La lámina nuclear es una red fibrilar densa (~30 a 100 nm de espesor) dentro del núcleo de las células eucariotas . Está compuesto por filamentos intermedios y proteínas asociadas a la membrana . Además de proporcionar soporte mecánico, la lámina nuclear regula importantes eventos celulares como la replicación del ADN y la división celular . Además, participa en la organización de la cromatina y ancla los complejos de poros nucleares incrustados en la envoltura nuclear .
La lámina nuclear está asociada con la cara interna de la membrana nuclear interna de la envoltura nuclear , mientras que la cara externa de la membrana nuclear externa se continúa con el retículo endoplásmico . [1] La lámina nuclear es similar en estructura a la matriz nuclear , que se extiende por todo el nucleoplasma .
La lámina nuclear consta de dos componentes, láminas y proteínas de membrana asociadas a láminas nucleares. Las láminas son filamentos intermedios de tipo V que pueden clasificarse como de tipo A (lámina A, C) o de tipo B (lámina B 1 , B 2 ) según la homología de sus secuencias de ADN , propiedades bioquímicas y localización celular durante el proceso celular. ciclo . Los filamentos intermedios de tipo V se diferencian de los filamentos intermedios citoplasmáticos en que tienen un dominio de bastón extendido (42 aminoácidos más largo), que todos llevan una señal de localización nuclear (NLS) en su extremo C-terminal y que muestran estructuras terciarias típicas . Los polipéptidos laminares tienen una conformación de hélice α casi completa con múltiples dominios de hélice α separados por conectores no helicoidales que están altamente conservados en longitud y secuencia de aminoácidos . Tanto el extremo C como el extremo N no son helicoidales α, y el extremo C muestra una estructura globular con un motivo plegado de tipo inmunoglobulina. Su peso molecular oscila entre 60 y 80 kilodaltons (kDa). En la secuencia de aminoácidos de una lámina nuclear, también hay dos sitios fosfoaceptores presentes, que flanquean el dominio del bastón central. Un evento de fosforilación al inicio de la mitosis conduce a un cambio conformacional que provoca el desmontaje de la lámina nuclear. (discutido más adelante en el artículo)
En el genoma de los vertebrados , las láminas están codificadas por tres genes . Mediante empalme alternativo se obtienen al menos siete polipéptidos diferentes (variantes de empalme), algunos de los cuales son específicos de las células germinales y desempeñan un papel importante en la reorganización de la cromatina durante la meiosis . No todos los organismos tienen la misma cantidad de genes que codifican láminas; Drosophila melanogaster, por ejemplo, tiene sólo 2 genes, mientras que Caenorhabditis elegans tiene sólo uno.
La presencia de polipéptidos laminares es una propiedad de todos los animales .
Las proteínas de membrana asociadas a la lámina nuclear son proteínas de membrana integrales o periféricas. Los más importantes son los polipéptidos asociados a láminas 1 y 2 ( LAP1 , LAP2 ), emerina, receptor de lámina B (LBR), otefina y MAN1. Debido a su ubicación dentro de la membrana interna o su asociación con ella, median en la unión de la lámina nuclear a la envoltura nuclear.
La lámina nuclear se ensambla mediante interacciones de dos polipéptidos de lámina en las que las regiones de hélice α se enrollan entre sí para formar una estructura de dos hebras de hélice α, seguida de una asociación de cabeza a cola de los múltiples dímeros . [3] El polímero linealmente alargado se extiende lateralmente mediante una asociación de polímeros uno al lado del otro, lo que da como resultado una estructura 2D subyacente a la envoltura nuclear. Además de proporcionar soporte mecánico al núcleo, la lámina nuclear desempeña un papel esencial en la organización de la cromatina, la regulación del ciclo celular, la replicación y reparación del ADN , la diferenciación celular y la apoptosis .
La organización no aleatoria del genoma sugiere fuertemente que la lámina nuclear desempeña un papel en la organización de la cromatina. Se ha demostrado que los polipéptidos laminares tienen afinidad por unirse a la cromatina a través de sus dominios α-helicoidales (en forma de varilla) en secuencias de ADN específicas llamadas regiones de unión a la matriz (MAR). Un MAR tiene una longitud de aproximadamente 300 a 1000 pb y un alto contenido de A/T. Las láminas A y B también pueden unirse a histonas centrales a través de un elemento de secuencia en su dominio de cola.
La cromatina que interactúa con la lámina forma dominios asociados a la lámina (LAD). La longitud promedio de las LAD humanas es de 0,1 a 10 MBp . Los LAD están flanqueados por sitios de unión a CTCF . [4]
Al inicio de la mitosis ( profase , prometafase ), la maquinaria celular participa en el desmontaje de diversos componentes celulares, incluidas estructuras como la envoltura nuclear, la lámina nuclear y los complejos de poros nucleares. Esta degradación nuclear es necesaria para permitir que el huso mitótico interactúe con los cromosomas (condensados) y se una a sus cinetocoros .
