REGULACIÓN GENÓMICA, CÉLULAS MADRES, CLONACIÓN

SEMANA 15

REGULACIÓN GENÓMICA, CÉLULAS MADRES, CLONACIÓN

1. Describir los componentes que forman la envoltura nuclear. ¿Cuál es la relación entre las membranas nucleares y el complejo del poro nuclear? ¿Cómo funciona el complejo del poro nuclear al regular el movimiento bidireccional de materiales entre el núcleo y el citoplasma? ¿Qué son las importinas y exportinas?

La envoltura nuclear

La separación del material genético de una célula y el citoplasma circundante puede ser una de las distinciones más importantes entre eucariotas y procariotas.

La envoltura nuclear consta de dos membranas celulares (Membrana nuclear interna y membrana nuclear externa) organizadas en paralelo una con la otra y separadas por un espacio de 10 a 50 nm.Las membranas de la envoltura nuclear sirven como una barrera que protege los iones,solutos y macromoléculas que pasan entre el núcleo y el citoplasma.

Las dos membranas se fusionan en sitios que forman poros nucleares,que contienen proteínas organizadas en complejos.

1. Membrana nuclear externa:

Dato: Por lo general la membrana externa está tapizada con ribosomas y se continúa con la membrana del RER.

Esta continuidad permite que el espacio intermembranoso y el interior del retículo endoplasmático se comuniquen directamente y que la envuelta nuclear funcione también como almacén de calcio. La envuelta nuclear interacciona con elementos del citoesqueleto, microtúbulos y filamentos intermedios, los cuales determinan la posición del núcleo en la célula.

1. Membrana nuclear interna:

La membrana interna contiene una composición molecular diferente y posee proteínas transmembrana que interactúan con la cromatina y con la lámina nuclear. Existe una comunicación entre la membrana nuclear interna y externa en la periferia de los poros nucleares. Se cree que  existe un mecanismo de retención selectiva. Las proteínas se sintetizan en el retículo endoplasmático, y llegan a la membrana interna por difusión, pero sólo aquellas que interaccionan con las proteínas de la lámina nuclear o de la cromatina se mantienen aquí.

La superficie interna de la envoltura nuclear se une mediante proteínas del tipo integral de membrana a una delgada red de filamentos que se conoce como Lámina nuclear.

1. Lámina Nuclear: 

[pic 1]

Brinda el apoyo mecánico a la envoltura nuclear y sirve como sitio de unión para las fibras de cromatina de la periferia del núcleo.

Participa (De una manera que aún no se entiende) en la duplicación y transcripción del ADN.

Los filamentos de la lámina nuclear miden alrededor de 10 nm de diámetro y están compuestos de polipéptidos llamados láminas. Estas láminas se ensamblan en filamentos intermedios. La integridad de los filamentos intermedios que conforman la lámina nuclear se regula por fosforilaciones y desfosforilaciones.

Dato: Se piensa que el desensamble de la lámina nuclear antes de la mitosis se produce por fosforilaciones de las láminas mediante una cinasa. (Las cinasas también llamadas quinasas, son un tipo de enzima que modifica otras moléculas mediante fosforilación).

Las principales proteínas que componen la lámina nuclear se denominan láminas, se encuentran en dos isoformas: tipo A (láminas A y C) y tipo B (láminas B1 y B2/3). Pertenecen a la familia de los filamentos intermedios. Estas proteínas se disponen en forma de malla cubriendo toda la cara interna de la envuelta nuclear a la cual están unidas por un lado, mientras que por el otro anclan la cromatina.

Una de sus principales funciones de la lámina nuclear es la de mantener la estructura de la envuelta nuclear. Las deficiencias en estas proteínas producen las enfermedades denominadas laminopatías, las cuales presentan núcleos desorganizados y pueden llevar a la muerte celular o a la fragilidad de la envuelta nuclear. La desorganización y organización de la envuelta nuclear durante la división celular se debe a acciones enzimáticas sobre las láminas.

Dato: Las mutaciones en uno de los genes de la lámina (LMNA) son la causa de diversas enfermedades del ser humano. Por ejemplo, una forma rara de distrofia muscular denominada (EDMD2) en el cual las células musculares contienen núcleos extremadamente frágiles.

Mutaciones en la lámina A se han vinculado con una enfermedad llamada Síndrome de progeria de Hutchinson-Gilford (HGPS), que se caracteriza por envejecimiento prematuro y muerte durante la adolescencia a causa de ataque cardiaco o apoplejía.

