El dimorfismo nuclear es un término que se refiere a la característica especial de tener dos tipos diferentes de núcleos en una célula. Hay muchas diferencias entre los tipos de núcleos. Esta característica se observa en los ciliados protozoarios , como Tetrahymena , y algunos foraminíferos . Los ciliados contienen dos tipos de núcleo: un macronúcleo que se utiliza principalmente para controlar el metabolismo y un micronúcleo que realiza funciones reproductivas y genera el macronúcleo. Las composiciones de los complejos de poros nucleares ayudan a determinar las propiedades del macronúcleo y el micronúcleo. [1] El dimorfismo nuclear está sujeto a controles epigenéticos complejos . El dimorfismo nuclear se estudia continuamente para comprender exactamente cómo funciona el mecanismo y cómo es beneficioso para las células. Aprender sobre el dimorfismo nuclear es beneficioso para comprender los antiguos mecanismos eucariotas que se han conservado dentro de estos organismos unicelulares pero que no evolucionaron en eucariotas multicelulares. [2]
El protozoo ciliado Tetrahymena es un modelo de investigación útil para estudiar el dimorfismo nuclear; mantiene dos genomas nucleares distintos , el micronúcleo y el macronúcleo. El macronúcleo y el micronúcleo se encuentran en el mismo citoplasma, sin embargo, son muy diferentes. [1] El genoma del micronúcleo contiene cinco cromosomas que experimentan mitosis durante la división micronuclear y meiosis durante la conjugación , que es la división sexual del micronúcleo. El genoma macronuclear se descompone y cataboliza una vez por ciclo de vida durante la conjugación, lo que le permite ser específico del sitio, y un nuevo macronúcleo se diferencia de un descendiente mitótico del micronúcleo conjugado. [3] Las diferencias en la división y los procesos generales muestran cuán funcional y estructuralmente diferentes son las moléculas. Estas diferencias juegan un papel activo en las actividades y funciones de las células en las que se encuentran.
Los macronúcleos y micronúcleos difieren en sus funciones a pesar de que se encuentran dentro de la misma célula. El micronúcleo está reprimido globalmente durante el estado vegetativo y sirve como núcleo germinal diploide , mientras que toda la expresión génica vegetativa conocida ocurre en el macronúcleo, que es un núcleo somático poliploide . [3] El micronúcleo se divide antes que el micronúcleo en el estado de crecimiento vegetativo. El macronúcleo es activo en la transcripción. También ayuda en la actividad y el control del citoplasma junto con los eventos nucleares que ocurren dentro de la célula. El micronúcleo tiene cromatina densamente compacta, así como una ausencia de nucléolos . [4] El micronúcleo forma núcleos cigóticos durante la meiosis durante la conjugación. Estos núcleos cigóticos pueden seguir un proceso y diferenciarse en células macronúcleo o micronúcleo. Las células macronúcleo, por otro lado, se diferencian por cambios en el ADN. Esto hace que las células macronúcleo sean enormes en comparación con las células micronúcleo, de ahí su denominación de macro y micro. [1]
Investigaciones recientes han demostrado que los complejos de poros nucleares en un ciliado binucleado pueden ser distintos en su composición. Esto conduce a las diferencias observadas en el micronúcleo y el macronúcleo. El complejo de poros nucleares está formado por nucleoporinas , que son proteínas. Estas nucleoporinas, Nups, son específicas para cada tipo de núcleo. Esto conduce a las diferencias estructurales observadas entre los dos tipos. Dado que ambos núcleos están hechos de los mismos componentes, se agregan diferentes cantidades de los componentes para proporcionar las diferencias estructurales que son necesarias para las funciones. El complejo de poros nucleares está involucrado en cómo las moléculas se mueven a través de la envoltura nuclear cuando intentan llegar al núcleo o al citoplasma en un proceso llamado tráfico nucleocitoplasmático . [5] Se ha descubierto que los complejos de poros nucleares son importantes en el transporte al macronúcleo y al micronúcleo, ya que hay diferentes procesos que ocurren en dos núcleos muy diferentes en diferentes momentos. Estas diferencias en los aparatos de transporte entre los dos núcleos conducen a las grandes diferencias entre el micronúcleo y el macronúcleo. [1]
Como se mencionó anteriormente, se han realizado investigaciones con Tetrahymena , un eucariota unicelular. Este eucariota tiene mecanismos muy interesantes que afectan su función. Las investigaciones realizadas para investigar estos mecanismos han llevado a nuevos descubrimientos sobre las propiedades de este eucariota y las propiedades generales del dimorfismo nuclear.
Los tetrahymena tienen dos partes principales en su ciclo de vida. Hay una etapa de reproducción asexual que implica fisión binaria , así como una etapa sexual no reproductiva llamada conjugación. Durante esta etapa de conjugación, la célula con micronúcleo experimenta meiosis. Durante la fisión binaria, el macronúcleo se divide amitóticamente y la célula con micronúcleo se divide mitóticamente. Estas diferencias juegan un papel en las diferencias entre las células con macronúcleo y micronúcleo, así como también proporcionan una diferencia entre sus genomas vegetativos. Durante la conjugación, se seleccionan algunos núcleos. Estos núcleos se destruyen a través de un mecanismo llamado muerte nuclear programada. [2] Dado que la conjugación es diferente para ambos pasos, esto conduce a diferencias en el micronúcleo y el macronúcleo hacia el final de la conjugación. Los cambios permanecen durante todo el ciclo. [1]
Existen otras diferencias biológicas y bioquímicas únicas entre el micronúcleo y el macronúcleo. Hay tres formas en las que la información genética se distribuye durante la división nuclear: la meiosis en las células con micronúcleo, la amitosis en las células con micronúcleo y la mitosis en las células con micronúcleo. La meiosis en las células con micronúcleo implica estirar el genoma fuera de la célula, mientras que la amitosis en las células con macronúcleo implica una distribución aleatoria del genoma. [2]
Las investigaciones recientes se han centrado en las causas de las diferencias entre el micronúcleo y el macronúcleo. Las diferencias funcionales entre el micronúcleo y el macronúcleo se han atribuido durante algún tiempo a la selectividad del transporte a través de la membrana nuclear , y sigue siendo un tema de interés para la investigación junto con otras investigaciones en curso. Las moléculas que pueden pasar a través de la membrana dependen de los poros nucleares del macronúcleo y el micronúcleo. Los poros del macronúcleo permiten la entrada de moléculas más grandes en comparación con los poros del micronúcleo. Se cree que esta diferencia se atribuye a la composición de las proteínas y a la disposición compleja de los poros nucleares entre los dos tipos de núcleos. [5]
Otra diferencia recientemente comprobada experimentalmente entre micronúcleos y macronúcleos es la especificidad que proviene de las proteínas específicas de cada uno. Las diferentes nucleoporinas presentes en cada uno contribuyen a las diferencias estructurales entre los dos núcleos, lo que a su vez provoca diferencias funcionales. [5]
Los tetrahymena continúan siendo explorados e investigados para comprender cómo funcionan y cómo gestionan sus complejos procesos biológicos. Los ciliados y los eucariotas similares a ellos ayudan a explicar los antiguos mecanismos eucariotas que se conservaron con ellos. Dado que los ciliados unicelulares representan el último ancestro común de los eucariotas, también ayudan a explicar los mecanismos y despiertan el interés por saber por qué estos mecanismos se conservaron y luego desaparecieron a través de la evolución. [2] Si bien se ha investigado y descubierto mucho sobre el dimorfismo nuclear, aún hay espacio para más investigaciones para mejorar el conocimiento actual mediante la mejora de estudios previos.