En las viñetas que se usan frecuentemente para ilustrar células, el núcleo parece tan poco complicado como un mero globo. Se dibuja como una delgada membrana a modo de burbuja que rodea los cromosomas. El balón estalla cuando se procede a la división de la célula, y luego la célula hincha unos nuevos globos alrededor del ADN de cada célula descendiente. ¿Qué podría ser más simple?
Unos autores en Current Biology nos dan una buena dosis de realidad con su descripción detallada de la estructura de la membrana nuclear. Su sofisticación lleva al pasmo —y ni siquiera entran en la parte más pasmosa de todas: los complejos de los poros nucleares que permiten la entrada y salida de materiales. (A riesgo de rebasar el pasmómetro, dejaremos este último tema para otra ocasión.)
En su «Guía Rápida a las Láminas Nucleares», Wei Xie y Brian Burke nos introducen a las complejidades de las proteínas de importancia crítica que constituyen la membrana nuclear. Ante todo, ¿qué son las láminas nucleares?
Las láminas nucleares son proteínas estructurales de la envoltura nuclear exclusivas de los metazoos.Celenterados como la hidra y el nematodo Caenorhabditis elegans contiene sólo un gen de lámina nuclear. LaDrosophila tiene dos genes de láminas nucleares, y los mamíferos tienen tres. Los genes de láminas nucleares codifican un repertorio de proteínas que se expande gracias al splicing alternativo. [Énfasis añadido.]
Así que, ya para empezar, sólo los animales multicelulares tienen genes de láminas nucleares y proteínas. Las láminas nucleares se encuentran entre los numerosos nuevos productos de células, tejidos y órganos que aparecieron sin antecesores en la explosión cámbrica. Esto queda confirmado por un artículo de 2012 que trata de describir la «Evolución de la familia de proteínas de las láminas nucleares»:
La familia de láminas nucleares/proteínas IF parece haber quedado limitada a los metazoos. En general, los genomas invertebrados poseen sólo un único gen de lámina nuclear que codifica una lámina nuclear de tipo B. La estructura del gene arquetípico de la lámina nuclear que se encuentra en los metazoos basales se conserva hasta el linaje de los vertebrados.
Esta distinción con los metazoos es curiosa, porque todos los eucariontes poseen un núcleo. Otro artículo de 2012 afirma el descubrimiento de una proteína «a modo de lámina nuclear» en un moho mucilaginoso, pero ahora, en 2016, Xie y Burke no hacen mención de la misma, sugiriendo que no se considera comúnmente como un precursor evolutivo (y esto sólo empuja para atrás la cuestión: ¿de dónde lo consiguió el hongo mucilaginoso?)
Desarrollo
Las láminas nucleares representan a los miembros fundadores de la superfamilia de filamentos intermedios (IF), y se clasifican como proteínas IF de tipo V. Como todas las proteínas IF, cada una de las láminas nucleares presenta un dominio de cabeza aminoterminal globular seguido de un dominio central alfa-helicoidal superenrollado. Esto termina en una segunda región globular que tiene en su centro un pliegue de inmunoglobulina. En contraste con las proteínas IF citoplasmáticas, cada una de las láminas nucleares contiene una secuencia de localización nuclear que se encuentra justo más abajo del dominio de hélice superenrollada y es esencial para dirigir las láminas nucleares al interior del núcleo, donde seensamblan formando las láminas nucleares, una red proteínica íntimamente asociada con la cara nuclear de la membrana nuclear interior (INM).
Tienen una etiqueta de código postal que las dirige al núcleo, donde se ensamblan para formar una malla. La membrana tiene diversas capas: una membrana interior, una membrana exterior, y un espacio intermembranoso. Pero esto es sólo el comienzo. Por cuanto las láminas nucleares son mucho más complicadas y poco comprendidas, los autores hablan acerca de láminas nucleares de las ranas, donde los científicos han podido elucidar algunos de los detalles.
Estructura
Las láminas nucleares «se ensamblan espontáneamente» formando «una red ortogonal» de filamentos semiescalados. Al menos, así es como actúan en una placa de Petri. Indudablemente, el proceso es más complejo en la célula viviente, porque «Numerosos complejos de poros nucleares están asociados con esta red de filamentos».
Función
Las láminas nucleares proporcionan resistencia y flexibilidad a la membrana nuclear, y responden al medio ambiente. Si tus láminas nucleares funcionan bien, puedes estar agradecido. Cuando no funcionan bien, suceden cosas malas.
