Diagrama del núcleo que muestra la membrana nuclear externa con ribosomas, los poros nucleares, el ADN (complejado como cromatina) y el nucléolo.
el núcleo contiene casi todo el ADN de la célula, rodeado por una red de filamentos intermedios fibrosos y envuelto en una doble membrana llamada «envoltura nuclear». La envoltura nuclear separa el fluido dentro del núcleo, llamado nucleoplasma, del resto de la célula., El tamaño del núcleo depende del tamaño de la célula en la que está contenido, con un núcleo típicamente ocupando alrededor del 8% del volumen total de la célula. El núcleo es el orgánulo más grande en las células animales.: 12 en las células de mamíferos, el diámetro medio del núcleo es de aproximadamente 6 micrómetros (µm).
envoltura Nuclear y poros
la envoltura nuclear consta de dos membranas, una interna y una externa.,: 649 juntas, estas membranas sirven para separar el material genético de la célula del resto del contenido celular, y permiten que el núcleo mantenga un ambiente distinto del resto de la célula. A pesar de su estrecha aposición alrededor de gran parte del núcleo, las dos membranas difieren sustancialmente en forma y contenido. La membrana interna rodea el contenido nuclear, proporcionando su borde definitorio.: 14 incrustadas dentro de la membrana interna, varias proteínas se unen a los filamentos intermedios que dan al núcleo su estructura.,:649 la membrana externa encierra la membrana interna, y es continua con la membrana del retículo endoplásmico adyacente.: 649 como parte de la membrana del retículo endoplasmático, la membrana nuclear externa está tachonada con ribosomas que están traduciendo activamente proteínas a través de la membrana.: 649 el espacio entre las dos membranas, llamado el «espacio perinuclear», es continuo con el lumen del retículo endoplasmático.: 649
los poros nucleares, que proporcionan canales acuosos a través de la envoltura, están compuestos de múltiples proteínas, denominadas colectivamente nucleoporinas., Los poros son alrededor de 60-80 millones de daltons en peso molecular y consisten en alrededor de 50 (en levadura) a varios cientos de proteínas (en vertebrados).: 622-4 los poros tienen un diámetro total de 100 nm; sin embargo, la brecha a través de la cual las moléculas se difunden libremente es de solo unos 9 nm de ancho, debido a la presencia de sistemas reguladores dentro del centro del poro. Este tamaño permite selectivamente el paso de pequeñas moléculas solubles en agua al tiempo que evita que moléculas más grandes, como ácidos nucleicos y proteínas más grandes, entren o salgan inapropiadamente del núcleo., Estas grandes moléculas deben ser transportadas activamente al núcleo en su lugar. El núcleo de una célula mamífera típica tendrá alrededor de 3000 a 4000 poros a lo largo de su envoltura, cada uno de los cuales contiene una estructura en forma de anillo ocho veces simétrica en una posición donde las membranas internas y externas se fusionan. Unido al anillo hay una estructura llamada cesta nuclear que se extiende hacia el nucleoplasma, y una serie de extensiones filamentosas que llegan hasta el citoplasma. Ambas estructuras sirven para mediar la unión a proteínas de transporte nuclear.,: 509-10
La mayoría de las proteínas, subunidades ribosomales y algunos ARN son transportados a través de los complejos de poros en un proceso mediado por una familia de factores de transporte conocidos como carioferinas. Las carioferinas que median el movimiento en el núcleo también se llaman importinas, mientras que las que median el movimiento fuera del núcleo se llaman exportinas. La mayoría de las carioferinas interactúan directamente con su carga, aunque algunas usan proteínas adaptadoras., Las hormonas esteroides como el cortisol y la aldosterona, así como otras pequeñas moléculas liposolubles involucradas en la señalización intercelular, pueden difundirse a través de la membrana celular y en el citoplasma, donde se unen a las proteínas receptoras nucleares que son traficadas hacia el núcleo. Allí sirven como factores de transcripción cuando se unen a su ligando; en ausencia de un ligando, muchos de estos receptores funcionan como histonas deacetilasas que reprimen la expresión génica.,: 488
lámina Nuclear
en células animales, dos redes de filamentos intermedios proporcionan al núcleo soporte mecánico: la lámina nuclear forma una malla organizada en la cara interna de la envoltura, mientras que se proporciona un soporte menos organizado en la cara citosólica de la envoltura. Ambos sistemas proporcionan soporte estructural para la envoltura nuclear y sitios de anclaje para cromosomas y poros nucleares.
