Las nucleoporinas son una familia de proteínas que son los componentes básicos del complejo de poros nucleares (NPC). [1] El complejo de poros nucleares es una estructura masiva incrustada en la envoltura nuclear en sitios donde las membranas nucleares interna y externa se fusionan, formando una puerta de entrada que regula el flujo de macromoléculas entre el núcleo celular y el citoplasma . Los poros nucleares permiten el transporte pasivo y facilitado de moléculas a través de la envoltura nuclear . Las nucleoporinas, una familia de alrededor de 30 proteínas, son los componentes principales del complejo de poros nucleares en eucariotas.células. La nucleoporina 62 es el miembro más abundante de esta familia. [2] Las nucleoporinas pueden transportar moléculas a través de la envoltura nuclear a una velocidad muy alta. Un solo NPC es capaz de transportar 60.000 moléculas de proteína a través de la envoltura nuclear cada minuto. [3]
Nucleoporina 133/155, N terminal | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | Nucleoporina_N | |||||||
Pfam | PF08801 | |||||||
InterPro | IPR014908 | |||||||
SCOP2 | 1XKS / SCOPe / SUPFAM | |||||||
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Nucleoporina 133/155, terminal C (ACE2) | ||||||||||
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Identificadores | ||||||||||
Símbolo | Nucleoporina_C | |||||||||
Pfam | PF03177 | |||||||||
InterPro | IPR007187 | |||||||||
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Repetición de FG | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | Nucleoporina_FG | |||||||
Pfam | PF13634 | |||||||
Clan pfam | CL0647 | |||||||
InterPro | IPR025574 | |||||||
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Función
Las nucleoporinas median el transporte de macromoléculas entre el núcleo celular y el citoplasma en eucariotas . Ciertos miembros de la familia de las nucleoporinas forman el andamiaje estructural del complejo de poros nucleares. Sin embargo, las nucleoporinas funcionan principalmente interactuando con moléculas de transporte conocidas como carioferinas , también conocidas como Kaps [4]. Estas carioferinas interactúan con nucleoporinas que contienen secuencias repetidas de los aminoácidos fenilalanina (F) y repeticiones de péptidos de glicina (G) FG. [5] Al hacerlo, las carioferinas pueden transportar su carga a través de la envoltura nuclear. Las nucleoporinas solo son necesarias para el transporte de moléculas hidrófilas grandes por encima de 40 kDa, ya que las moléculas más pequeñas pasan a través de los poros nucleares a través de la difusión pasiva . Las nucleoporinas juegan un papel importante en el transporte de ARNm desde el núcleo al citoplasma después de la transcripción . [6] Dependiendo de su función, ciertas nucleoporinas se localizan en el lado citosólico o nucleoplasmático del complejo de poros nucleares. Se pueden encontrar otras nucleoporinas en ambos lados. Recientemente se ha demostrado que las nucleoporinas FG tienen características conservadas evolutivas específicas codificadas en sus secuencias que proporcionan información sobre cómo regulan el transporte de moléculas a través del complejo de poros nucleares (NPC). [7] [8]
Estructura
Las nucleoporinas se agregan para formar un complejo de poro nuclear , un anillo octagonal que atraviesa la envoltura nuclear. El anillo consta de ocho subcomplejos de andamio, con dos capas estructurales de recubrimiento similar a COPII que intercalan algunas proteínas que recubren el poro. Desde el citoplasma hasta el nucleoplasma, las tres capas del complejo de anillos se denominan citoplasma, poro interno y anillos de nucleoplasma, respectivamente. Diferentes conjuntos de proteínas se asocian en cada anillo y algunas proteínas transmembrana anclan el ensamblaje a la bicapa lipídica. [9]
En un subcomplejo de andamio, tanto el citoplasma como los anillos de nucleoplasma están formados por complejos Y, un complejo de proteínas formado, entre otros, por NUP133 y NUP107. En cada extremo de cada uno de los ocho andamios hay dos complejos Y, que suman 32 complejos por poro. [9] La relación de la curvatura de la membrana de un poro nuclear con los complejos Y puede considerarse análoga a la formación de gemación de una vesícula recubierta de COPII. [3] Las proteínas que recubren el poro interno forman el complejo NUP62. [9]
En el lado del nucleoplasma, las proteínas adicionales asociadas con el anillo forman "la canasta nuclear", un complejo capaz de unir la nucleoporina a la lámina nuclear e incluso a partes específicas del genoma. [9] El extremo citoplasmático es menos elaborado, con ocho filamentos que se proyectan hacia el citoplasma. No parecen tener ningún papel en la importación nuclear. [10]
Las nucleoporinas de membrana se asocian tanto con el andamio como con la membrana nuclear. Algunos de ellos, como GP210 , atraviesan toda la membrana, otros (como NUP98 ) actúan como clavos con partes estructurales para el revestimiento, así como partes que perforan la membrana. [9] Anteriormente se pensaba que NUP98 era una nucleoporina FG, hasta que se demostró que la "FG" contenía un pliegue en espiral. [9]
Algunas nucleoporinas contienen repeticiones de FG. Las repeticiones de FG, que reciben su nombre de fenilalanina y glicina , son pequeños segmentos hidrófobos que rompen tramos largos de aminoácidos hidrófilos . Estas partes flexibles forman segmentos desplegados o desordenados sin una estructura fija. [11] Forman una masa de cadenas que permiten que las moléculas más pequeñas se difundan, pero excluyen las grandes macromoléculas hidrófilas. Estas moléculas grandes solo pueden atravesar un poro nuclear si van acompañadas de una molécula de señalización que interactúa temporalmente con el segmento de repetición FG de una nucleoporina. Las nucleoporinas FG también contienen una porción globular que sirve como ancla para la unión al complejo de poros nucleares. [3]