Al formar una capa filamentosa de 10-20 nm debajo de la INM, la lámina nuclear de los mamíferos proporciona resistencia mecánica a la envoltura nuclear. En núcleo de fibroblastos deficiente en láminas nucleares tipo A pierde su forma normalmente lisa y redonda; en lugar de ello, se observan irregularidades, a menudo severas. Estas irregularidades se asocian frecuentemente con la aparición deblebs en la membrana nuclear y rupturas transitorias de la envoltura nuclear (Figura 1). Cosa curiosa, lascélulas motiles y las células que crecen en substrato rígido regulan de manera ascendente la expresión de las láminas nucleares de tipo A. Recíprocamente, las células sobre sustratos deformables han reducido la expresión de las láminas nucleares de tipo A. Es probable que esas diferencias representen un mecanismo por el que las células se pueden adaptar a cambios en fuerzas mecánicas transmitidas al núcleo por vía del citoesqueleto. ...
Resulta que las láminas nucleares están en comunicación con el citoplasma y el mundo exterior. Y esto no es todo; también se comunican con el interior del núcleo:
Además de sus funciones directas de soporte estructural, las láminas nucleares se asocian con una cantidad de otros componentes de la envoltura nuclear, incluyendo complejos de los poros nucleares ycomplejos LINC (linker del nucleoesqueleto y del citoesqueleto). Estos últimos se componen de proteínas de dominio SUN en las proteínas de la INM y KASH en la membrana nuclear externa (ONM). Esas proteínas establecen interacciones transluminales dentro del espacio perinuclear, el espacio que separa la INM del ONM. Mediante esta interacción, los pares SUN-KASH representan enlaces en una cadena molecular queabarca ambas membranas nucleares y que conecta físicamente las láminas y otras estructuras nucleares con el citoesqueleto. De esta manera, los complejos LINC pueden tener funciones esenciales en la migración/posicionamiento nucleares y en la mecanotransducción tanto en salud como en enfermedad.
Aquel «globo» que parecía tan sencillo al principio está compuesto de varios complejos en tres capas, con componentes que se comunican longitudinalmente y componentes que se comunican transversalmente. Todo esto se comunica con el entramado exterior al núcleo, el citoesqueleto. Y, además de todo esto, las láminas nucleares son participantes importantes en lo que sucede en el interior del núcleo, y ello hasta el punto de que tu longevidad podría depender de lo que hacen esas proteínas.
Está claro que las perturbaciones en la estructura de las láminas nucleares pueden influir intensamente en la organización de la cromatina. Esto puede llevar a cambios de ámbito genómico en las actividades de replicación y de transcripción. Como ejemplo, el SIM 3D ha revelado que hay un 50% o más detelómeros asociados con las láminas nucleares. Se cree que la interacción entre telómeros y las láminas de tipo A, en conjunción con polipéptido 2-Alfa asociado con láminas (LAP2-alfa) regula la proliferación y la longevidad de las células.
Hablando de longevidad, hay una extraña enfermedad genética muy perturbadora llamada progeria. Hace que los niños se vuelvan viejos antes de tiempo; a menudo mueren de «ancianidad» en su adolescencia. Es un ejemplo delaminopatía, uno de dos docenas de trastornos de las láminas causantes de discapacidades graves o muerte. Una sola mutación puntual en un gen de las láminas puede causar progeria. Otras causan distrofia muscular o daños en los nervios, si la persona que lo padece llega a sobrevivir hasta el nacimiento.
Pensamientos finales
Hemos considerado brevemente unas proteínas que aparecieron repentinamente en el reino animal y que permanecen sumamente conservadas a lo largo de la vida. Sus secuencias aminoácidas no pueden tolerar mutaciones. Ejecutan funciones vitales, tanto estructuralmente como en interacción con otros complejos. Desempeñan importantes papeles en la división celular y para la longevidad. Y esos autores ni siquiera consideran la fantástica operación que tiene lugar en la mitosis, cuando esta membrana tan sumamente integrada es sistemáticamente destruida y vuelta a construir en dos células hijas en cuestión de minutos.
En otras palabras, una solución a la simplista especulación sobre una evolución es considerarde manera detallada un fenómeno determinado, con todas sus complejidades. El diseño deliberado aparece en los detalles.
Imagen: Célula animal, por Zaldua I., Equisoain J.J., Zabalza A., Gonzalez E.M., Marzo A., Universidad Pública de Navarra (Trabajo propio) [CC BY-SA 4.0], vía Wikimedia Commons
Redacción: Evolution News & Views © 2016 - www.evolutionnews.org
Traducción y adaptación: Santiago Escuain, publicado en sedin-notas.blogspot.com.es
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