RLa hora pico nunca termina en el límite del núcleo. Los productos genéticos comienzan su vida en el núcleo como cadenas de ARNm que se envían al citoplasma, donde sirven como plantillas para la síntesis de proteínas. Muchas de estas proteínas, como los factores de transcripción, regresan posteriormente al remitente, cruzando de nuevo hacia el orgánulo central de la célula.1 Para atravesar la envoltura nuclear, las proteínas deben transitar a través de una complejo de poro nuclear (PNJ).2 Este canal de proteína actúa como un guardián del núcleo, restringiendo el paso a proteínas seleccionadas que llevan una señal de localización nuclear (NLS), una secuencia de aminoácidos que marca la proteína para su entrega al núcleo.
En un estudio reciente publicado en Física de la naturalezaLos investigadores descubrieron que las proteínas albergan un dominio flexible cerca del NLS entrar al núcleo más rápido.3 Para imitar este elemento proteico flexible, los biofísicos diseñaron una etiqueta proteica flexible que aceleró la entrega de la carga proteica al orgánulo central de la célula.
“La gente está buscando sin duda cómo suministrar diversos tratamientos, diagnósticos o simplemente herramientas de investigación al núcleo, y esto podría ser bastante importante para mejorar de forma muy significativa la eficiencia de ese proceso”, dijo. Derrota de Michaelun biólogo celular de la Universidad Rockefeller que no participó en el trabajo.
Los científicos habían descubierto anteriormente que la Cambios de forma de los NPC para permitir que la carga cruce el umbral nuclear, pero los científicos saben poco sobre cómo las alteraciones estructurales de los paquetes de proteínas afectan el transporte.4 “Los cargamentos han sido vistos hasta cierto punto como si fueran el cadáver en un funeral: son el propósito de toda la ceremonia, pero no toman parte activa en el proceso”, dijo Rout.
Para estudiar la relación entre la composición molecular de una proteína y sus movimientos, Sergi García-Manyesbiofísico del Instituto Francis Crick y coautor del estudio, desarrolló un sistema para cronometrar el transporte de proteínas al núcleo. Él y su equipo eligieron un motivo proteico común llamado dominio de inmunoglobulina (Ig) como sujeto de prueba. Trabajaron con dos mutantes de Ig: uno que era más flexible y otro que era más rígido en comparación con el tipo salvaje de Ig. Sin embargo, los dominios de Ig no tienen un NLS, por lo que los investigadores le dieron a cada versión el sello postal nuclear. La fusión de estos constructos mutantes con una proteína fluorescente permitió a los investigadores monitorear la distribución de proteínas bajo un microscopio y cronometrar sus envíos al núcleo. Los investigadores estaban listos para llevar sus proteínas mejoradas a las carreras. Cuando enfrentaron a los mutantes entre sí, descubrieron que el dominio flexible de Ig tardaba menos tiempo en ingresar al núcleo que la variedad rígida.
El equipo cronometró la administración de Ig mutante fusionada a una proteína fluorescente al núcleo mediante imágenes de células vivas. Barra de escala = 10 micrómetros.
García-Manyes y su equipo se preguntaron si la proximidad del dominio flexible al NLS afectaba la velocidad de transporte. Sin embargo, no pudieron utilizar las variantes de Ig para probar esta hipótesis, ya que las mutaciones se fijaban cerca del NLS. En su lugar, recurrieron a la versión de tipo salvaje de Ig y unieron una proteína flexible llamada R16 a cada extremo de su cadena proteica. Al manipular la distancia entre el dominio flexible y el NLS, determinaron que cuanto más cerca estaban los dos elementos, más rápida era la entrada de la proteína al núcleo.
García-Manyes y sus colegas consideraron las aplicaciones de sus hallazgos para potenciar la importación nuclear. “Lo que pensamos es: ‘en lugar de simplemente hacer uso de las propiedades de la proteína en sí, hagamos algo artificial: diseñemos algo a través de la ingeniería molecular’”, dijo. Para crear una etiqueta proteica flexible sintética para colocar cerca del NLS de las proteínas rígidas, desarrollaron polímeros de glicina (G) y serina (S), dos aminoácidos que los científicos usan con frecuencia para El ajuste ágil depende de las proteínas.5 Una sola etiqueta GS tuvo un efecto insignificante en la tasa de importación nuclear de Ig, y las etiquetas grandes que llevaban 25 copias de GS ralentizaron el tráfico. Sin embargo, una gama Goldilocks de dos a cuatro copias de GS aumentó el transporte a través del NPC.
La etiqueta sintética redujo a la mitad el tiempo de entrega, pero su impacto varió. “En el caso de una proteína muy blanda con una etiqueta, no se notaría mucha diferencia, pero si esa proteína es muy rígida, [then] “Se ve un efecto muy fuerte”, dijo Rafael Tapia Rojobiofísico del King’s College de Londres y coautor del estudio.
Los biofísicos quieren explorar qué proteínas nucleares desarrollaron naturalmente regiones flexibles para ayudarlas en el tránsito. Por ejemplo, una proteína nuclear llamada factor de transcripción A relacionado con la miocardina alberga muchas regiones intrínsecamente desordenadas—cadenas de aminoácidos que no tienen una estructura fija—lo que puede facilitar la entrada al núcleo.6 “Sería muy interesante observar otras cargas nativas que parecen tener estas regiones desordenadas junto a la secuencia objetivo y ver con qué frecuencia se utiliza esto”, dijo Rout.
En futuros experimentos, el equipo planea probar si la flexibilidad de las proteínas tiene un efecto similar en la tasa de exportación nuclear, así como en el transporte a través de otros poros en los compartimentos citoplasmáticos, como las mitocondrias productoras de energía. “Entonces podríamos comenzar a diseñar diferentes estrategias mecánicas para bloquear o desbloquear el transporte a través de los orgánulos”, dijo García-Manyes.
Referencias
1. Lu J, et al. Tipos de señales de localización nuclear y mecanismos de importación de proteínas al núcleo. Señal de comunicación celular. 2021;19(1):60.
2. Paci G, et al. El transporte de carga a través del complejo de poros nucleares de un vistazo. Revista científica de células J.. 2021;134(2):jcs247874.
3. Panagaki F, et al. La anisotropía estructural da como resultado el transporte mecanodireccional de proteínas a través de los poros nucleares.. Física natural. 2024;20(7):1180-1193.
4. Hakhverdyan Z, et al. Diseccionando la dinámica estructural del complejo de poros nucleares. Célula molar. 2021;81(1):153-165.e7.
5. Van Rosmalen M, et al. Ajuste de la flexibilidad de los enlaces glicina-serina para permitir el diseño racional de proteínas multidominio. Bioquímica. 2017;56(50):6565-6574.
6. Infante E, et al. La estabilidad mecánica de las proteínas regula su tasa de translocación al núcleo celular.. Física natural. 2019;15(9):973-981.