Las puertas dinámicas vigilan el núcleo celular
Un estudio internacional dirigido por la Universidad de Basilea demuestra que los complejos de poros nucleares -pequeños pasadizos en la membrana del núcleo celular- no son rígidos ni gelatinosos, como se suponía hasta ahora. Su interior está organizado dinámicamente, en constante movimiento y cambio. Estos resultados cambian nuestra comprensión de un importante proceso de transporte en las células y tienen implicaciones para enfermedades y posibles terapias.
El núcleo celular se asemeja a una cámara acorazada protegida por complejos de poros nucleares (CPN), como un sistema de seguridad altamente desarrollado. Sólo las proteínas con la "llave" adecuada -factores de transporte especiales- tienen acceso exclusivo. De este modo, el sistema controla qué sustancias entran o salen del núcleo celular. Este estricto control es esencial para garantizar una comunicación fluida entre el genoma protegido en el interior y las máquinas celulares en el exterior.
Nuevos conocimientos biológicos gracias a la nanociencia
A pesar de su importancia, el funcionamiento interno de los complejos de poros nucleares sigue siendo un misterio. Su canal de transporte está recubierto de filamentos proteicos muy flexibles, las nucleoporinas FG (FG Nups). Forman una barrera selectiva cuya estructura ultrafina permanece oculta incluso para los microscopios electrónicos más potentes. Como las FG Nups pueden formar estructuras gelatinosas fuera de las células, los modelos más antiguos han comparado la función de los complejos de poros nucleares con un tamiz rígido.
Ahora, un equipo dirigido por el Prof. Dr. Roderick Lim, Catedrático Argovia de Nanobiología en el Biozentrum y el Instituto Suizo de Nanociencia de la Universidad de Basilea, ha utilizado la microscopía de fuerza atómica de alta velocidad (HS-AFM) para filmar movimientos nunca vistos a escala nanométrica con una resolución de milisegundos directamente en el interior de los poros. Los investigadores acaban de publicar en la revista "Nature Cell Biology" su descubrimiento de la inusual reestructuración dentro de los complejos de poros nucleares.
"La barrera del complejo de poros nucleares está organizada de forma laxa por un tapón central móvil, cuyos componentes han sido durante mucho tiempo enigmáticos. Resulta que consiste en una mezcla dinámica de factores de transporte, moléculas de carga y FG-Nups que se mezclan a lo largo del eje central del poro. Esto crea un sistema altamente adaptable que refuerza la barrera al tiempo que garantiza un rápido transporte selectivo", explica Lim.
Nadar con la corriente
El equipo descubrió esta organización dinámica al estudiar complejos de poros nucleares de células de levadura. Las películas de AFM de alta velocidad resultantes también mostraron los movimientos fluidos de los nups FG "irradiando" hacia el tapón central dentro del poro.
"Cuando observamos complejos de poros nucleares aislados durante largos periodos de tiempo en condiciones controladas, el tapón central de los complejos de poros nucleares desapareció. Cuando volvimos a añadir factores de transporte nuclear, volvió a formarse", informa el Dr. Toshiya Kozai, primer autor del estudio. Sorprendentemente, los factores de transporte también restablecieron una función de barrera similar a la de los complejos de poros nucleares en nanoporos artificiales, lo que indica la generalidad de este mecanismo".
Los hidrogeles parecen esponjas con agujeros
Los complejos de poros nucleares se comparan a menudo con los hidrogeles. "Los FG nups forman hidrogeles in vitro -es decir, en el tubo de ensayo-, pero son miles de veces más grandes que los complejos de poros nucleares. Sin embargo, están formados por estructuras enmarañadas similares a fibras que simplemente son demasiado grandes para encajar en un complejo de poros nucleares, por no hablar de todo el cuerpo del hidrogel en sí", explica Lim.
"Cuando examinamos los hidrogeles más de cerca, descubrimos que estaban plagados de agujeros de forma y tamaño irregulares, como una esponja de cocina. Muchos de estos agujeros eran del tamaño de complejos de poros nucleares o incluso mayores. Posiblemente podrían imitar un comportamiento similar al de los complejos de poros nucleares".
Retos para el futuro
El comportamiento dinámico y autoensamblado revelado en el estudio proporciona una visión unificada de los complejos de poros nucleares que concuerda con las observaciones estructurales y bioquímicas realizadas desde hace tiempo, con implicaciones que van desde la biología celular básica hasta el diseño de filtros inteligentes y sistemas de administración de fármacos.
La restricción del estado dinámico de los poros impide el transporte selectivo al núcleo, lo que pone de relieve la importancia de este comportamiento para el correcto funcionamiento celular.
"El siguiente reto es entender cómo las células ajustan estas extraordinarias nanomáquinas en respuesta a sus necesidades cambiantes: cómo los poros se adaptan al estrés, regulan el crecimiento y, cuando se obstruyen, contribuyen a la enfermedad", añade el profesor Michael Rout, de la Universidad Rockefeller, que codirigió el trabajo.
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Publicación original
Toshiya Kozai, Javier Fernandez-Martinez, Larisa E. Kapinos, Paola Gallardo, Trevor van Eeuwen, Martin Saladin, Roi Eliasian, Adam Mazur, Wenzhu Zhang, Jeremy Tempkin, Radhakrishnan Panatala, Maria Delgado-Izquierdo, Raul Escribano-Marin, Qingzhou Feng, Chenxiang Lin, Andrej Sali, Brian T. Chait, Barak Raveh, Liesbeth M. Veenhoff, Michael P. Rout, Roderick Y. H. Lim; "Karyopherins remodel the dynamic organization of the nuclear pore complex transport barrier"; Nature Cell Biology, 2025-12-2
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