Mucho antes de que los animales evolucionaran de esponjas, y antes de que las plantas evolucionaran a partir de algas, hubo un evento crucial que permitió que surgieran organismos complejos y multicelulares: el desarrollo del núcleo en organismos unicelulares. Eucariotas, una de las tres ramas principalesde organismos vivos, se definen por la presencia de este núcleo y su membrana circundante, que alberga y protege nuestro material genético.Toda la multitud de moléculas que necesitan entrar o salir del núcleo lo hacen a través de una estructura en forma de canal incrustadaen esta membrana, el complejo de poros nucleares.
Michael Rout, jefe del Laboratorio de Biología Celular y Estructural, y Brian Chait, jefe del Laboratorio de Espectrometría de Masas y Química de Iones Gaseosos, junto con sus colegas, han estado trabajando para comprender el complejo de poros nucleares durante casi dos décadas.Primero aislaron y describieron los componentes del complejo de poros nucleares de levadura en 2000 y luego lanzaron un primer borrador de su estructura en 2007. En levaduras, así como en humanos, el complejo de poros nucleares está compuesto por un anillo interno intercalado entre dos exterioresanillos: uno hacia adentro y otro hacia afuera. Atados a estos anillos externos hay clases de proteínas que son compatibles con la química única del núcleo o del citoplasma que se encuentra en el resto de la célula. Esta distribución asimétrica de los componentes del poro nuclear es importante paraayudando a establecer la direccionalidad del transporte a través del poro.
El complejo es tan fundamental que se pensó que su arquitectura era compartida por todos los eucariotas. Sin embargo, Samson Obado, investigador asociado en el laboratorio Rout, ha encontrado una especie eucariota que tiene poros con una estructura diferente a cualquier otra que aún se haya estudiado, un hallazgo que implica que la evolución del poro probablemente sea más complicada de lo que se había supuesto anteriormente. Los resultados de Obado se publicaron en febrero en Biología PLoS .
"Nos impulsó la curiosidad acerca de la evolución del complejo de poros nucleares", dice Obado. Casi todo lo que sabemos sobre el complejo proviene de la levadura y el ser humano, que aunque están bastante separados en términos evolutivos, sin embargo, están estrechamente relacionados en comparación con las plantasy muchos otros eucariotas unicelulares. "Pero, ¿cómo eran los poros originales y cómo se desarrollaron en diferentes eucariotas?", se preguntó Obado.
Era el candidato perfecto para investigar esto, ya que sus estudios de posgrado se centraron en los tripanosomas; estos parásitos, responsables de enfermedades graves como la enfermedad del sueño y la enfermedad de Chagas, se separaron de las familias que se convirtieron en levaduras, humanos, plantas y otros eucariotas.hace aproximadamente mil quinientos millones de años, cerca de la época del último antepasado común de todos los eucariotas.
"Inusual y peculiar"
"En comparación con muchos otros eucariotas, los tripanosomas tienen una biología molecular inusual y peculiar. Un ejemplo clave es cómo transcriben sus genes en ARN mensajeros para su traducción en proteínas, que es muy diferente de los modelos de libros de texto. Además, porque son muy divergentes, no puedes simplemente buscar secuencias de genes similares a las de la levadura o los humanos ", dice Obado.
Rout, Chait y sus colegas trabajaron junto con Mark Field de la Universidad de Dundee en Escocia para identificar componentes de poros nucleares putativos de los tripanosomas. Para hacerlo, el equipo caminó proteína por proteína a través del complejo de poros nucleares, purificando cada uno junto con otros proximalesproteínas. Estas otras proteínas, supusieron, también podrían ser parte del complejo de poros nucleares. Obado luego purificó las nuevas proteínas para determinar si también formaban parte del complejo, junto con sus proteínas proximales, y así sucesivamente hasta que tuvo unencuesta completa de todas las proteínas involucradas. Finalmente, trabajaron con el Centro de Recursos de Microscopía Electrónica de la universidad para determinar dónde se ubican los componentes clave entre sí. El resultado fue una primera imagen completa de toda la estructura de poros del tripanosoma.
Los resultados de los equipos muestran que la arquitectura del anillo interno del complejo de poros nucleares es fundamentalmente similar en tripanosomas, levaduras, plantas y vertebrados, lo que sugiere un origen antiguo para esta característica común. En contraste, el complejo de poros nucleares de tripanosoma poseeun mecanismo único que lo une a la envoltura nuclear circundante, y el anillo exterior está menos "conservado" por la evolución, con componentes adicionales nunca antes vistos. Sin embargo, la diferencia más notable entre los complejos de poros nucleares de tripanosoma y otros que han sido examinadoshasta la fecha, es que el complejo de poros nucleares del tripanosoma exhibe una simetría casi completa de sus componentes, y carece de casi todas las proteínas en levaduras y humanos que se requieren para establecer un ensamblaje asimétrico dentro del poro. En cambio, parece que las proteínas solubles enel núcleo y el citoplasma son responsables de establecer la direccionalidad del transporte en estos parásitos para proteínas y ARN.
El hecho de que el poro del tripanosoma tenga tales diferencias con el poro de los humanos puede proporcionar una oportunidad, dice Obado. "Estas diferencias pueden ofrecer algo a lo que podemos dirigirnos terapéuticamente sin correr el riesgo de dañar nuestros propios mecanismos de transporte".
Implicaciones evolutivas
Estos descubrimientos también le dan más credibilidad a una idea en teoría evolutiva sugerida por primera vez por Rout y sus colegas. La teoría, conocida como la "hipótesis del protocoatómero", sugiere que el poro nuclear y la envoltura nuclear comparten un ancestro común con estructuras que forman capasen otras estructuras unidas a la membrana en la célula, como las del aparato de Golgi y el retículo endoplásmico. De hecho, los componentes del poro nuclear del tripanosoma, a pesar de sus diferencias de otros eucariotas, aún conservan los tipos de estructuras y organización que se encuentran en estos otros recubrimientos, eldicen los científicos
Además, dado que el núcleo interno del complejo de poro nuclear de tripanosoma está estructuralmente bien conservado y es similar a los de otros eucariotas, Rout y su equipo creen que este núcleo representa las unidades originales de un complejo de poro nuclear más simple que es anterior al último antepasadode todos los eucariotas y, por lo tanto, pueden proporcionar nuevas pistas sobre cómo evolucionó originalmente el núcleo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Rockefeller . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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