Las proteínas Wiggly protegen el genoma
Una red dinámica en los poros de la envoltura nuclear bloquea invasores peligrosos
Los diminutos poros del núcleo celular desempeñan un papel esencial en el envejecimiento saludable al proteger y preservar el material genético. Un equipo alemán del Departamento de Biofísica Teórica del Instituto Max Planck de Biofísica de Fráncfort del Meno y del Grupo de Biofísica Sintética del Desorden de proteínas de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia ha colmado literalmente una laguna en la comprensión de la estructura y función de estos poros nucleares. Los científicos descubrieron cómo las proteínas intrínsecamente desordenadas del centro del poro pueden formar una barrera móvil parecida a un espagueti que es permeable para factores celulares importantes pero bloquea virus u otros patógenos.
La imagen muestra una impresión artística de la estructura rocosa del complejo de poros nucleares llena de proteínas intrínsecamente desordenadas en el canal central representado como algas. En este trabajo, "buceamos" en el oscuro agujero del complejo de poros nucleares para iluminar las proteínas desordenadas.
© Sara Mingu
Las células humanas resguardan su material genético dentro del núcleo celular, protegido por la membrana nuclear. Como centro de control de la célula, el núcleo debe poder intercambiar importantes moléculas mensajeras, metabolitos o proteínas con el resto de la célula. Por ello, en la membrana nuclear hay unos 2.000 poros, cada uno de ellos compuesto por unas 1.000 proteínas.
Durante décadas, los investigadores han estado fascinados por la estructura tridimensional y la función de estos poros nucleares, que actúan como guardianes del genoma: se permite el paso de sustancias necesarias para el control de la célula, mientras que se bloquea la entrada de patógenos u otras sustancias dañinas para el ADN. Los poros nucleares son como porteros moleculares que controlan a miles de visitantes por segundo. Sólo los que tienen entrada pueden pasar.
¿Cómo consiguen los poros nucleares llevar a cabo esta enorme tarea? Unas 300 proteínas unidas al andamiaje de los poros se adentran como tentáculos en la abertura central. Hasta ahora, los investigadores desconocían cómo están dispuestos estos tentáculos y cómo repelen a los intrusos. Esto se debe a que estas proteínas son intrínsecamente desordenadas y carecen de una estructura tridimensional definida. Son flexibles y se mueven continuamente, como espaguetis en agua hirviendo.
Combinación de microscopía y simulaciones por ordenador
Como estas proteínas intrínsecamente desordenadas (IDP) cambian constantemente de estructura, a los científicos les resulta difícil descifrar su arquitectura tridimensional y su función. La mayoría de las técnicas experimentales que utilizan los investigadores para obtener imágenes de las proteínas sólo funcionan con una estructura tridimensional definida. Hasta ahora, la región central del poro nuclear se representaba como un agujero porque no era posible determinar la organización de las IDP en la abertura.
El equipo dirigido por Gerhard Hummer, Director del Instituto Max Planck de Biofísica, y Edward Lemke, Catedrático de Biofísica Sintética de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia y Director Adjunto del Instituto de Biología Molecular de Maguncia, ha utilizado ahora una novedosa combinación de biología sintética, microscopía de fluorescencia multidimensional y simulaciones por ordenador para estudiar las IDPs del poro nuclear en células vivas.
"Utilizamos modernas herramientas de precisión para marcar varios puntos de las proteínas en forma de espagueti con tintes fluorescentes que excitamos con luz y visualizamos en el microscopio", explica Lemke. "Basándonos en los patrones de brillo y en su duración, pudimos deducir cómo debían estar dispuestas las proteínas". Hummer añade: "A continuación, utilizamos simulaciones de dinámica molecular para calcular cómo se organizan espacialmente las IDP en el poro, cómo interactúan entre sí y cómo se mueven. Por primera vez, pudimos visualizar la puerta de entrada al centro de control de las células humanas."
Red dinámica de proteínas como barrera de transporte
Los tentáculos del poro de transporte adoptan un comportamiento completamente distinto al que conocíamos hasta ahora, porque interactúan entre sí y con la carga. Se mueven permanentemente como los mencionados espaguetis en agua hirviendo. Así pues, en el centro del poro no hay un agujero, sino un escudo de moléculas ondulantes parecidas a espaguetis. Los virus o las bacterias son demasiado grandes para atravesar este tamiz. Sin embargo, otras grandes moléculas celulares necesarias en el núcleo sí pueden pasar, ya que transportan señales muy específicas. Estas moléculas tienen un billete de entrada, mientras que los patógenos no suelen tenerlo. "Al desentrañar el llenado de los poros, entramos en una nueva fase en la investigación del transporte nuclear", añade Martin Beck, colaborador y colega en el Instituto Max Planck de Biofísica.
"Comprender cómo los poros transportan o bloquean la carga nos ayudará a identificar errores. Al fin y al cabo, algunos virus consiguen entrar en el núcleo celular a pesar de la barrera", resume Hummer. "Con nuestra combinación de métodos, ahora podemos estudiar las IDPs con más detalle para averiguar por qué son indispensables para ciertas funciones celulares, a pesar de ser propensas a errores". De hecho, las IDPs se encuentran en casi todas las especies, aunque conllevan el riesgo de formar agregados durante el proceso de envejecimiento, lo que puede dar lugar a enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer", afirma Lemke. Aprendiendo cómo funcionan las IDPs, los investigadores pretenden desarrollar nuevos fármacos o vacunas que prevengan las infecciones víricas y ayuden a envejecer de forma saludable.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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