Se ha demostrado que las nucleoporinas forman varios subcomplejos entre sí. El más común de estos complejos es el complejo nup62, que es un conjunto compuesto por NUP62 , NUP58, NUP54 y NUP45. [12] Otro ejemplo de tal complejo es el complejo Y (NUP107-160), compuesto por muchas nucleoporinas diferentes. El complejo NUP107-160 se ha localizado en cinetocoros y juega un papel en la mitosis . [13]
Evolución
Muchas nucleoporinas estructurales contienen dominios de proteínas solenoides , dominios que consisten en repeticiones que pueden apilarse juntas como bloques de construcción a granel. Hay dominios de hélice beta con similitudes con las repeticiones de WD40 y, lo que es más interesante, tipos únicos de repeticiones de solenoides alfa (haces de hélices) que forman una clase propia, los elementos de coatómero ancestrales (ACE). Hasta la fecha, se han identificado dos clases de ACE. ACE1 es un dominio de 28 hélices que se encuentra en muchas nucleoproteínas de andamiaje, así como en SEC31 , un componente de COPII. ACE2, que se muestra en el cuadro de información, se encuentra en la levadura Nup157 / Nup170 (humana Nup155) y Nup133. En cualquier caso, los dominios compartidos, como sugieren sus nombres, indican una ascendencia compartida tanto dentro de las nucleoproteínas como entre las nucleoproteínas y los cotámeros. [14]
Todos los eucariotas vivos comparten muchos componentes importantes del NPC, lo que indica que un complejo completo está presente en su ancestro común. [15]
Mecanismo de transporte
Las nucleoporinas regulan el transporte de macromoléculas a través de la envoltura nuclear a través de interacciones con las moléculas transportadoras carioferinas . Las carioferinas se unirán a su carga e interactuarán de manera reversible con las repeticiones de FG en las nucleoporinas. Las carioferinas y su carga pasan entre las repeticiones de FG hasta que se difunden en su gradiente de concentración y a través del complejo de poros nucleares. Las carioferinas pueden servir como importina (transporte de proteínas al núcleo) o exportina (transporte de proteínas fuera del núcleo). [3] liberación carioferinas de su carga es impulsado por Ran , una proteína G . Ran es lo suficientemente pequeño como para que pueda difundirse a través de los poros nucleares en su gradiente de concentración sin interactuar con las nucleoporinas. Ran se unirá a GTP o GDP y tiene la capacidad de cambiar la afinidad de un carioferin por su carga. Dentro del núcleo, RanGTP hace que una carioferina importante cambie de conformación, lo que permite que se libere su carga. RanGTP también puede unirse a las carioferinas exportadas y pasar a través del poro nuclear. Una vez que ha alcanzado el citosol, RanGTP se puede hidrolizar a RanGDP, lo que permite que se libere la carga de la exportación. [dieciséis]
Patología
Varias enfermedades se han relacionado con patologías de nucleoporinas, en particular diabetes , cirrosis biliar primaria , enfermedad de Parkinson y enfermedad de Alzheimer . También se ha demostrado que la sobreexpresión de los genes que codifican diferentes nucleoporinas está relacionada con la formación de tumores cancerosos .
Se ha demostrado que las nucleoporinas son muy sensibles a los cambios en la concentración de glucosa . Por lo tanto, los individuos afectados por la diabetes a menudo exhiben un aumento de la glicosilación de nucleoporinas, particularmente nucleoporina 62 . [2]
Las afecciones autoinmunes como los anticuerpos anti-p62 , que inhiben los complejos p62, tienen vínculos con la cirrosis biliar primaria que destruye los conductos biliares del hígado. [12]
Las disminuciones en la producción del complejo p62 son comunes a muchas enfermedades neurodegenerativas . Modificación del promotor p62 por oxidación se correlaciona con la enfermedad de Alzheimer , enfermedad de Huntington , y enfermedad de Parkinson , entre otras enfermedades neurodegenerativas. [17]
El aumento de la expresión del gen NUP88 , que codifica la nucleoporina 88, se encuentra comúnmente en displasias precancerosas y neoplasias malignas . [18]
La proteína nucleoporina aladina es un componente del complejo de poros nucleares . Las mutaciones en el gen aladin son responsables del síndrome triple A , una enfermedad neuroendocrinológica autosómica recesiva . La aladina mutante provoca un fallo selectivo de la importación de proteínas nucleares e hipersensibilidad al estrés oxidativo . [19] La importación de las proteínas reparadoras de ADN aprataxina y ADN ligasa I se reduce selectivamente, y esto puede aumentar la vulnerabilidad del ADN de la célula a los daños inducidos por estrés oxidativo que desencadenan la muerte celular. [19]
Ejemplos de
Cada nucleoporina individual se nombra de acuerdo con su peso molecular (en kilo Daltons ). A continuación se muestran varios ejemplos de proteínas de la familia de las nucleoporinas:
- NUP35 , NUP37 , NUP43 , NUP50
- NUP54 , NUP62 , NUP85 , NUP88 , NUP93 , NUP98
- NUP107 , NUP133 , NUP153 , NUP155 , NUP160 , NUP188
- NUP205 , NUP210 , NUP214
Referencias
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enlaces externos
- Nucleoporina en los encabezamientos de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
- Nucleoporina (búsqueda InterPro)