12 de Septiembre de 2007
La Jolla, CA – La forma en que una célula en división reconstruye la envoltura nuclear, el envoltorio protector y funcional que encierra tanto el material genético original como el recién copiado, ha sido una fuente de controversia durante los últimos 20 años. La respuesta es importante porque la arquitectura establecida durante la formación de la envoltura se considera clave para la futura regulación de la expresión génica.
Ahora, científicos del Instituto Salk de Estudios Biológicos, informando en la edición avanzada en línea del 9 de septiembre de Nature Cell Biology, dejar el debate para descansar. Al estudiar los huevos de rana, descubrieron que el retículo endoplásmico (ER), un orgánulo celular clave con forma de red de tubos, se aplana parte de sí mismo durante la mitosis para formar una lámina de doble cara, que luego se dobla alrededor de lo que se convertirá en el núcleo, el centro de control de la celda.
Durante la mitosis, la envoltura nuclear se desintegra y los cromosomas (que se muestran en rojo) se alinean en la placa metafásica. Los cromosomas se separan y la célula comienza a dividirse. Durante las primeras etapas, los túbulos individuales del retículo endoplasmático (RE; mostrado en verde) se unen directamente a la cromatina. Luego, a medida que avanza la mitosis, las proteínas adicionales de unión al ADN que residen en el RE inmovilizan progresivamente algunos de los túbulos, aplanándolos para crear la membrana nuclear.
Imagen cortesía de Daniel J. Anderson, Instituto Salk de Estudios Biológicos.
“El proceso es simple y elegante”, dice Martín W. Hetzer, Ph.D., profesor asistente en el Laboratorio de Biología Molecular y Celular, quien explica, “los túbulos de la membrana se aplanan cuando se asocian con la cromatina. Nuestro modelo no implica la fusión de vesículas”.
El evento más dramático durante el ensamblaje nuclear que sigue a la replicación y separación de los cromosomas es la reformación de la envoltura nuclear, una barrera altamente estructurada que separa el interior nuclear del resto de la célula, dicen Hetzer y Daniel J. Anderson, estudiante graduado en Hetzer's. laboratorio y coautor del estudio. La envoltura es la puerta de entrada al núcleo y, por lo tanto, restringe el acceso al genoma; está compuesto por una doble membrana concéntrica atravesada por poros nucleares, que sirven como canales de transporte entre el núcleo y el citoplasma.
Así como los cromosomas se duplican, los orgánulos de la célula, incluido el RE, también se reproducen. “La sala de emergencias siempre está ahí y sigue siendo una red intacta de tubos”, dice Hetzer. En una célula madura, el RE trabaja en estrecha colaboración con el genoma, sintetizando y transportando las proteínas producidas bajo la dirección de genes alojados dentro del núcleo.
Algunos científicos han creído que el RE en las células hermanas ayuda a formar la envoltura nuclear, aunque faltan pruebas del proceso. Otros han argumentado que la nueva membrana resucita a partir de fragmentos de la "antigua" membrana nuclear que se desintegra cuando los cromosomas nucleares se duplican y se separan durante la mitosis. “Sin embargo, el problema con esta teoría es que estos fragmentos tendrían que fusionarse en las células recién producidas, y eso requeriría una fusión masiva de membranas y una maquinaria de proteínas dedicada”, dice Hetzer. “Pero nadie lo ha encontrado nunca. Nuestros datos sugieren que la búsqueda de esta maquinaria de fusión ahora está obsoleta”, dice.
Hetzer y Anderson utilizaron un modelo científico popular de la mitosis, los huevos de Xenopus, una rana africana, para determinar cómo se restaura la envoltura nuclear. Descubrieron que los túbulos del RE están conectados entre sí en una unión de tres vías que les permite moverse y cambiar de posición constantemente entre sí. Durante las primeras fases de la mitosis, el extremo de los tubos se une directamente al ADN que se encuentra en la superficie de la cromatina, la espiral apretada de material genético y proteínas que forman los cromosomas después de la replicación del ADN. Luego, a medida que avanza la mitosis, se emplean proteínas adicionales de unión al ADN que residen en el RE para inmovilizar progresivamente algunos de los túbulos, aplanándolos para crear la membrana nuclear (para ver el video, vaya a www.salk.edu/videos/Sec61-U2OS-1/Sec61-U2OS-1.html).
“Los túbulos se comprimen en láminas planas que se fusionan entre sí, formando grandes láminas de membrana que cubren toda la superficie de la cromatina”, dice Hetzer. La importancia de esto, según Hetzer, se debe a que cada vez está más claro que la envoltura nuclear juega un papel importante en la función celular.
“El anclaje de la cromatina en la periferia nuclear y su organización tridimensional dentro del interior nuclear ayuda a regular la expresión génica, y sabemos que las mutaciones en las proteínas de la envoltura nuclear causan una variedad de enfermedades humanas diferentes”, dice. “Entonces, saber cómo se ensambla la membrana nuclear nos ayudará a comprender la arquitectura nuclear y, a la larga, la expresión génica”.
El estudio fue financiado por NIH y un premio Pew Scholar.
El Instituto Salk de Estudios Biológicos en La Jolla, California, es una organización independiente sin fines de lucro dedicada a los descubrimientos fundamentales en las ciencias de la vida, la mejora de la salud humana y la capacitación de futuras generaciones de investigadores. Jonas Salk, MD, cuya vacuna contra la poliomielitis casi erradicó la poliomielitis, una enfermedad paralizante en 1955, inauguró el Instituto en 1965 con un terreno donado por la ciudad de San Diego y el apoyo financiero de March of Dimes.
Oficina de Comunicaciones
Tel: (858) 453-4100
prensa@salk.edu
