB en células no estimuladas se encuentra unidas a una proteína inhibidora (I-kB) que enmascara la NLS.
• En células estimuladas, I-kB se fosforila y se degrada, permitiendo el transporte al núcleo del NF-kB.
• Otras proteínas ven limitada tu entrada al núcleo por fosforilación
• Factor de transcripción SWI5 de levaduras que permanece en el citoplasma resultante de la fosforilación de varios residuos de Ser cercanos al NLS.
• La desfosforilación solo se produce en una etapa concreta del ciclo celular.

ARNS

• Transporte selectivo de macromoléculas por el complejo del poro nuclear
• La salida del ARNm, ARNr y ARNt es un proceso fundamental en la regulación de expresión génica en este las ucariotas
• Proceso activo dependiente de energía que requiere la intervención de moléculas Ran que unen GTP
• Son transportados a través de la envuelta nuclear como complejos ribonucleoproteína (RNPs)
• Algunas proteínas de transporte poseen señales de exportación nuclear reconocidas por los receptores de transporte nucleares.
• ARN pequeños (ARNsn y ARNsno) se transportan al citoplasma donde se unen a proteínas para formar RNPs funcionales que actúan en el núcleo
• Son samll RNAs de unos 150 nucleótidos aproximadamente
• Participan activamente en biogénesis del ARN y controlan la modificaciones químicas del reto de las formas de ARN que forman parte de la maquinaria de procesamiento del ARN.

Organización Interna Del Núcleo

• La expresión génica es regulada por la forma en que se disponen los dominios funcionales en la cromatina interfásica de los cromosomas
• Durante la metafase la cromatina se condensa para formar los cromosomas.

Cromosomas en interfase

• La heterocromatina permanece muy condensada e inactiva
• Eucromatina se distribuye por todo el núcleo de manera descondensada
• Heterocromatina constitutiva está formada por ADN que NUNCA se transcribe (centrómero, telómeros, etc)
• Heterocromatina facultativa se modifica en función de la actividad transcripcional de la célula

Organización de los cromosomas en el interior del núcleo

• La cromatina interfásica se distribuye uniformemente y realmente se disponen de forma ordenada en dominios funcionales que juegan un pal el fundamental del la regulación de la expresión génica
• La distribución no aleatoria de los cromosomas en interfase fue sugerida por primera vez en 1886, por C. Rabl
• Cada cromosoma ocupaba una zona concreta
• Con los centrómeros y los telómeros adheridos a lados opuestos de la envoltura nuclear.
• El modelo se confirmó en 1984 estudios llevados a cabos en Drosophila
• Cada cromosoma ocupa un lugar determinado en el interior del núcleo de manera íntimamente asociados a la envuelta nuclear.
• Los genes que se transcriben parecen situarse las periferias
• Intercromosomicos donde parece ser que ocurre le procesamiento y transporte del ARN
• Gran parte dela heterocromatina se localiza en la periferia del núcleo
• Las proteínas asociadas a la heterocromatina se unen a proteínas de matriz de la lámina nuclear
• Algunas células poseen los centrómeros o telómeros agrupados en polo opuestos

•  Las cromatinas de los núcleos interfásicos están organizados en dominios en forma de bucle que continua entre 50-100 kb de ADN.
  

• Distribución de la cromatina transcripcionalmente activa e inactiva
• Dominios en bucle de heterocromatina (transcripcionalmente inactiva) se asocian con lámina o nucléolo
• Domino transcripcionalmente activos se localizan en a interior del núcleo
• Limites: CTCF y cohesina
• Represor transcripcional CTCF
• Complejo e proteínas involucrado en la colección de las cromátidas hermanas durante la metafase, recombinación homeóloga y la formación de bucle es de ADN
• Uno de los complejos proteicos responsables de la estructura.
• La organización interna del núcleo está demostrada por la localización de otros procesos nucleares en regiones concretas del núcleo

  Replicación

• Los núcleos de las células de mamífero contienen sitios agrupados de replicación del ADN, donde tiene lugar la replicación de múltiples moléculas de ADN.