la lámina nuclear está compuesta principalmente de proteínas de lámina., Como todas las proteínas, las láminas se sintetizan en el citoplasma y luego se transportan al interior del núcleo, donde se ensamblan antes de ser incorporadas a la red existente de lámina nuclear. Las láminas que se encuentran en la cara citosólica de la membrana, como la emerina y la nesprina, se unen al citoesqueleto para proporcionar soporte estructural. Las láminas también se encuentran dentro del nucleoplasma donde forman otra estructura regular, conocida como el velo nucleoplasmático, que es visible mediante microscopía de fluorescencia., La función real del velo no está clara, aunque está excluido del nucléolo y está presente durante la interfase. Las estructuras laminares que componen el velo, como LEM3, se unen a la cromatina e interrumpiendo su estructura inhibe la transcripción de genes codificadores de proteínas.
al igual que los componentes de otros filamentos intermedios, el monómero de lámina contiene un dominio Alfa-helicoidal utilizado por dos monómeros para enrollarse entre sí, formando una estructura de dímero llamada bobina enrollada., Dos de estas estructuras dímeras se unen una al lado de la otra, en una disposición antiparalela, para formar un tetrámero llamado protofilamento. Ocho de estos protofilamentos forman una disposición lateral que se tuerce para formar un filamento en forma de cuerda. Estos filamentos se pueden ensamblar o desmontar de manera dinámica, lo que significa que los cambios en la longitud del filamento dependen de las tasas de adición y eliminación de filamentos que compiten entre sí.
Las mutaciones en los genes de la lámina que conducen a defectos en el ensamblaje del filamento causan un grupo de trastornos genéticos raros conocidos como laminopatías., La laminopatía más notable es la familia de enfermedades conocidas como progeria, que causa la aparición de envejecimiento prematuro en sus enfermos. El mecanismo exacto por el cual los cambios bioquímicos asociados dan lugar al fenotipo envejecido no se conoce bien.
cromosomas
un núcleo de fibroblastos de ratón en el que el ADN está teñido de azul., Los distintos territorios cromosómicos del cromosoma 2 (rojo) y el cromosoma 9 (verde) se tiñen con hibridación fluorescente in situ.
el núcleo celular contiene la mayoría del material genético de la célula en forma de múltiples moléculas de ADN lineales organizadas en estructuras llamadas cromosomas. Cada célula humana contiene aproximadamente dos metros de ADN.: 405 durante la mayor parte del ciclo celular éstos se organizan en un complejo de la DNA-proteína conocido como cromatina, y durante la división de la célula la cromatina se puede ver para formar los cromosomas bien definidos familiares de un cariotipo., Una pequeña fracción de los genes de la célula se encuentran en su lugar en las mitocondrias.:438
Hay dos tipos de cromatina. Euchromatin es la forma menos compacta de la DNA, y contiene los genes que son expresados con frecuencia por la célula. El otro tipo, la heterocromatina, es la forma más compacta, y contiene ADN que se transcribe con poca frecuencia., Esta estructura se clasifica además en heterocromatina facultativa, que consiste en genes que se organizan como heterocromatina solo en ciertos tipos celulares o en ciertas etapas de desarrollo, y heterocromatina constitutiva que consiste en componentes estructurales cromosómicos como telómeros y centrómeros. Durante la interfase la cromatina se organiza en parches individuales discretos, llamados Territorios cromosómicos. Los genes activos, que generalmente se encuentran en la región eucromática del cromosoma, tienden a estar ubicados hacia el límite del territorio del cromosoma.,
Los anticuerpos contra ciertos tipos de organización de la cromatina, en particular, los nucleosomas, se han asociado con una serie de enfermedades autoinmunes, como el lupus eritematoso sistémico. Estos se conocen como anticuerpos antinucleares (ANA) y también se han observado en conjunto con la esclerosis múltiple como parte de la disfunción general del sistema inmunológico.,
nucléolo
una micrografía electrónica de un núcleo celular, que muestra el nucléolo la más grande de las estructuras discretas densamente teñidas, sin membrana conocidas como cuerpos nucleares que se encuentran en el núcleo. Se forma alrededor de repeticiones en tándem de ADNr, que codifican el ADN para el ARN ribosomal (ARNr). Estas regiones se denominan regiones organizadoras nucleolares (NOR)., Las funciones principales del nucléolo son sintetizar ARNr y ensamblar ribosomas. La cohesión estructural del nucléolo depende de su actividad, ya que el ensamblaje ribosomal en el nucléolo resulta en la Asociación transitoria de los componentes nucleolares, facilitando un mayor ensamblaje ribosomal y, por lo tanto, una mayor asociación. Este modelo está respaldado por observaciones de que la inactivación del ADNr resulta en la mezcla de estructuras nucleolares.
