Una célula hace todo lo posible para proteger su núcleo, donde se almacena información genética preciosa. Eso incluye controlar el movimiento de las moléculas dentro y fuera utilizando puertas llamadas complejos de poros nucleares NPC.
Ahora, los investigadores de la Universidad Rockefeller, el Colegio de Medicina Albert Einstein y el Centro de Biología Estructural de Nueva York han identificado el mecanismo molecular que hace posible el paso rápido y específico de la carga a través del NPC para moléculas grandes. Su trabajo apareció el 15 de septiembreen eLife .
Los científicos están prestando mucha atención a esta regulación ya que la disfunción en el transporte nuclear se ha relacionado con muchas enfermedades, incluidos los cánceres y los trastornos del desarrollo.
Si bien las moléculas pequeñas pueden entrar y salir fácilmente del núcleo, el transporte de moléculas grandes como las proteínas y el ARN es más complejo y menos comprendido. Estos se mueven a través del NPC rápidamente, pero también de forma selectiva para evitar permitir el gran tamaño incorrectomoléculas a través.
Ya se sabía que las proteínas llamadas factores de transporte se unen a una carga grande y la escoltan a través de la APN. Un equipo dirigido por Michael P. Rout, profesor de la Universidad Rockefeller y jefe del Laboratorio de Biología Celular y Estructural, y David Cowburn, profesor de bioquímica y de fisiología y biofísica en el Colegio de Medicina Albert Einstein, trató de explicar la velocidad con la que los factores de transporte transportan moléculas grandes a través del NPC, un proceso que dura solo unos pocos milisegundos.
"Se entiende cómo estos factores de transporte eligen y se unen selectivamente a su carga", dice Rout. "Sin embargo, no está claro cómo un proceso tan específico también puede conducir moléculas a través del complejo de poros nucleares tan rápidamente".
En el centro de la APN, los factores de transporte y su carga deben pasar a través de un filtro de selectividad hecho de proteínas llamadas FG Nups. Estas proteínas forman una malla densa que normalmente impide el paso de moléculas grandes. Utilizando una técnica conocida como magnética nuclearespectroscopía de resonancia, los investigadores recopilaron información a escala atómica sobre el comportamiento de los FG Nups, enfocándose en Nsp1, el representante más estudiado de los FG Nups.
Normalmente, las proteínas se pliegan en grandes estructuras. En relación con las moléculas pequeñas como el agua, estas grandes estructuras de proteínas se mueven muy lentamente. Esto significa que sus interacciones son correspondientemente lentas.
Los investigadores midieron el estado físico de las repeticiones de FG con y sin factores de transporte unidos a ellas. Descubrieron que, en lugar de plegarse como lo hacen generalmente las proteínas, los FG Nups son sueltos y similares a cuerdas, permanecen altamente dinámicos y carecen de una estructura predecible.
"Por lo general, la unión entre proteínas plegadas tradicionalmente es un proceso engorroso y lento, pero debido a que los FG Nups se despliegan, se mueven muy rápidamente, muy parecidos a las moléculas pequeñas. Esto significa que su interacción es muy rápida", explica Rout.
La estructura desordenada de las regiones FG es crítica para la velocidad de transporte, permitiendo la carga y descarga rápida de factores de transporte que transportan carga. Al mismo tiempo, debido a que los factores de transporte tienen múltiples sitios de unión para FG Nups, son los únicosproteínas que pueden interactuar específicamente con ellas, lo que hace que el transporte sea rápido y específico.
"Observamos que hay una creación mínima de una estructura estática bien ordenada en complejos de FG Nups y factores de transporte", dice Cowburn. "Nuestras observaciones son, proponemos, el primer caso donde la propiedad 'difusa' de una interacciónes una parte clave de su función biológica real ".
El equipo espera que este descubrimiento conduzca a caracterizaciones detalladas de las rutas de transporte nuclear y a estudios más cercanos de la función de la APN. En última instancia, una mejor comprensión de cómo funciona la APN no solo proporcionará una nueva visión de la biología básica de las células, sino que tambiéntambién tienen implicaciones para la salud y la enfermedad.
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Materiales proporcionado por Universidad Rockefeller . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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