Estos diferentes eventos de desensamblaje son iniciados por el complejo de proteína quinasa ciclina B / Cdk1 ( MPF ). Una vez activado este complejo, la célula es forzada a entrar en mitosis, por la posterior activación y regulación de otras proteínas quinasas o por la fosforilación directa de proteínas estructurales implicadas en esta reorganización celular. Después de la fosforilación por la ciclina B/Cdk 1 , la lámina nuclear se despolimeriza y las láminas tipo B permanecen asociadas con los fragmentos de la envoltura nuclear mientras que las láminas tipo A permanecen completamente solubles durante el resto de la fase mitótica.
La importancia de la ruptura de la lámina nuclear en esta etapa queda subrayada por experimentos en los que la inhibición del proceso de desmontaje conduce a una detención completa del ciclo celular.
Al final de la mitosis ( anafase , telofase ) se produce un reensamblaje nuclear altamente regulado en el tiempo, que comienza con la asociación de proteínas "esqueléticas" en la superficie de los cromosomas aún parcialmente condensados, seguido del ensamblaje de la envoltura nuclear. Se forman nuevos complejos de poros nucleares a través de los cuales se importan activamente láminas nucleares mediante el uso de su NLS. Esta jerarquía típica plantea la cuestión de si la lámina nuclear en esta etapa tiene un papel estabilizador o alguna función reguladora, porque está claro que no desempeña ningún papel esencial en el ensamblaje de la membrana nuclear alrededor de la cromatina.
La presencia de láminas en el desarrollo embrionario se observa fácilmente en varios organismos modelo como Xenopus laevis , el polluelo y los mamíferos. En Xenopus laevis se identificaron cinco tipos diferentes que están presentes en diferentes patrones de expresión durante las diferentes etapas del desarrollo embrionario. Los tipos principales son LI y LII, que se consideran homólogos de las láminas B 1 y B2. LA se considera homóloga a la lámina A y LIII como lámina de tipo B. Existe un cuarto tipo y es específico de las células germinales.
En las primeras etapas embrionarias del polluelo, las únicas láminas presentes son las láminas de tipo B. En etapas posteriores, el patrón de expresión de la lámina B 1 disminuye y hay un aumento gradual en la expresión de la lámina A. El desarrollo de los mamíferos parece progresar de manera similar. También en este último caso son las láminas de tipo B las que se expresan en las primeras etapas. Lamin B1 alcanza el nivel de expresión más alto, mientras que la expresión de B2 es relativamente constante en las primeras etapas y comienza a aumentar después de la diferenciación celular. Con el desarrollo de los diferentes tipos de tejido en una etapa de desarrollo relativamente avanzada, hay un aumento en los niveles de lámina A y lámina C.
Estos hallazgos indicarían que en su forma más básica, una lámina nuclear funcional requiere sólo láminas de tipo B.
Varios experimentos muestran que la lámina nuclear desempeña un papel en la fase de elongación de la replicación del ADN. Se ha sugerido que las láminas proporcionan un andamio, esencial para el ensamblaje de los complejos de elongación, o que proporcionan un punto de iniciación para el ensamblaje de este andamio nuclear.
Durante la replicación no sólo están presentes las laminas asociadas a la lámina nuclear, sino que también están presentes los polipéptidos de la lámina libre y parecen tener alguna parte reguladora en el proceso de replicación.
La reparación de las roturas de la doble cadena del ADN puede ocurrir mediante cualquiera de dos procesos: unión de extremos no homólogos (NHEJ) o recombinación homóloga (HR). Las láminas de tipo A promueven la estabilidad genética al mantener niveles de proteínas que tienen funciones clave en NHEJ y HR. [5] Las células de ratón deficientes para la maduración de la prelamina A muestran un mayor daño en el ADN y aberraciones cromosómicas y son más sensibles a los agentes que dañan el ADN. [6]
La apoptosis es una forma de muerte celular programada que es crítica en la homeostasis de los tejidos y en la defensa del organismo contra la entrada invasiva de patógenos . La apoptosis es un proceso altamente regulado en el que la lámina nuclear se desmonta en una etapa temprana.
A diferencia del desmontaje inducido por la fosforilación durante la mitosis, la lámina nuclear se degrada mediante escisión proteolítica , y tanto las láminas como las proteínas de membrana asociadas a las láminas nucleares son el objetivo. Esta actividad proteolítica la realizan miembros de la familia de las caspasas , que escinden las láminas después de los residuos de ácido aspártico (Asp).
Los defectos en los genes que codifican la lámina nuclear (como la lámina A y la lámina B 1 ) se han implicado en una variedad de enfermedades ( laminopatías ) como: [7]
Medios relacionados con la lámina nuclear en Wikimedia Commons