TEMA 9. EL NÚCLEO PDF

TEMA 9. EL NÚCLEO INTERFÁSICO  Componentes del núcleo  Envoltura y lámina nuclear: organización de la cromatina, territorios cromosómicos, regulación de la expresión génica y mecanotransducción  Transporte núcleo-citoplasmático a través de los poros nucleares  Nucléolo: c...

TEMA 9. EL NÚCLEO INTERFÁSICO  Componentes del núcleo  Envoltura y lámina nuclear: organización de la cromatina, territorios cromosómicos, regulación de la expresión génica y mecanotransducción  Transporte núcleo-citoplasmático a través de los poros nucleares  Nucléolo: componentes y dinámica. Otros cuerpos nucleares 1 Identificando los componentes del núcleo interfásico con MET Nucleoplasma (cromatina) Lámina nuclear Envoltura nuclear y poros nucleares Nucléolo HC poro lámina  Organización de la cromatina en interfase: Eucromatina y Heterocromatina H U-H3 las marcas revelan que la transcripción ocurre en las zonas con eucromatina E Sólo la eucromatina (menor grado de compactación) es transcripcionalmente activa Durante el ciclo celular existe una compleja regulación de la actividad transcripcional: heterocromatina constitutiva vs. heterocromatina facultativa, distribución de la cromatina en el núcleo, etc. Los diferentes tipos de células tienen patrones específicos de:  Cantidad heterocromatina vs. eucromatina, distribución (centrómeros, telómeros)  Proporción de heterocromatina constitutiva vs. heterocromatina facultativa (depende de la actividad celular)  Tamaño nuclear y ratio del volumen núcleo/citoplasma hepatocito célula plasmática célula mesenquimática miocito fibroblasto  LA LÁMINA NUCLEAR Formada por una densa red de proteínas fibrilares (laminas, filamentos intermedios tipo V) en el lado interno de la envoltura TEM SEM H H H Poro nuclear Lámina nuclear Forman homopolímeros que conectan unos con otros en varias redes interconectadas Las laminas tipo B (al menos una siempre está presente) tienen una unión más fuerte con la envoltura nuclear y ayudan a mantener su forma e integridad Las laminas tipo A están ausentes en las células del embrión temprano; su expresión está ligada a la diferenciación celular, unidas a la membrana interna (mediante LAPs –Lamin Associated Proteins-) o en el nucleoplasma Las alteraciones de la lámina nuclear y sus funciones provocan un grupo de enfermedades llamadas laminopatías (incluyendo algunas progerias) - Mutaciones genes de las laminas (A y C ppalmente) - Alteraciones en síntesis y procesamiento de laminas (farnesilación) 4  A través de la envoltura nuclear los complejos LINC (linker of the nucleoskeleton and cytoskeleton) conectan los citoesqueletos nuclear y citoplásmico, produciendo su acoplamiento funcional (mecanotrasducción) Burke B. Nat Rev Mol Cell Biol. 2013 Los cambios en el microambiente de la MEC (estrés, rigidez, etc.) alteran la expresión de lamina A y la ratio lamina A/B, regulando la expresión génica e influyendo en la diferenciación celular, migración celular, etc. 5 La membrana interna y las laminas nucleares participan en la organización de la cromatina en dominios y en la regulación de la expresión génica (importancia de la posición en el control de la expresión génica) chromatin domains Regiones génicas más activas internas y regiones inactivas periféricas (asociadas a la membrana) o en contacto con el nucléolo Excepción: en la cara interna de la envoltura nuclear, los genes más activos se localizan próximos a los CPN (y los genes silenciados alejados) Nat Rev Genet. 2018 Oct 24. doi: 10.1038/s41576-018-0063-5 H  La membrana interna y las laminas nucleares también contribuyen a la organización de la cromatina en territorios cromosómicos (compartimentos subnucleares) Visualización de distintos cromosomas Los territorios cromosómicos son entidades dinámicas por Hibridación In Situ con sondas en las que los genes que participan en un mismo proceso Fluorescentes de DNA -FISH- pueden interactuar de forma transitoria (pintado de cromosomas) Figure 4-63 Molecular Biology of the Cell Tratamiento de una línea celular de cáncer de mama con estrógenos (E2) cromosoma 21 2 Karp, Cell Biology 2010 Territorios cromosómicos de los cromosomas humanos: combinación de