complejo del poro nuclear

Las proteínas nucleares se sintetizan en el citoplasma y deben ser importadas al núcleo a través de los complejos de poro nuclear (NPC). La importación puede ser dirigida por diversas señales, de las cuales la señal de localización nuclear (NLS) es la mejor caracterizada. ^{[ 19 ]} Se conocen varias secuencias NLS, que generalmente contienen una secuencia conservada con residuos básicos como PKKKRKV. Cualquier material con una NLS será captado por las importinas hacia el núcleo.

La importación comienza con la unión de Importina-α a la secuencia NLS de las proteínas de carga, formando un complejo. Posteriormente, Importina-β se une a Importina-α, facilitando el transporte hacia el NPC. ^{[ 20 ]}

Cuando el complejo llega al NPC, se difunde a través del poro sin necesidad de energía adicional. Al entrar en el núcleo, RanGTP se une a Importina-β y la desplaza del complejo. Luego, la proteína de susceptibilidad a la apoptosis celular (CAS), una exportina que en el núcleo está unida a RanGTP, desplaza a Importina-α de la carga. La proteína NLS queda así libre en el nucleoplasma. El complejo Importina-β-RanGTP e Importina-α-CAS-RanGTP se difunde de vuelta al citoplasma, donde los GTP se hidrolizan a GDP, lo que provoca la liberación de Importina-β e Importina-α, que quedan disponibles para una nueva ronda de importación de proteínas NLS. ^{[ 21 ]}

Si bien la translocación a través del complejo del poro nuclear (NPC) no depende de energía, el ciclo de importación completo requiere la hidrólisis de dos moléculas de GTP, lo que lo convierte en un proceso de transporte activo. Este ciclo se impulsa mediante el gradiente nucleocitoplasmático de RanGTP. Dicho gradiente se origina por la localización nuclear exclusiva de las RanGEF, proteínas que intercambian GDP por GTP en las moléculas de Ran. Por lo tanto, existe una mayor concentración de RanGTP en el núcleo que en el citoplasma.

Además de la importación nuclear, ciertas moléculas y complejos macromoleculares, como las subunidades ribosómicas y los ARN mensajeros , requieren ser exportados del núcleo al citoplasma. Este proceso de exportación refleja el mecanismo de importación en complejidad e importancia.

En un escenario de exportación clásico, las proteínas con una secuencia de exportación nuclear (NES) forman un complejo heterotrimérico con una exportina y RanGTP dentro del núcleo. Un ejemplo de dicha exportina es CRM1. Este complejo posteriormente se transloca al citoplasma , donde ocurre la hidrólisis de GTP, liberando la proteína que contiene la NES. El complejo CRM1-RanGDP resultante regresa al núcleo, donde las RanGEF catalizan el intercambio de GDP por GTP en Ran, reponiendo la fuente de energía del sistema. Todo este proceso depende de la energía y consume una molécula de GTP. Cabe destacar que la actividad de exportación mediada por CRM1 puede ser inhibida por compuestos como la leptomicina B.

Diferentes vías de exportación a través del complejo del poro nuclear (NPC) para diversas clases de ARN. La exportación de ARN está mediada por señales, con señales de exportación nuclear (NES) presentes en las proteínas de unión a ARN, excepto para el ARNt, que carece de un adaptador. Cabe destacar que todos los ARN virales y celulares ( ARNt , ARNr , ARNsn U , microARN ), excepto el ARNm, dependen de RanGTP. Los factores de exportación de ARNm conservados son necesarios para la exportación nuclear del ARNm. Estos factores son Mex67/Tap (subunidad grande) y Mtr2/p15 (subunidad pequeña).

En los eucariotas superiores, se cree que la exportación de ARNm depende del empalme. El empalme recluta el complejo proteico TREX a los mensajes empalmados, que actúa como adaptador para TAP, una proteína de unión a ARN de baja afinidad. Sin embargo, existen vías alternativas de exportación de ARNm que no dependen del empalme para mensajes especializados como las histonas. Trabajos recientes también sugieren una interacción entre la exportación dependiente del empalme y una de estas vías alternativas de exportación de ARNm para los transcritos secretores y mitocondriales. ^{[ 22 ]}

Existen varias teorías sobre cómo se ensamblan los complejos de poro nuclear (NPC). Dado que la inmunodepleción de ciertos complejos proteicos, como el complejo Nup 107-160, da lugar a la formación de núcleos sin poro, parece probable que los complejos Nup participen en la fusión de la membrana externa de la envoltura nuclear con la interna, y no que la fusión de la membrana inicie la formación del poro. Existen varias maneras en que esto podría conducir a la formación completa del NPC.