en el primer paso del ensamblaje del ribosoma, una proteína llamada ARN polimerasa I transcribe el ADNr, que forma un gran precursor pre-ADNr., Esto se divide en dos grandes subunidades de ARNr-5.8 S, y 28S, y una pequeña subunidad de ARNr 18S.: 328 la transcripción, el procesamiento post-transcripcional y el ensamblaje de ARNr ocurre en el nucléolo, ayudado por pequeñas moléculas de ARN nucleolar (snoRNA), algunas de las cuales se derivan de intrones empalmados de ARN mensajeros que codifican genes relacionados con la función ribosómica. Las subunidades ribosómicas ensambladas son las estructuras más grandes que pasan a través de los poros nucleares.,: 526
Cuando se observa bajo el microscopio electrónico, se puede ver que el nucléolo consta de tres regiones distinguibles: los centros fibrilares más internos (FCs), rodeados por el componente fibrilar Denso (DFC) (que contiene fibrilarina y nucleolina), que a su vez está bordeado por el componente granular (GC) (que contiene la proteína nucleofosmina). La transcripción del ADNr se produce en el FC o en el límite FC-DFC, y, por lo tanto, cuando se aumenta la transcripción del ADNr en la célula, se detectan más FCs., La mayor parte de la escisión y modificación de los ARNr ocurre en el DFC, mientras que los últimos pasos que involucran el ensamblaje de proteínas en las subunidades ribosomales ocurren en el GC.
otros cuerpos nucleares
Además del nucléolo, el núcleo contiene un número de otros cuerpos nucleares. Estos incluyen cuerpos de Cajal, Géminis de cuerpos de Cajal, asociación cariosomal de interfase polimórfica (PIKA), cuerpos de leucemia promielocítica (PML), paraspículas y manchas de empalme., Aunque se sabe poco sobre un número de estos dominios, son significativos en que muestran que el nucleoplasma no es una mezcla uniforme, sino que contiene subdominios funcionales organizados.
otras estructuras subnucleares aparecen como parte de procesos anormales de la enfermedad. Por ejemplo, la presencia de pequeñas varillas intranucleares se ha reportado en algunos casos de miopatía nemalina. Esta condición suele ser el resultado de mutaciones en la actina, y las varillas en sí consisten en actina mutante, así como otras proteínas del citoesqueleto.,
cuerpos y gemas de Cajal
un núcleo típicamente contiene entre una y diez estructuras compactas llamadas cuerpos de Cajal o cuerpos en espiral (CB), cuyo diámetro mide entre 0.2 µm y 2.0 µm dependiendo del tipo de célula y la especie. Cuando se ven bajo un microscopio electrónico, se asemejan a bolas de hilo enredado y son focos densos de distribución para la proteína coilina. Los CBs están involucrados en una serie de funciones diferentes relacionadas con el procesamiento de ARN, específicamente la maduración de ARN nucleolar pequeño (snoRNA) y ARN nuclear pequeño (snRNA), y la modificación del ARNm de histonas.,
Similar a los cuerpos Cajal son Géminis de cuerpos Cajal, o gemas, cuyo nombre se deriva de la constelación de Géminis en referencia a su estrecha relación «gemela» con CBs. Las gemas son similares en tamaño y forma a CBs, y de hecho son prácticamente indistinguibles bajo el microscopio. A diferencia de CBs, gems no contienen pequeñas ribonucleoproteínas nucleares (snRNPs), pero sí contienen una proteína llamada supervivencia de la neurona motora (SMN) cuya función se relaciona con la biogénesis snRNP., Se cree que las gemas ayudan a la CBs en la biogénesis de la snRNP, aunque también se ha sugerido a partir de la evidencia microscópica que la CBs y las gemas son diferentes manifestaciones de la misma estructura. Estudios ultraestructurales posteriores han demostrado que las gemas son gemelas de los cuerpos Cajal con la diferencia en el componente coilin; los cuerpos Cajal son SMN positivos y coilin positivos, y las gemas son SMN positivos y coilin negativos.
los dominios PIKA y PTF
Los dominios PIKA, o asociaciones cariosomales de interfase polimórfica, se describieron por primera vez en estudios de microscopía en 1991., Su función sigue sin estar clara, aunque no se cree que estén asociados con la replicación activa del ADN, la transcripción o el procesamiento de ARN. Se ha encontrado que a menudo se asocian con dominios discretos definidos por la localización densa del factor de transcripción PTF, que promueve la transcripción de ARN nuclear pequeño (snRNA).
