El transporte nuclear se refiere a los mecanismos por los cuales las moléculas se mueven a través de la membrana nuclear de una célula. La entrada y salida de moléculas grandes del núcleo celular está estrechamente controlada por los complejos de poros nucleares (NPC). Aunque las moléculas pequeñas pueden ingresar al núcleo sin regulación, [1] las macromoléculas como el ARN y las proteínas requieren asociación con factores de transporte conocidos como receptores de transporte nuclear , como las carioferinas llamadas importinas para ingresar al núcleo y exportinas para salir. [2] [3]
La proteína que debe importarse al núcleo desde el citoplasma transporta señales de localización nuclear (NLS) que están unidas por importinas . Una NLS es una secuencia de aminoácidos que actúa como etiqueta. Lo más común es que sean secuencias hidrófilas que contengan residuos de lisina y arginina , aunque se han documentado diversas secuencias NLS. [1] Las proteínas, el ARN de transferencia y las subunidades ribosómicas ensambladas se exportan desde el núcleo debido a la asociación con las exportinas, que se unen a secuencias de señalización llamadas señales de exportación nuclear (NES). La capacidad tanto de las importadoras como de las exportadoras para transportar su carga está regulada por la proteína G pequeña Ran .
Las proteínas G son enzimas GTPasa que se unen a una molécula llamada trifosfato de guanosina (GTP) que luego hidrolizan para crear difosfato de guanosina (PIB) y liberar energía. Las enzimas RAN existen en dos formas unidas a nucleótidos: unidas a GDP y unidas a GTP. En su estado vinculado a GTP, Ran es capaz de vincular importinas y exportinas . Las importadas liberan carga al vincularse a RanGTP, mientras que las exportinas deben unirse a RanGTP para formar un complejo ternario con su carga de exportación. El estado de unión de nucleótidos dominante de Ran depende de si está ubicado en el núcleo (RanGTP) o en el citoplasma (RanGDP).
La exportación nuclear invierte aproximadamente el proceso de importación; en el núcleo, la exportina se une a la carga y Ran-GTP y se difunde a través del poro hasta el citoplasma, donde el complejo se disocia. Ran-GTP se une a GAP e hidroliza GTP, y el complejo Ran-GDP resultante se restaura al núcleo donde intercambia su ligando unido por GTP. Por lo tanto, mientras que las importadoras dependen de RanGTP para disociarse de su carga, las exportadoras requieren RanGTP para unirse a su carga. [4]
Una proteína exportadora de ARNm especializada mueve el ARNm maduro al citoplasma una vez completada la modificación postranscripcional. Este proceso de translocación depende activamente de la proteína Ran, aunque el mecanismo específico aún no se comprende bien. Algunos genes que se transcriben con especial frecuencia están ubicados físicamente cerca de los poros nucleares para facilitar el proceso de translocación. [5]
La exportación de ARNt también depende de las diversas modificaciones que sufre, lo que evita la exportación de ARNt que funciona incorrectamente. Este mecanismo de control de calidad es importante debido al papel central del ARNt en la traducción, donde participa en la adición de aminoácidos a una cadena peptídica en crecimiento. El exportador de ARNt en los vertebrados se llama exportin-t . Exportin-t se une directamente a su carga de ARNt en el núcleo, un proceso promovido por la presencia de RanGTP. Las mutaciones que afectan la estructura del ARNt inhiben su capacidad para unirse a la exportina-t y, en consecuencia, para exportarse, lo que proporciona a la célula otro paso de control de calidad. [6] Como se describió anteriormente, una vez que el complejo ha cruzado la envoltura, se disocia y libera la carga de ARNt en el citosol.
Se sabe que muchas proteínas tienen tanto NES como NLS y, por lo tanto, viajan constantemente entre el núcleo y el citosol. En ciertos casos, uno de estos pasos (es decir, la importación o exportación nuclear) está regulado, a menudo mediante modificaciones postraduccionales .
La importación nuclear limita la propagación de proteínas grandes expresadas en fibras del músculo esquelético y posiblemente en otros tejidos sincitiales, manteniendo la expresión genética localizada en ciertos núcleos. [7] La combinación de NES y NLS promueve la propagación de proteínas grandes a núcleos más distantes en las fibras musculares. [8]
El transporte de proteínas se puede evaluar mediante un ensayo de fusión de heterocariones . [9]