• Una posibilidad es que, como complejo proteico, se una a la cromatina . Posteriormente, se inserta en la doble membrana cerca de la cromatina. Esto, a su vez, provoca la fusión de dicha membrana. Alrededor de este complejo proteico, otros se unen finalmente formando el complejo del poro nuclear (NPC). Este método es posible durante todas las fases de la mitosis, ya que la doble membrana está presente alrededor de la cromatina antes de que el complejo de proteínas de fusión de membrana pueda insertarse. Las células posmitóticas podrían formar primero una membrana, en la que posteriormente se insertarían poros.
• Otro modelo para la formación del NPC es la producción de un preporo como punto de partida en lugar de un único complejo proteico. Este preporo se formaría cuando varios complejos Nup se unen a la cromatina. Esto daría lugar a la formación de una doble membrana a su alrededor durante el reensamblaje mitótico. Se han observado posibles estructuras de preporo en la cromatina antes de la formación de la envoltura nuclear (EN) mediante microscopía electrónica. ^{[ 24 ]} Durante la interfase del ciclo celular, la formación del preporo ocurriría dentro del núcleo, siendo cada componente transportado a través de los NPC existentes. Estas Nups se unirían a una importina, una vez formadas, impidiendo el ensamblaje de un preporo en el citoplasma. Una vez transportadas al núcleo, Ran GTP se uniría a la importina y provocaría la liberación de la carga. Esta Nup quedaría libre para formar un preporo. Se ha demostrado que la unión de las importinas transporta al núcleo las nucleoporinas Nup 107 y Nup 153. ^{[ 23 ]} El ensamblaje del NPC es un proceso muy rápido, pero ocurren estados intermedios definidos, lo que lleva a la idea de que este ensamblaje ocurre de manera gradual. ^{[ 25 ]}

Durante la mitosis, el NPC parece desensamblarse por etapas, excepto en eucariotas inferiores como la levadura, donde el desensamblaje del NPC no ocurre durante la mitosis. ^{[ 26 ]} Las nucleoporinas periféricas , como Nup153, Nup98 y Nup214, se disocian del NPC. El resto, que puede considerarse una proteína andamiaje , permanece estable como complejos de anillos cilíndricos dentro de la envoltura nuclear. Se cree que este desensamblaje de los grupos periféricos del NPC está impulsado principalmente por fosfato, ya que varias de estas nucleoporinas se fosforilan durante las etapas de la mitosis. Sin embargo, se desconoce la enzima involucrada en la fosforilación in vivo. En los metazoos (que experimentan mitosis abierta), la NE se degrada rápidamente después de la pérdida de las Nups periféricas. La razón de esto puede deberse al cambio en la arquitectura del NPC. Este cambio puede hacer que el NPC sea más permeable a las enzimas involucradas en la degradación de la NE, como la tubulina citoplasmática, además de permitir la entrada de proteínas reguladoras mitóticas clave. En organismos que experimentan una mitosis semiabierta, como el hongo filamentoso Aspergillus nidulans , 14 de las 30 nucleoporinas se desensamblan de la estructura central del andamiaje, impulsadas por la activación de las quinasas NIMA y Cdk1 que fosforilan las nucleoporinas y abren los poros nucleares ^{[ 27 ] [ 28 ]} , ensanchando así el poro nuclear y permitiendo la entrada de reguladores mitóticos. ^{[ 29 ]}

En los hongos que experimentan mitosis cerrada , donde el núcleo permanece intacto, los cambios en la barrera de permeabilidad de la envoltura nuclear se atribuyen a alteraciones dentro del complejo del poro nuclear (CPN). Estos cambios facilitan la entrada de reguladores mitóticos al núcleo. Estudios en Aspergillys nidulans sugieren que la composición del CPN parece estar afectada por la quinasa mitótica NIMA. NIMA potencialmente fosforila las nucleoporinas Nup98 y Gle2/Rae1, lo que conduce a la remodelación del CPN. ^{[ 30 ]} Esta remodelación permite la entrada nuclear del complejo proteico cdc2/ciclina B y varias otras proteínas, incluida la tubulina soluble. El andamiaje del CPN permanece intacto durante toda la mitosis cerrada. Esto parece preservar la integridad de la envoltura nuclear. ^{[ 31 ]}