Novedades de la ciencia: Los científicos apoyados por los NIH desarrollan un nuevo modelo estructural para el poro nuclear

Viernes, Octubre 15, 2021
Representación de un artista de una sola célula, con el núcleo y otros orgánulos en una representación tridimensional.
Microscopia fluorescente de los poros nucleares.
Crédito: Alexei Arnaoutov, Ph.D., Dasso Lab, NICHD

Según un nuevo estudio respaldado por los NIH que utilizó métodos avanzados para capturar grandes complejos de proteínas en sus configuraciones naturales, la arquitectura del poro nuclear está determinada por el entorno celular. Este conocimiento ofrece una idea de cómo estas estructuras, como los complejos de poros nucleares, se ven y funcionan dentro de una célula.

El equipo de estudio está dirigido por Thomas U. Schwartz, Ph.D., del Instituto de Tecnología de Massachusetts, que cuenta con el apoyo del Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales de los NIH, y Ohad Medalia, Ph.D., de la Universidad de Zúrich. Los autores incluyen a Mary Dasso, Ph.D., y Saroj G. Regmi, Ph.D., del Instituto Nacional de Salud Infantil y Desarrollo Humano Eunice Kennedy Shriver de los NIH. Los hallazgos aparecen en la revista Nature.

Antecedentes

Los organismos eucariotas, como los animales y las plantas, tienen células que contienen un núcleo y otros orgánulos unidos a la membrana. El material genético de la célula, o ADN, está empaquetado dentro del núcleo. Las proteínas y moléculas solo pueden entrar o salir del núcleo a través de canales regulados denominados poros nucleares. Estos poros están revestidos de proteínas, que forman colectivamente el complejo de poros nucleares. En general, se cree que estos complejos tienen tres anillos (interno, citoplásmico y nucleoplasmático) que rodean el canal de transporte central. Antes de este nuevo estudio, la comprensión de los investigadores de la estructura de estos complejos de poros nucleares se basaba en métodos de imágenes más antiguos que pudieran introducir objetos a medida que se procesaban las muestras. Como resultado, es posible que los modelos estructurales no representen con precisión las configuraciones tridimensionales de un complejo.

Resultados

Para obtener imágenes de los complejos de poros nucleares con mayor precisión, el equipo del estudio utilizó una técnica de imágenes de alta resolución denominada tomografía crioelectrónica o crio-ET. Sin embargo, la crio-ET solo se puede usar en muestras que se cortan en rodajas muy finas (menos de 500 nanómetros), lo que limita la capacidad de los científicos para usar esta técnica en diferentes tipos de células y estructuras. En los últimos años, se desarrolló una nueva forma de obtener muestras, el fresado con haz de iones enfocado en crio, que es lo suficientemente delgada para la crio-ET y se considera un método de preparación libre de objetos.

Usando estas nuevas técnicas, el equipo de estudio determinó la estructura de los complejos de poros nucleares humanos y encontró diferencias notables en comparación con estudios anteriores. El anillo interior es sustancialmente más ancho y proporciona aproximadamente un 75 % más de volumen en el canal de transporte. La membrana nuclear que rodea al complejo nuclear también parece ser asimétrica. Cuando los investigadores agotaron las proteínas clave en el complejo (Nup96), los cambios resultantes indicaron un diseño modular para el poro nuclear, en el que cada anillo regulaba de manera interdependiente el canal central.

En general, los hallazgos destacan la flexibilidad del complejo de poros nucleares y sugieren que el entorno celular tiene una influencia significativa en las dimensiones y la arquitectura del poro.

Importancia

Los hallazgos son los primeros en informar sobre la estructura del poro nuclear en su estado nativo. Sin embargo, los autores escriben que esta estructura es probablemente uno de varios estados de poros nucleares que aún no se han descubierto.

Próximos pasos

Estos nuevos hallazgos abren nuevas preguntas para los investigadores. Por ejemplo, ¿por qué el anillo interior parece maleable mientras que los anillos citoplasmático y nucleoplasmático tienen un tamaño más fijo? ¿Qué crea la asimetría observada en la membrana nuclear? Se necesita más trabajo para comprender estas observaciones y lo que significan para el transporte nuclear.

Referencia

Schuller, AP, et al. The cellular environment shapes the nuclear pore complex architecture en el contenido de Inglés Notificacion de salida. Nature. DOI: 10.1038/s41586-021-03985-3 (2021)

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