TRANSPORTE DE MOLÉCULAS ENTRE EL NÚCLEO Y EL CITOSOL.

Existe un tráfico bidireccional continuo entre el citosol y el núcleo. La gran cantidad de proteinas que actúan en el núcleo -que incluye las histonas, las DNA y RNA polimerasas, las protefnas reguladoras de genes y las proteínas de procesamiento del RNA-son importadas de forma selectiva desde el citosol, donde son fabricadas, hasta el compartimiento nuclear. Al mismo tiempo, los tRNA y los mRNA son sintetizados en el compartimiento nuclear y luego son exportados al citosol. Al igual que el proceso de importación, el proceso de exportación también es selectivo; por ejemplo, los mRNA sólo son exportados si han sido modificados de forma correcta en el núcleo por reacciones de procesamiento de RNA. En algunos casos el proceso de transporte es complejo. Por ejemplo, las proteínas ribosomales son fabricadas en el citosol e importadas al núcleo, donde se ensamblan con RNA ribosomales recién fabricados formando particulas. Estas particulas son exportadas de nuevo al citosol donde se ensamblan formando los ribosomas. Cada uno de estos pasos implica un transporte selectivo a través de la envoltura nuclear.

Los complejos de poro nuclear atraviesan la envoltura nuclear.En todas las células eucariotas, la envoltura nuclear está perforada por elaboradas estructuras conocidas como complejos de poro nuclear (NPC: nuclear pore complexes). En las células animales cada NPC tiene un peso molecular estimado de 125 millones de dalton y está formado por unas 30 proteínas diferentes o nucleoproteinas.Cada NPC contiene uno o más pasos acuosos a través de los cuales pueden difundir pasivamente pequeñas moléculas solubles en agua.Dado que muchas proteínas celulares son demasiado grandes para difundir de forma pasiva través de los NPC, el compartimiento nuclear y el citosol pueden mantener diferentes conjuntos de proteinas. Por ejemplo, los ribosomas citoplasmáticos maduros tienen un diametro de unos 30 nm, por lo que no pueden difundir a través de los NPC de forma que la síntesis proteica quedará confinada en el citosol. Pero ¿cómo importa el núcleo las grandes moléculas que necesita, como las DNA y las RNA polimerasas cuyas subunidades tienen pesos moleculares de entre 100.000 y 200.000 dallon? Como explicaremos más adelante, éstas y muchas otras moléculas de proteína y de RNA se unen de forma específica a proteínas receptoras que los transportan activamente través de los NPC

Las proteínas nucleares son dirigidas hacia el núcleo mediante señales de localización nuclear.Cuando las proteinas son experimentalmente extraídas del núcleo y reintroducidas de nuevo en el citosol, incluso las más grandes se vuelven a acumular en el núcleo de una forma eficiente.Ciertas señales de clasificación denominadas señales de localización nuclear son las responsables de este proceso de importación activo al núcleo. En muchas proteínas las señales consisten en una o dos secuencias cortas, ricas en los aminoácidos cargados positivamente lisina y arginina (véase Tabla 12-3, p. 702), con una secuencia precisa diferente de la de otras proteínas nucleares.La interacción inicial de una proteína nuclear con el complejo de poro nuclear requiere una o más proteínas citosólicas que se unen a las señales de localización nuclear y colaboran dirigiendo a la pro teína nuclear hacia el complejo de poro, donde parece que se une a las fibrillas que se proyectan a partir del anillo del complejo. Entonces, la proteína nuclear se desplaza hacia el centro del complejo de poro, donde es activamente transportada a través de la envoltura nuclear mediante un proceso que requiere la hidrólisis de ATP (Figura 12-16).El transporte de macromoléculas a través de los NPC se diferencia del transporte de

troteinas a través de las membranas de otros orgánulos en que ocurre a través de un gran poro acuoso en lugar de a través de un transportador proteico que atraviesa una o más bicapas lipidicas. Por esta razón, a través de los NPC se pueden transportar las proteinas nucleares plegadas por completo y las subunidades de los ribosomas son transportadas hacia fuera del nucleo en forma de partfculas ensambladas. Por el contrario, para poder ser transportadas a otros orgánulos, las proteínas tienen que estar desplegadas en su totalidad.