Otra función Lámina nuclear es servir de soporte para diversas reacciones relacionadas con la cromatina. Las regiones de cromatina asociadas a la lámina cambian según el tipo celular y el estado de desarrollo de la célula, por eso debe ser un elemento regulador de la expresión génica.

También sirve de punto de anclaje del núcleo al citoesqueleto de la célula, lo que permite al núcleo situarse en una posición determinada dentro de la célula o moverse por su interior.

1. Poros Nucleares: (Respuesta a pregunta 1.1,1.2,1.4)

Son complejos proteicos localizados en la envuelta nuclear cuya misión es permitir y controlar el tráfico de moléculas entre el núcleo y el citoplasma.

Son la puerta de comunicación entre núcleo y citoplasma y todo el transporte nucleocitoplasmático se da a través de ellos. Esto permite que la regulación de tal transporte condicione qué genes se expresan y cuáles no. Así, los poros nucleares son un elemento clave en la diferenciación celular, regulación del funcionamiento normal de la célula o permitir el cambio en la expresión de genes.

Las proteínas que forman parte del complejo del poro se denominan nucleoporinas. 

Las proteínas que forman los poros nucleares se asocian para formar 8 bloques que configuran un octágono regular y se organizan formando anillos:

1. El anillo citoplasmático orientado hacia el citoplasma.
2. El anillo radial situado en el hueco que deja la envuelta nuclear y es responsable de anclar el complejo del poro a las membranas de la envuelta nuclear [pic 2]

1.  El anillo nuclear que se encuentra en el núcleo.

Además, desde cada bloque se proyectan fibrillas proteicas que van hacia el citoplasma denominadas fibras citoplasmáticas, y otras al interior del núcleo que reciben el nombre de fibras nucleares. Éstas últimas se conectan a otro conjunto de proteínas que forman una estructura cerrada llamada anillo distal. Ambos, fibras nucleares y anillo distal forman la jaula nuclear.

El transporte mediado por los poros nucleares es específico y aprovecha el gradiente creado por las moléculas ran-GTP y Rand-GDP.

El transporte mediado por los poros nucleares está organizado por las proteínas Ran-GTPasas y por unas familias de proteínas denominadas importinas y exportinas. Las moléculas Ran-GTPasas son trascendentales tanto para la importación como para la exportación de moléculas. Son las responsables de crear un gradiente que dirige el transporte y crear este gradiente es la única parte del transporte por parte de los poros nucleares que gasta energía. Las moléculas Ran pueden estar en tres estados: Ran-GTP, Ran-GDP y Ran. El paso de un estado a otro está mediado por otras enzimas. En el nucleo hay una mayor concentración de Ran-GTP, mientras que en el citplasma abunda la Ran-GTP.

Las proteínas que tienen que ser importadas al nucleoplasma necesitan poseer una secuencia de aminoácidos o péptido señal de entrada y las que tienen que ser exportadas un péptido señal de salida. Estas secuencias de aminoácidos serán reconocidas por las importinas o por las exportinas, respectivamente. Las proteínas de los poros nucleares no interaccionan directamente con las proteínas transportadas sino son las importinas y las exportinas. Estos complejos importina-proteína o exportina-proteína utilizan los gradientes de las moléculas Ran-GTP o Ran-GDP para cruzar los poros nucleares y llevar sus cargas al otro lado.

Importancia de las importinas y exportinas

Las importinas y las exportinas son dos de las familias de moléculas que reconocen péptidos señal de entrada o salida, respectivamente, de aquellas moléculas que tienen que entrar o salir del núcleo. Son estas dos familias de proteínas las que interaccionan con las nucleoporinas durante su traslado por los poros nucleares.

El mecanismo de exportación de  ARNt sigue un mecanismo en el que es reconocido por una exportina denominada exportina-t, que también se une a una Ran-GTP. El mecanismo de exportación de los ARNr no se conoce muy bien. Los ARNm no utilizan, en su mayoría el sistema de transporte mediado por Ran-GTP sino el que está mediado por dos proteínas que forman el complejo Tap/Nxt, el cual interacciona con las nucleoporinas y posibilita el transporte con gasto de ATP. Una pequeña cantidad de ARNm parece usar las proteínas Crm1, siendo en este caso un transporte dependiente del gradiente creado por las proteínas Ran.

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