El transporte nuclear se refiere a los mecanismos por los cuales las moléculas se mueven a través de la membrana nuclear de una célula. La entrada y salida de moléculas grandes del núcleo celular está estrictamente controlada por los complejos de poros nucleares (NPC). Aunque las moléculas pequeñas pueden ingresar al núcleo sin regulación, [1] las macromoléculas como el ARN y las proteínas requieren asociación con factores de transporte conocidos como receptores de transporte nuclear , como las carioferinas llamadas importinas para ingresar al núcleo y exportinas para salir. [2] [3]
La proteína que debe importarse al núcleo desde el citoplasma transporta señales de localización nuclear (NLS) que están unidas por importinas. Un NLS es una secuencia de aminoácidos que actúa como etiqueta. Son diversos en su composición y más comúnmente hidrófilos , aunque también se han documentado secuencias hidrófobas . [1] Las proteínas, el ARN de transferencia y las subunidades ribosómicas ensambladas se exportan desde el núcleo debido a la asociación con exportinas, que se unen a secuencias de señalización llamadas señales de exportación nuclear (NES). La capacidad de los importadores y exportadores de transportar su carga está regulada por la pequeña GTPasa relacionada con Ras ,Ran .
Las GTPasas son enzimas que se unen a una molécula llamada guanosina trifosfato (GTP) que luego hidrolizan para crear guanosina difosfato (GDP) y liberar energía. Ran tiene una conformación diferente dependiendo de si está unido a GTP o GDP. En su estado ligado a GTP, Ran es capaz de unir carioferinas (importinas y exportinas). Las importaciones liberan la carga al unirse a RanGTP, mientras que las exportinas deben vincular a RanGTP para formar un complejo ternario con su carga de exportación. El estado de unión de nucleótidos dominante de Ran depende de si está ubicado en el núcleo (RanGTP) o en el citoplasma (RanGDP).
Importación nuclear
Las proteínas importinas se unen a su carga en el citoplasma, después de lo cual pueden interactuar con el complejo de poros nucleares y pasar a través de su canal. [4] Una vez dentro del núcleo, la interacción con Ran-GTP provoca un cambio conformacional en la importina que hace que se disocie de su carga. [5] El complejo resultante de importina y Ran-GTP luego se traslada al citoplasma, donde una proteína llamada Ran Binding Protein (RanBP) separa Ran-GTP de importina. [4] La separación permite el acceso a una proteína activadora de GTPasa (GAP) que se une a Ran-GTP e induce la hidrólisis de GTP a GDP. [6] El Ran-GDP producido a partir de este proceso ahora se une al factor de transporte nuclear NUTF2 que lo devuelve al nucleoplasma. Ahora, en el núcleo, el Ran-GDP interactúa con un factor de intercambio de nucleótidos de guanina (GEF) que reemplaza el GDP con GTP, lo que da como resultado nuevamente Ran-GTP y comienza el ciclo de nuevo.
Exportación nuclear
La exportación nuclear invierte aproximadamente el proceso de importación; en el núcleo, la exportina une la carga y Ran-GTP y se difunde a través del poro hasta el citoplasma, donde el complejo se disocia. Ran-GTP se une a GAP e hidroliza GTP, y el complejo de Ran-GDP resultante se restaura al núcleo donde intercambia su ligando unido por GTP. Por lo tanto, mientras que los importinos dependen de RanGTP para disociarse de su carga, los exportadores requieren RanGTP para unirse a su carga. [7]
Una proteína exportadora de ARNm especializada mueve el ARNm maduro al citoplasma después de que se completa la modificación postranscripcional. Este proceso de translocación depende activamente de la proteína Ran, aunque el mecanismo específico aún no se comprende bien. Algunos genes que se transcriben con especial frecuencia se localizan físicamente cerca de los poros nucleares para facilitar el proceso de translocación. [8]
La exportación de tRNA también depende de las diversas modificaciones que sufre, evitando así la exportación de tRNA que funciona incorrectamente. Este mecanismo de control de calidad es importante debido al papel central del ARNt en la traducción, donde participa en la adición de aminoácidos a una cadena de péptidos en crecimiento. El exportador de ARNt en vertebrados se llama exportin-t . Exportin-t se une directamente a su carga de ARNt en el núcleo, un proceso promovido por la presencia de RanGTP. Las mutaciones que afectan la estructura del tRNA inhiben su capacidad para unirse a exportin-t y, en consecuencia, para ser exportado, proporcionando a la célula otro paso de control de calidad. [9] Como se describió anteriormente, una vez que el complejo ha cruzado la envoltura, se disocia y libera la carga de ARNt en el citosol.