La exportación del núcleo funciona como la importación, pero en el sentido opuesto.La exportación nuclear de grandes moléculas, tales como las subunidades ribosomales y las moléculas de RNA, se realiza a través de los NPC, y también depende de un sistema selectivo de transporte. El sistema de transporte se basa en la presencia de señales de exportación nuclear en las moléculas a exportar, as( como en la existencia de receptores de exportación nuclear complementarios. Estos receptores se unen a las señales de exportación y a las proteínas del NPC, guiando su carga a través del NPC hasta el citosol.

La GTPasa Ran impone una direccionalidad en el transporte a través de los NPC La importación de las proteínas nucleares a través de los NPC concentra determinadas proteínasen el núcleo y aumenta asf el orden en la célula. La céluJa obtiene la energía necesariapara este proceso a través de hldrólisis de GTP por la GTPasa monomérica Ran. Ran se encuentratanto en el citosol como en el núcleo, y es necesaria para la importación y para la exponaciónnuclear.Como otras GfJ>-asas, la proteína Ran es un interruptor molecular que existe en dos estadosconformacionales, dependiendo de sj está u.njda a GDP o a GTP (se describe en elCapftuJo 3). Dos prorefnas reguladoras específicas de Ran disparan la transformación entreestos dos estados: una protelna citosólica activad ora de GTPasa (GAP: GTPase activatingprotein), que induce la hidróUsis de GTP convirtiendo Ran-GTP en Ran-GDP. y un factornuclear intercambiador de guanina (GEF: guanine exchange factor) que activa el intercambiode GDP por GTP convirtiendo Ran-GDP en Ran-GTP. Dado que Ran-GAP se localiza en elcitosol y Ran-GEF en el núcleo, el citosol contiene sobre todo Ran-GDP y el núcleo Ran-GTP(Figura 12-14).Este gradiente de las dos formas conformacionales de Ran dirige el transporte nuclearen la dirección apropiada (Figura 12-15). Por ejemplo, la unión de los receptores de importacióna las repeticiones FG en la cara citosólica del NPC, se produce tanto cuando el receptorestá unido a su carga como cuando está libre. Los receptores de importación saltan tleuna repetición FG a otra. Si alcanzan la cara nuclear del complejo de poro, Ran-GTP se une~· si llegan cargados con alguna molécula, la unión de Ran-GTP hace que los receptohnponaci6n

liberen su carga (Figura 12-16). Dado que en el citosol Ran-GDP no se

a lo~ receptores cargados, la descarga únicamente se produce en la cara nuclear de los

1 le t'sta forma, la localización nuclear de Ran-GTP da lugar a la direccionalidad.

Una ve~. que se libera la carga en el núcleo, el receptor de importación vacfo unido a

1 rP es devuelto al cirosol a través del comple¡o de poro. Allí, Ran-GAP acriva a Ran-GTP

hídrolice el Gn) al que está unido, transfom1ándose en Ran-GDP: emonces. el receplmportación

está de nuevo l.isto para otro ciclo de imponación nuclear.

1~1 t'xportación nuclear se realiza mediante un mecanismo similar, excepto que

GTI' en el núcleo favorece la unión de la carga a los receptores de exportación en lugar

,ociarlos de ella. Cuando el receptor de exponación se desplaza a tra\'és del poro hacia

,ol, su Ran-GTP encuentra una Ran-GAP e hidroliza su GTP. Como resultado de ello, el

tor de exportación libera su carga y la Ran-GDP en el cito~ol. Los receptores de expor\~

lcíos son devueltos entonces al núcleo y completan el ciclo (véase la Figura 12-15).