Los investigadores han determinado que la proteína nucleofosmina NPM1 sirve como pegamento que mantiene unidas las proteínas y el ARN en el nucleolo y mostraron cómo la estructura de NPM1 lo hace ideal para el trabajo. Los científicos del St. Jude Children's Research Hospital lideraron el estudio, que aparece hoyen la revista científica eLife .
El nucleolo es una estructura u orgánulo sin membrana que ocupa aproximadamente el 25 por ciento del núcleo. Los orgánulos sin membrana son compartimentos transitorios que se ensamblan según las necesidades de las células para realizar funciones particulares. Estas estructuras se forman a través de un proceso llamado líquido-separación de fase líquida en la que las proteínas y, a menudo, los ácidos ribonucleicos ARN se condensan en gotitas líquidas que se fusionan y crecen.
El orgánulo más grande sin membrana, el nucleolo se ha comparado con un centro de fabricación, ya que una de sus funciones principales es ensamblar los ribosomas que producen todas las proteínas requeridas por las células. El nucleolo alberga una amplia gama de proteínas, ARN y otras moléculas, pero hasta este estudio se desconocía su base molecular. Los ribosomas se ensamblan a partir de ARN y proteínas, y el proceso de ensamblaje comienza en el nucleolo.
Utilizando una variedad de técnicas de laboratorio de imágenes, estructurales y biofísicas, los investigadores identificaron NPM1 como clave para el proceso. Los investigadores demostraron que la estructura de NPM1 le permite unirse a una amplia variedad de proteínas, así como al ARN de diferentes maneras específicas quepromueven la separación de fases y retienen NPM1 y otras proteínas en el nucleolo. NPM1 forma redes de interacciones con otras moléculas en el nucleolo, pegando libremente los componentes nucleolares juntos. Los científicos informaron que NPM1 no se acumuló en el nucleolo cuando se unía con proteínas o ARNinterrumpido.
"El nucleolo desempeña una función especializada, y NPM1 parece haber evolucionado para ayudar en el proceso al poder separarse por fases con estos dos tipos importantes y muy diferentes de moléculas nucleolares", dijo el autor correspondiente Richard Kriwacki, Ph.D., miembro del Departamento de Biología Estructural de St. Jude. "NPM1 es como el pegamento que contiene diferentes factores necesarios para el ensamblaje de ribosomas dentro del nucleolo".
NPM1 es una proteína reguladora importante que abunda en el nucleolo. La NPM1, que está mutada en aproximadamente el 35 por ciento de los adultos con leucemia mieloide aguda, es conocida en parte por su papel en la supresión tumoral como compañero de unión de la proteína supresora de tumoresARF.
Las proteínas son cadenas largas de aminoácidos cuya función está dictada en parte por su forma tridimensional y su flexibilidad. NPM1 incluye segmentos que se pliegan en un pentámero rígido de cinco lados y otros segmentos ricos en aminoácidos flexibles con carga negativa que se unentransitoriamente a otras proteínas. Este estudio identificó las interacciones que provienen de estos segmentos y permiten que NPM1 forme redes sueltas con múltiples proteínas y ARN. Estas redes moleculares son esenciales para la separación de fases, así como la retención de NPM1 y otras proteínas en el nucleolo y el ribosomamontaje.
"Hay otras proteínas en el nucleolo que tienen algunas de las mismas características que NPM1, incluidos los tractos de aminoácidos cargados negativamente", dijo Kriwacki. "Eso sugiere que NPM1 probablemente no sea la única proteína que contribuye a la separación de fases en el nucleolo", pero nuestros estudios muestran que ciertamente es un jugador muy importante "
Los hallazgos surgen en medio del intenso interés científico en el papel que juega la separación de fases líquido-líquido en la promoción del ensamblaje de orgánulos sin membrana, así como en la realización de los procesos moleculares que ocurren dentro de ellos
Este estudio se basa en el trabajo previo de Kriwacki y sus colegas que demostraron cómo, bajo ciertas condiciones, el pentámero NPM1 se despliega en una sola cadena desordenada de aminoácidos. Esos investigadores también encontraron evidencia de que la cadena desordenada evitó la unión a proteínas como ARF que incluyen cortosecuencias de aminoácidos ricas en el aminoácido arginina.
En este estudio, los investigadores determinaron que el 73 por ciento de las 132 proteínas que se sabe que se unen a NPM1 incluyen múltiples segmentos de aminoácidos ricos en arginina. Por el contrario, dichos segmentos estaban presentes en solo el 44 por ciento de todas las proteínas humanas. Los investigadores mostraron que estas arginina-Los segmentos ricos hacen que las proteínas experimenten una separación de fases con NPM1 para formar gotitas líquidas. El trabajo previo demostró que el despliegue de NPM1 puede ser uno de los mecanismos moleculares involucrados en el desmantelamiento de la estructura líquida del nucleolo durante la división celular.
Trabajando en varios sistemas experimentales diferentes, incluidas las células de ratón que crecen en el laboratorio, los investigadores demostraron que la incorporación dentro del nucleolo requería la unión de NPM1 con ambas proteínas nucleolares que incluyen los segmentos ricos en arginina y el ARN ribosómico. Los investigadores también identificaron en qué parte del pentámerose produjo la unión de proteínas y ARN y cómo los diferentes enlaces promovieron la condensación en gotas similares a líquidos. Esta última información se descubrió utilizando una variedad de enfoques de laboratorio, incluyendo espectroscopía de fluorescencia de molécula única, espectroscopía de resonancia magnética nuclear y dispersión de neutrones de ángulo pequeño.
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Materiales proporcionado por Hospital de investigación infantil St. Jude . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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