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    Los investigadores ensamblan la puerta de enlace celular atesorada por primera vez

    Los científicos han capturado una imagen clara de los poros nucleares de una célula

    El cuerpo está formado por cerca de 100 billones de células que lo mantienen sano y vivo. Cada célula tiene miles de millones de partes propias, todas ellas trabajando en conjunto para mantener en movimiento los procesos de la vida.

    Descubrimiento del complejo de poros nucleares (NPC)

    Un componente vital de una célula se llama poro nuclear, que actúa como las puertas y ventanas de una casa: permiten que cosas importantes, como el ARN y las proteínas, entren y salgan del núcleo de una célula. Sin poros nucleares, las células y todo lo demás en el cuerpo se apagarían. Hasta ahora, los científicos no han visto exactamente cómo se construyen los poros nucleares y cómo funcionan sus muchas partes.

    Un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de California (Caltech), dirigido por André Hoelz, profesor de química y bioquímica y académico académico del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI), después de casi dos décadas de perseverancia, los investigadores mapearon con éxito la estructura atómica del complejo de poros nucleares (NPC) al determinar las estructuras de sus muchos componentes y unirlos. Ver cómo encaja el NPC en las células mejora nuestra comprensión sobre cómo funcionan las células y potencialmente conducirá a nuevos tratamientos para ciertos tipos de cáncer, enfermedades autoinmunes y neurodegenerativas y ciertas afecciones cardíacas.

    Un modelo molecular de la cara exterior (citoplasmática) del complejo del poro nuclear. Reimpreso con permiso de C.J. Bley et al., Science 376, eabm9129 (2022). (Laboratorio Hoelz/Caltech)

    Un modelo molecular de la cara exterior (citoplasmática) del complejo del poro nuclear. Reimpreso con permiso de C.J. Bley et al., Science 376, eabm9129 (2022). (Laboratorio Hoelz/Caltech)

    Desentrañando el NPC: Un gigantesco rompecabezas tridimensional

    Desentrañar el NPC tomó tiempo porque no es un rompecabezas simple como los que se encuentran en una caja. Contiene más de 1000 proteínas individuales, y los científicos pueden tardar años en mapear una sola antes de que puedan comenzar a juntarlas. Todo el proceso es similar a un gigantesco rompecabezas tridimensional, pero uno que está hecho de piezas tan pequeñas que no puedes verlas a simple vista o incluso con el mejor microscopio óptico.

    El papel crucial de la tecnología: Rayos X de Alta Energía

    Para hacer posible este hito, el equipo de Caltech recurrió a los rayos X de alta energía generados por la fuente de luz de radiación de sincrotrón de Stanford (SSRL) en el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del Departamento de Energía (DOE), la fuente de fotones avanzada en el Laboratorio Nacional Argonne del DOE, y National Synchrotron Light Source II en el Laboratorio Nacional Brookhaven del DOE. En muchos experimentos a lo largo de los años, eliminaron muestras de proteínas NPC cristalizadas con luz de rayos X, iluminando la estructura atómica y la forma general de las muestras. Publicaron sus hallazgos este mes en dos artículos en Science. El primer artículo informó sobre la arquitectura de la cara que se encuentra en el exterior del núcleo, y el segundo artículo reveló cómo las numerosas piezas del NPC se mantienen unidas por proteínas "pegamento".

    “La cristalografía de rayos X proporcionó detalles atómicos de los componentes proteicos individuales”, dijo Aina Cohen, científica sénior de SLAC. "A medida que las tecnologías han ido mejorando, incluso en el SSRL de SLAC, los investigadores han podido ver el complejo de poros nucleares de manera más clara, de modo que pudieron unir las diferentes proteínas para completar este complejo rompecabezas".

    Sin la tecnología mejorada de SSRL a lo largo de los años, como sus capacidades de microenfoque y un detector de matriz de píxeles (PAD), instalado en 2009, la investigación no podría haberse llevado a cabo, dijo Hoelz. SSRL tenía uno de los primeros PAD del país, y el detector generó datos de difracción de rayos X mucho mejores de lo que era posible anteriormente, lo que ayudó a los investigadores de Caltech a mapear las estructuras de proteínas del NPC. Determinar la estructura cristalina de una gran pieza de seis proteínas e identificar su disposición en el poro nuclear en 2015 mostró que, con paciencia y diligencia, los investigadores podrían finalmente proporcionar una imagen completa de todo el NPC.

    "SSRL fue la instalación donde se realizó la mayor parte del trabajo estructural inicial debido al amplio acceso que teníamos a través del Observatorio Molecular de Caltech, una instalación de cristalografía de rayos X con acceso a la Línea de haz 12-2 de SSRL", dijo Hoelz. “Este acceso regular permitió la mejora sistemática de varios aspectos de los experimentos de difracción de rayos X, lo que nos permitió resolver incluso los problemas de determinación de la estructura de la nucleoporina más desafiantes. Teníamos varias estructuras en las que trabajamos durante más de una década antes de resolverlas”.

    El rompecabezas NPC humano completo proporcionará un marco en el que ahora se pueden realizar muchos experimentos importantes, dijo Christopher Bley, investigador asociado postdoctoral senior en química en Caltech y también coautor principal de los estudios.

    Recientemente, se ha hecho un descubrimiento fascinante en el mundo de la biología celular. Un equipo de investigadores ha identificado un nuevo orgánulo dentro de las células. Este hallazgo promete abrir nuevas vías en nuestra comprensión de cómo las células mantienen su integridad y funcionamiento óptimo. Según los expertos, entender las funciones y la biología de este orgánulo recién descubierto podría arrojar luz sobre una amplia gama de procesos celulares, desde la degradación de desechos hasta la respuesta a ciertos estímulos ambientales. Este emocionante avance, junto con el rompecabezas NPC humano completo, representa un hito significativo en la investigación científica actual. Christopher Bley, investigador asociado postdoctoral senior en química en Caltech y coautor principal de los estudios, señaló que este nuevo orgánulo proporcionará un contexto invaluable para una serie de experimentos innovadores en el campo de la biología celular.

    El complejo de poros nucleares (NPC) es capaz de expandirse y contraerse para adaptarse a las necesidades de la célula. Reimpreso con permiso de S. Petrovic et al., Science 376, eabm9798 (2022). (Laboratorio Hoelz/Caltech)

    "Tenemos esta estructura compuesta ahora, y permite e informa futuros experimentos sobre la función de NPC, o incluso enfermedades", dijo Bley. "Hay muchas mutaciones en el NPC que están asociadas con enfermedades terribles, y saber dónde están en la estructura y cómo se unen pueden ayudar a diseñar el próximo conjunto de experimentos para tratar de responder a las preguntas de qué están haciendo estas mutaciones".

    Conclusiones

    Habiendo determinado la estructura de los NPC humanos, los científicos ahora pueden concentrarse en determinar la base molecular de varias funciones enigmáticas de los NPC, como la forma en que se exporta el ARNm, las causas subyacentes de las muchas enfermedades asociadas a los NPC y la orientación de la función de los NPC por parte de muchos virus, incluido el SARS-CoV-2 y el virus de la viruela del mono, con el objetivo de desarrollar nuevas terapias, dijo Hoelz.


    Fuente: Stanford. X Rays help researchers piece together treasured cellular gateway first time.

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