Transporte de proteínas
Se sabe que muchas proteínas tienen NES y NLS y, por lo tanto, se desplazan constantemente entre el núcleo y el citosol. En ciertos casos, uno de estos pasos (es decir, la importación o exportación nuclear) está regulado, a menudo mediante modificaciones postraduccionales .
El transporte de proteínas se puede evaluar usando un ensayo de fusión de heterocariones . [10]
Referencias
- ^ a b Watson, JD; Baker TA; Bell SP; Gann A; Levine M; Losick R. (2004). "Ch9-10". Biología molecular del gen (5ª ed.). Peason Benjamin Cummings; Prensa CSHL. ISBN 978-0-8053-9603-4.
- ^ Mackmull, MT; Klaus, B; Heinze, yo; Chokkalingam, M; Beyer, A; Russell, RB; Ori, A; Beck, M (18 de diciembre de 2017). "Paisaje de especificidad de carga del receptor de transporte nuclear" . Biología de sistemas moleculares . 13 (12): 962. doi : 10.15252 / msb.20177608 . PMC 5740495 . PMID 29254951 .
- ^ Alberts, Bruce (2004). Biología celular esencial (2ª ed.). Pub científico Garland. págs. 504–506 . ISBN 978-0815334811.
- ^ a b Bruce Alberts; Alexander Johnson; Julian Lewis; Martin Raff; Keith Roberts; Peter Walter, eds. (2002). Biología molecular de la célula (4ª ed.). Garland Science.
- ^ Lodish H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, Zipursky SL, Darnell (2004). Biología celular molecular (5ª ed.). Nueva York: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-2672-2.
- ^ Izaurralde, E; Adam, S (1998). "Transporte de macromoléculas entre el núcleo y el citoplasma" . ARN . 4 (4): 351–64. PMC 1369623 . PMID 9630243 .
- ^ Pemberton, Lucy F .; Bryce M. Paschal (2005). "Mecanismos de importación nuclear mediada por receptores y exportación nuclear". Tráfico . Blackwell Munksgaard. 6 (3): 187–198. doi : 10.1111 / j.1600-0854.2005.00270.x . PMID 15702987 .
- ^ Cole, CN; Scarcelli, JJ (2006). "Transporte de ARN mensajero desde el núcleo hasta el citoplasma". Curr Opin Cell Biol . 18 (3): 299-306. doi : 10.1016 / j.ceb.2006.04.006 . PMID 16682182 .
- ^ Görlich, Dirk; Ulrike Kutay (1999). "Transporte entre el núcleo celular y el citoplasma". Annu. Rev. Cell Dev. Biol . 15 : 607–660. doi : 10.1146 / annurev.cellbio.15.1.607 . PMID 10611974 .
- ^ Gammal, Roseann; Baker, Krista; Heilman, Destin (2011). "Técnica de heterocariones para el análisis de la localización específica del tipo de célula" . Revista de experimentos visualizados (49): 2488. doi : 10.3791 / 2488 . ISSN 1940-087X . PMC 3197295 . PMID 21445034 .
enlaces externos
- Animaciones de transporte nuclear Archivado el 7 de febrero de 2009 en la Wayback Machine.
- Ilustraciones de transporte nuclear Archivado el 7 de febrero de 2009 en la Wayback Machine.