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 estrictamente 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 la asociación con factores de transporte conocidos como receptores de transporte nuclear , como las carioferinas llamadas importinas para ingresar al núcleo y las exportinas para salir. [2] [3]
Las proteínas que deben ser importadas al núcleo desde el citoplasma llevan señales de localización nuclear (NLS) que están unidas por importinas . Una NLS es una secuencia de aminoácidos que actúa como una etiqueta. Son más comúnmente secuencias hidrófilas que contienen residuos de lisina y arginina , aunque se han documentado diversas secuencias de NLS. [1] Las proteínas, el ARN de transferencia y las subunidades ribosómicas ensambladas se exportan desde el núcleo debido a la asociación con exportinas, que se unen a secuencias de señalización llamadas señales de exportación nuclear (NES). La capacidad tanto de las importinas como de las exportinas para transportar su carga está regulada por la proteína G pequeña Ran .
Las proteínas G son enzimas GTPasas que se unen a una molécula llamada guanosina trifosfato (GTP), que luego hidrolizan para crear guanosina difosfato (GDP) y liberar energía. Las enzimas RAN existen en dos formas unidas a nucleótidos: unidas a GDP y unidas a GTP. En su estado unido a GTP, Ran es capaz de unirse a importinas y exportinas . Las importinas liberan carga al unirse 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 se encuentra 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 a 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 importinas dependen de RanGTP para disociarse de su carga, las exportinas requieren RanGTP para unirse a su carga. [4]
Una proteína especializada en la exportación de ARNm traslada el ARNm maduro al citoplasma una vez finalizada la modificación postranscripcional. Este proceso de translocación depende activamente de la proteína Ran, aunque el mecanismo específico aún no se conoce bien. Algunos genes que se transcriben con especial frecuencia se encuentran físicamente ubicados 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 está involucrado en la adición de aminoácidos a una cadena de péptidos en crecimiento. El exportador de ARNt en vertebrados se llama exportina-t . Exportina-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 de unirse a exportina-t y, en consecuencia, de ser exportado, 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, se desplazan 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 musculares esqueléticas y posiblemente 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]