cuerpos con LMP
los cuerpos con leucemia promielocítica (cuerpos con LMP) son cuerpos esféricos que se encuentran dispersos por todo el nucleoplasma y miden alrededor de 0,1–1,0 µm., Son conocidos por una serie de otros nombres, incluyendo el dominio nuclear 10 (ND10), cuerpos de Kremer y dominios oncogénicos PML. Los cuerpos con LMP reciben el nombre de uno de sus componentes principales, la proteína de leucemia promielocítica (LMP). A menudo se ven en el núcleo en asociación con cuerpos Cajal y cuerpos de escisión. Los ratones Pml -/ -, que son incapaces de crear cuerpos PML, se desarrollan normalmente sin efectos nocivos obvios, lo que demuestra que los cuerpos PML no son necesarios para la mayoría de los procesos biológicos esenciales.,
speckles de empalme
Speckles son estructuras subnucleares que están enriquecidas en factores de empalme de ARN pre-mensajero y se encuentran en las regiones de intercromatina del nucleoplasma de células de mamíferos. A nivel del microscopio de fluorescencia aparecen como estructuras irregulares, punctadas, que varían en tamaño y forma, y cuando se examinan por microscopía electrónica se ven como grupos de gránulos de intercromatina., Las motas son estructuras dinámicas, y tanto sus componentes proteicos como ARN-proteínas pueden circular continuamente entre motas y otras ubicaciones nucleares, incluyendo sitios de transcripción activa. Los estudios sobre la composición, la estructura y el comportamiento de las motas han proporcionado un modelo para comprender la compartimentación funcional del núcleo y la organización de la maquinaria de expresión génica que empalma las snRNPs y otras proteínas de empalme necesarias para el procesamiento previo al ARNm., Debido a los requisitos cambiantes de una célula, la composición y ubicación de estos cuerpos cambia de acuerdo con la transcripción y regulación del ARNm a través de la fosforilación de proteínas específicas. Las motas de empalme también se conocen como motas nucleares (motas nucleares), compartimientos de factor de empalme (compartimientos SF), grupos de gránulos de interchromatina (IGCs) y snurposomas B.Los snurposomas B se encuentran en los núcleos de ovocitos de anfibios y en los embriones de Drosophila melanogaster. B los snurposomas aparecen solos o unidos a los cuerpos Cajal en las micrografías electrónicas de los núcleos de anfibios., Los IGCs funcionan como sitios de almacenamiento para los factores de empalme.
Paraspeckles
descubierto por Fox et al. en 2002, las paraspectas son compartimentos de forma irregular en el espacio interchromatina del núcleo. Primero documentado en las células HeLa, donde hay generalmente 10-30 por núcleo, ahora se sabe que las paraspículas también existen en todas las células primarias humanas, líneas celulares transformadas y secciones de tejido., Su nombre se deriva de su distribución en el núcleo; el «para» es la abreviatura de paralelo y las «motas» se refiere a las motas de empalme a las que siempre están muy cerca.
Los Paraespeckles secuestran proteínas nucleares y ARN y por lo tanto parecen funcionar como una esponja molecular que está involucrada en la regulación de la expresión génica. Además, paraspeckles son estructuras dinámicas que se alteran en respuesta a los cambios en la actividad metabólica celular., Son dependientes de la transcripción y en ausencia de la transcripción de ARN Pol II, el paraespecle desaparece y todos sus componentes proteicos asociados (PSP1, p54nrb, PSP2, CFI(m)68 y PSF) forman una capa perinucleolar en forma de media luna en el nucléolo. Este fenómeno se demuestra durante el ciclo celular. En el ciclo celular, las paraspectas están presentes durante la interfase y durante toda la mitosis, excepto la telofase. Durante la telofase, cuando se forman los dos núcleos hija, no hay transcripción de ARN Pol II por lo que los componentes de la proteína en su lugar forman una tapa perinucleolar.,
las fibrillas de Pericromatina
las fibrillas de Pericromatina son visibles solo bajo microscopio electrónico. Se encuentran al lado de la cromatina transcripcionalmente activa y se supone que son los sitios de procesamiento activo de pre-ARNm.
Clastosomas
Los Clastosomas son cuerpos nucleares pequeños (0.2–0.5 µm) descritos como de forma anular gruesa debido a la cápsula periférica alrededor de estos cuerpos. Este nombre se deriva del griego klastos, roto y soma, cuerpo. Los clastosomas no suelen estar presentes en las células normales, por lo que son difíciles de detectar., Se forman bajo condiciones proteolíticas altas dentro del núcleo y se degradan una vez que hay una disminución en la actividad o si las células se tratan con inhibidores del proteasoma. La escasez de clastosomas en las células indica que no son necesarios para la función del proteasoma. El estrés osmótico también ha demostrado causar la formación de clastosomas. Estos cuerpos nucleares contienen subunidades catalíticas y reguladoras del proteasoma y sus sustratos, lo que indica que los clastosomas son sitios para degradar proteínas.
