Membrana nuclear

La envoltura nuclear, también conocida como membrana nuclear, está formada por dos membranas de bicapa lipídica que en las células eucariotas rodea al núcleo, que encierra el material genético.

La envoltura nuclear consta de dos membranas de bicapa lipídica: una membrana nuclear interna y una membrana nuclear externa. El espacio entre las membranas se denomina espacio perinuclear. Suele tener entre 10 y 50 nm de ancho. La membrana nuclear externa se continúa con la membrana del retículo endoplásmico. La envoltura nuclear tiene muchos poros nucleares que permiten que los materiales se muevan entre el citosol y el núcleo. Las proteínas de filamento intermedio llamadas láminas forman una estructura llamada lámina nuclear en el aspecto interno de la membrana nuclear interna y dan soporte estructural al núcleo.

Estructura

La envoltura nuclear está formada por dos membranas de bicapa lipídica, una membrana nuclear interna y una membrana nuclear externa. Estas membranas están conectadas entre sí por poros nucleares. Dos conjuntos de filamentos intermedios brindan soporte a la envoltura nuclear. Una red interna forma la lámina nuclear en la membrana nuclear interna. Una red más flexible se forma afuera para brindar apoyo externo. La forma real de la envoltura nuclear es irregular. Tiene invaginaciones y protuberancias y se puede observar con un microscopio electrónico.

Membrana externa

La membrana nuclear externa también comparte un borde común con el retículo endoplásmico. Si bien está unida físicamente, la membrana nuclear externa contiene proteínas que se encuentran en concentraciones mucho más altas que el retículo endoplásmico. Las cuatro proteínas nesprin (proteínas repetidas de espectrina de la envoltura nuclear) presentes en los mamíferos se expresan en la membrana nuclear externa. Las proteínas Nesprin conectan los filamentos del citoesqueleto al nucleoesqueleto. Las conexiones mediadas por Nesprin al citoesqueleto contribuyen al posicionamiento nuclear ya la función mecanosensorial de la célula.Las proteínas del dominio KASH de Nesprin-1 y -2 son parte de un complejo LINC (enlazador de nucleoesqueleto y citoesqueleto) y pueden unirse directamente a los componentes del cistoesqueleto, como los filamentos de actina, o pueden unirse a proteínas en el espacio perinuclear. Nesprin-3 y-4 pueden desempeñar un papel en la descarga de una carga enorme; Las proteínas Nesprin-3 se unen a la plectina y unen la envoltura nuclear a los filamentos intermedios citoplasmáticos. Las proteínas Nesprin-4 se unen a la cinesina-1 motora dirigida al extremo positivo. La membrana nuclear externa también está involucrada en el desarrollo, ya que se fusiona con la membrana nuclear interna para formar poros nucleares.

Membrana interna

La membrana nuclear interna encierra el nucleoplasma y está cubierta por la lámina nuclear, una malla de filamentos intermedios que estabiliza la membrana nuclear y participa en la función de la cromatina. Está conectado a la membrana externa por poros nucleares que penetran en las membranas. Si bien las dos membranas y el retículo endoplásmico están unidos, las proteínas incrustadas en las membranas tienden a permanecer en su lugar en lugar de dispersarse a lo largo del continuo. Está revestido con una red de fibra llamada lámina nuclear que tiene un grosor de 10-40 nm y proporciona resistencia.

Las mutaciones en los genes que codifican las proteínas de la membrana nuclear interna pueden causar varias laminopatías.

Poros nucleares

La envoltura nuclear está perforada por alrededor de mil complejos de poros nucleares, de unos 100 nm de ancho, con un canal interior de unos 40 nm de ancho. Los complejos contienen varias nucleoporinas, proteínas que unen las membranas nucleares internas y externas.

División celular

Durante la fase G2 de la interfase, la membrana nuclear aumenta su superficie y duplica el número de complejos de poros nucleares. En eucariotas como las levaduras que experimentan una mitosis cerrada, la membrana nuclear permanece intacta durante la división celular. Las fibras del huso se forman dentro de la membrana o la penetran sin romperla. En otros eucariotas (tanto animales como plantas), la membrana nuclear debe romperse durante la etapa de prometafase de la mitosis para permitir que las fibras del huso mitótico accedan a los cromosomas del interior. Los procesos de descomposición y reforma no se comprenden bien.

Desglose

En los mamíferos, la membrana nuclear puede romperse en cuestión de minutos, siguiendo una serie de pasos durante las primeras etapas de la mitosis. En primer lugar, los polipéptidos de nucleoporina fosforilados de M-Cdk se eliminan selectivamente de los complejos de poros nucleares. Después de eso, el resto de los complejos del poro nuclear se rompen simultáneamente. La evidencia bioquímica sugiere que los complejos de poros nucleares se descomponen en piezas estables en lugar de desintegrarse en pequeños fragmentos de polipéptidos. Los M-Cdk también fosforilan elementos de la lámina nuclear (el armazón que sostiene la envoltura) lo que conduce al desmontaje de la lámina y, por lo tanto, de las membranas de la envoltura en pequeñas vesículas. La microscopía electrónica y de fluorescencia ha proporcionado pruebas sólidas de que la membrana nuclear es absorbida por el retículo endoplásmico: las proteínas nucleares que normalmente no se encuentran en el retículo endoplásmico aparecen durante la mitosis.

Además de la ruptura de la membrana nuclear durante la etapa de prometafase de la mitosis, la membrana nuclear también se rompe en las células de mamíferos que migran durante la etapa de interfase del ciclo celular. Es probable que esta ruptura transitoria sea causada por una deformación nuclear. La ruptura se repara rápidamente mediante un proceso dependiente de los "complejos de clasificación endosomal requeridos para el transporte" (ESCRT) formados por complejos de proteínas citosólicas. Durante los eventos de ruptura de la membrana nuclear, se producen rupturas de doble cadena de ADN. Por lo tanto, la supervivencia de las células que migran a través de entornos confinados parece depender de maquinarias eficientes de reparación del ADN y de la envoltura nuclear.

También se ha observado una ruptura aberrante de la envoltura nuclear en laminopatías y en células cancerosas que conducen a una mala localización de proteínas celulares, la formación de micronúcleos e inestabilidad genómica.

Reforma

Se debate exactamente cómo se reforma la membrana nuclear durante la telofase de la mitosis. Existen dos teorías :

• Fusión de vesículas: donde las vesículas de la membrana nuclear se fusionan para reconstruir la membrana nuclear
• Remodelación del retículo endoplásmico: donde las partes del retículo endoplásmico que contienen la membrana nuclear absorbida envuelven el espacio nuclear, reformando una membrana cerrada.

Origen de la membrana nuclear

Un estudio de la genómica comparativa, la evolución y los orígenes de la membrana nuclear condujo a la propuesta de que el núcleo surgió en el antepasado eucariota primitivo (el "precariota") y fue desencadenado por la simbiosis arqueobacteriana. Se han propuesto varias ideas para el origen evolutivo de la membrana nuclear. Estas ideas incluyen la invaginación de la membrana plasmática en un ancestro procariota, o la formación de un nuevo sistema de membrana genuino luego del establecimiento de proto-mitocondrias en el huésped arqueal. La función adaptativa de la membrana nuclear puede haber sido servir como barrera para proteger el genoma de las especies reactivas de oxígeno (ROS) producidas por las premitocondrias de las células.