Procesos nucleares

• Los genes que se transcriben activamente se distribuyen por todo el núcleo

• Pero componentes de las las maquinaria de splicing, dominios estructural es subnucleares discretos mediante la inmunoflorescenica

• Los componentes del aparato splicing está en concentración en las estructuras discretas denominadas motas nucleares

• Sitio responsable del splicing y de reclutar a genes activos de los transcritos

  Nucleólo

• Los núcleos tienen otros dominios estructuralmente diferentes:

• Nucléolo

• Cuerpos de Cajal o enrollados

• Están enriquecidos en RNPs y funcionan com sitios de ensamblaje de los RNPs de entre 0,2-2,0 um en función de la especie.

• Cuerpos PML

• No están enriquecidos de RNPs ni forman parte de los sitios dereplicación y transcripción del ADN de alredwdor de 0,2 a un metro

• Desempeñan un papel en regulación de transcripción que se identifica en células tumorales .

• La estructura de la cromatina en interfase

  Histonas

• la estabilidad e interacción entre el actamero de histonas y el ADN está afectado por la acción de los llamados complejos remodeladores nucleosómicos y son

• deslizamiento del actamero a lo largo de ledes de ADN

• remdelada del nucleasoma otro a la transferencia del nucleosoma las histonas

• Forman el los nucleosomas tienen en una cuenta a menos terminal que pueden sufrir modificaciones pueden ser de las lisinas acetiladas omnetiladas y ser que pueden ser fósforo lad as

• laacetilación e al acción transcripcional se una acoplamento del e los nuclesoma acetilalos de asociar unas regiones cromosomas de más activity transcripcionatemente

• La mentilación se pueden asociar tanto a cromatina activa como reprimirla

Modificaciones Químicas de las colas de las histonas

• Las acetil-transferasas (HAT), es que catalizan las acetilaciones de lisinas
• Las desacetilasas (HDCA) tienen el efecto contrario
• Hay muchos tipos de HAR Y HDCA dependiendo de la histonas y de la lisina modificada
• En general las acetilaciones o las mentilación, reducen la carga positiva de las colas de lisina disminuyendo y su afinidad con le ADN
• Las melitaciones llevan a cabo por transferasas

CROMOSOMAS

• Cada especie eucariota posee un número característico.

•  En la mayor parte de las células hay dos juego (células diplodies) la sgameto tienes un iones *      *Humanos , tienen 46 cromosama y cada uno de los juegos con 23 cromosomas.
  

Son de estos 22 , están formados por cromosoma estrictamentre halogono en cuanto tamaño , información genética.

El sexo chromosoma

X eY, no tienes la misma forma o tamaño

• Cómosa es cromosoma en la en metafase que tienen ambas copias del AND replicado que mantiene unidasa con el centromerao constricción
• que cada una de esa copias es una aromáticas la sdos cromatides forman un cromosoma mantendrán unidad por proteins como la colección
• Cromosoma se une al DNA de forma con secuencia
• La Cromatina interfásica que se encuentra iganizada en los núcleos o más se condensada más o , 4000 veces
• La isitonas y constituyen un sutratode las proteínas quinasas que se fusiona

Los Centrimetro y los Telomeros

• En levaduras la secienciass son corto (110pb) Y mamiferos Cientos de (kb) y repetición y veces específicos de cromosoma
• Están formados por estruturas especializadas and mantener itegridad de cromosoma

El Núcleo

• el sitio del transcripción de ARNt y procesamiento y el ensambjale de cromosoma con los 59,25, 185 con los genes
• Los tiene múltiples copias del genARNr

Cuestionario sobre la organización del ADN en nucleosomas y fibras de cromatina. Se evalúan los componentes proteicos, el enrollamiento del ADN y el transporte de ARN. Preguntas sobre la estructura del ADN.