El estudio desenreda cómo los complejos nucleares del poro transportan mRNAs del núcleo

El protector derecho entre un núcleo de célula y su cámara principal, llamados el citoplasma, es millares de estructuras de la proteína del marmotreto llamadas los complejos nucleares del poro, o NPCs. NPCs es como las gorilas de un núcleo de célula, guarda apretado exactamente qué sale hacia adentro y. Cada estructura contiene cerca de 1.000 moléculas de proteína, haciendo NPCs alguno de los complejos más grandes de la proteína en nuestras carrocerías. Uno de los clientes más notables de NPCs es una clase de las moléculas conocidas como mensajero RNAs, o mRNAs. Éstos son los mensajeros que llevan instrucciones genéticas del núcleo al citoplasma, donde los entonces traducen a las proteínas.

Pero cómo el NPC transporta los mRNAs del núcleo sigue siendo un misterio.

“Los mRNAs son uno de los cargamentos más grandes llevados con NPCs, y el proceso entero ocurre en apenas una parte un segundo,” dice André Hoelz, profesor de la química en Caltech, investigador del instituto de investigación médica (HMRI) de la herencia, y escolar (HHMI) de la facultad del Howard Hughes Medical Institute. “Cómo esto trabaja ha sido uno de los problemas sin resolver más grandes de la biología.”

NPCs se asocia a varias enfermedades. Las mutaciones a las proteínas dentro del complejo se han conectado a las enfermedades de la neurona de motor tales como esclerosis lateral amiotrófica (ALS), y conocen a la gente con la enfermedad de Huntington para tener defectos en la función de su NPCs.

En un nuevo estudio en la aplicación del 13 de junio las comunicaciones de la naturaleza, Hoelz y su grupo--encabezado por Daniel Lin (doctorado '17), estudiante de tercer ciclo anterior en Caltech ahora en el Whitehead Institute para la investigación biomédica en el MIT, y Sarah Cai, estudiante universitario en Caltech--denuncie la primera mirada de la atómico-escala en los componentes específicos del ser humano NPCs responsables de caer mRNAs lejos en el citoplasma. Para que un mRNA sea transportado con un NPC, debe ser marcado con etiqueta con un factor nuclear de la exportación, un tipo de pequeña proteína. Esa etiqueta es como un boleto que permita que el mRNA incorpore el canal central del transporte del NPC. Una vez que el mRNA alcanza el lado citoplásmico, debe rendirse el boleto--si no, el mRNA podría viajar nuevamente dentro del núcleo, y las proteínas que codifica no conseguirían hechas.

Con una serie de experimentos que implicaban la cristalografía de la radiografía, la bioquímica, la enzimología, y otras metodologías, los investigadores podían mostrar cómo este proceso de O.N.U-marcar las moléculas del mRNA con etiqueta trabaja en células humanas por primera vez.

“Es como si tuviéramos fotos antes, y ahora tenemos una película el mostrar nos exactamente de qué suceso en la escala molecular cuando los mRNAs se caen lejos en el citoplasma de la célula,” dice a Lin.

Las nuevas conclusión de las personas fueron hechas posibles obteniendo una serie de estructuras cristalinas de algunos los componentes de proteína de la llave de un NPC humano. Uno de esos componentes se llama Gle1. La estructura tridimensional de esta proteína había sido obtenida antes en levadura, pero el hacer tan para su variante humana había seguido siendo un reto. Estudiando las propiedades bioquímicas de la levadura Gle1, los investigadores podían imaginar que otra proteína, llamada Nup42, fue requerida para estabilizar Gle1. Conociendo esto, las personas podían por primera vez, y después purificar Gle1 humano de las células en altas cantidades, usando el beamline molecular del observatorio de Caltech en la fuente luminosa de la radiación de sincrotrón de Stanford, obtienen su estructura cristalina.

“Incluso con mil millones de años de evolución entre la levadura y los seres humanos, hay todavía los aspectos de nuestra bio-maquinaria que sigue habiendo lo mismo,” dice a Lin.

Con la capacidad de purificar Gle1 humano, los investigadores fijan sobre estudiar cómo las mutaciones afectan a su estructura. Observaban varias mutaciones específicas de Gle1 sabido para ser asociado a un síndrome congénito llamado enfermedad 1 (LCCS1) de la contracción mortífera de la neurona de motor y descubrieron que las versiones transformadas de la proteína no estaban como establo.

“Gle1 es esencial para que la vida funcione correctamente,” dice Hoelz, “tan cualquier mutación que lo haga ser menos estable vaya a causar problemas.”

Los investigadores entonces observaban la estructura del salto Gle1 a una proteína llamada DDX19--cuál es responsable de O.N.U-marcar las moléculas del mRNA con etiqueta después de que pasen con el NPC. Gle1 se requiere para activar DDX19, y--hasta ahora--fue pensado que una pequeña molécula llamó el hexaphosphate del inositol (IP6) actuaba como una correa entre Gle1 y DDX19, permitiendo que ocurra la activación.

“Encontramos que IP6 no fue requerido en seres humanos, y eso era una sorpresa porque se requiere en levadura, y la dependencia IP6 fue creída previamente para ocurrir a través de toda la especie,” dice el Cai. “Mientras que hay algunas semejanzas entre la levadura y las proteínas humanas, hay también diferencias cruciales.”

Cuál es más, las nuevas demostraciones de la investigación en detalle del atómico-nivel exactamente cómo el O.N.U-marcar con etiqueta del mRNA trabaja. Esta clase de información estructural se podía utilizar en el futuro para ayudar en el diseño de las drogas terapéuticas para las enfermedades de la neurona de motor.

Hoelz dice que Lin y el Cai excedieron realmente las expectativas para esta investigación. “Quisieron descubrir algo nuevo, y fueron muy por encima con de este proyecto,” él dice. “Hicieron que suceso. Esto es un momento de Caltech.”

Fuente: http://www.caltech.edu/