sondas de DNA y reconstrucción 3D interacciones locales entre bucles de cromatina (microdominios cromosómicos) Los complejos de poro nuclear regulan el transporte entre núcleo y citosol Transporte regulado (gated transport) lado nuclear lado citosólico 8  Los Complejos de Poro Nuclear atraviesan la envoltura nuclear, tienen geometría octogonal y están formados por >30 nucleoporinas (NUP) distintas, 500-1.000 moléculas, ~ 100 MDa Las NUPs del canal central poseen regiones desestructuradas y repeticiones fenilalanina-glicina (FG) que regulan el paso de moléculas FG FG FG Un gran poro acuoso regula el paso bidireccional de moléculas según su tamaño; las proteínas pasan en su conformación plegada 26 nm Figure 12-9 y 12-10 Molecular Biology of the Cell 9 nm < 20 KDa > 60 KDa 9  Las proteínas nucleares son importadas mediante Señales de Localización Nuclear (NLS): 1 o 2 secuencias (8-30 aas) ricas en aas con carga + (prototipo: ) Las NLS no son eliminadas tras la importación (las prot. pueden ser importadas varias veces) Experiment 1: Injection in cytosol of Experiment 2: mutation of NLS in T- gold-labeled nucleoplasmin antigen, a viral helicase infecting cells t Fig 12-9, 12-10 Molecular Biology of the Cell  Las carioferinas son una familia de receptores solubles de trasporte nuclear que reconocen las proteínas que llevan las señales de importación (importinas) o de exportación (exportinas) Figure 12-11 MBC Karp, Cell Biology 2010 Las importinas se unen tanto a las NLS (1) como a las repeticiones-FG de las NUPs (2,3) La energía necesaria para el transporte y para el desensamblaje del complejo receptor carga proviene de la hidrólisis de GTP por la proteína Ran (4) Una exportina dirige la exportación de la α-importina; Ran devuelve β-importina al citosol (5) La exportinas reconocen señales de exportación nuclear (NES) para la salida de proteínas del núcleo (p.ej. formando complejos ribonucleoproteicos); otras exportinas se unen a secuencias específicas de los RNAt y RNAr Las NES son secuencias cortas de aminoácidos hidrofóbicos El nucléolo y otros cuerpos nucleares El nucléolo y otros cuerpos nucleares H H N H H U-H3 12 síntesis rRNA  Existen múltiples copias en tándem del gen que codifica el rRNA que forma los ribosomas Están situadas en el extremo de varios cromosomas (5 en humanos), se llaman Regiones Organizadoras Nucleolares (NOR) y forman el nucléolo La transcripción de cada copia produce un pre-rRNA 45S que madura en los diferentes rRNAs cromosomas acrocéntricos humanos con NOR Centrómero Telómero secuencia espaciadora no transcribible Genes nucleolares (rDNA) en transcripción Componentes del nucléolo H 1 1 2 3 2 2 1 3 1. Centro fibrilar RONs en transcripción 2. Componente fibrilar denso (pars fibrosa) 45S RNA en procesamiento, algunas RNPs 3. Componente granular (pars granulosa) precursores ribosomas  Los cuerpos nucleares (gránulos intercromatínicos) son estructuras muy dinámicas formadas por altas concentraciones de moléculas que constituyen la maquinaria necesaria para realizar funciones celulares específicas:  transcripción (factorías de transcripción)  replicación (focos de replicación)  represión de la transcripción (cuerpos Polycomb)  transcripción y maduración de rRNA (nucléolo) Replicación Transcripción represión trans- factoría de represión trans- cripción por unión transcripción cripción por a lámina basal prot. Polycom Current Opinion in Cell Biology 2011, 23:354-359  Los cuerpos nucleares son estructuras multifuncionales que funcionan como centros de actividad (hubs) que responden dinámicamente a diferentes tipos de estrés metabólico Cuerpos nucleares y proteínas multifuncionales 16 TEMA 9 LECTURAS RECOMENDADAS Alberts et al., 5/6ª ed., Omega/Garland Science - Cap. 4. DNA, cromosomas y genomas - Cap. 6. Cómo leen las células el genoma: del DNA a la proteína - Cap. 12. Compartimientos intracelulares y clasificación de proteínas Becker et al., 6/7ª ed., Pearson/B. Cummings - Cap. 18. Base estructural de la información celular: DNA, cromosomas y el núcleo Karp, 2010, Cell Biology 6ª ed., Wiley eds. - Cap 6. Controlling gene expression LECTURAS COMPLEMENTARIAS Referencias indicadas en las figuras 17