Las membranas y el metabolismo configuran los canales nucleares de las células
Los complejos de poros nucleares (CPN o NPC, por sus siglas en inglés) son estructuras moleculares integradas en la membrana que rodea el núcleo celular. Funcionan como canales de entrada muy selectivos que permiten el paso de determinadas moléculas, como ARN, proteínas y factores de señalización, hacia el interior y exterior del núcleo, al tiempo que impiden el paso de otras. «Este tráfico estrechamente regulado es básico para la expresión génica y mecanismos de control celular —explica Alwin Koehler(se abrirá en una nueva ventana), coordinador del proyecto NPC-BUILD en la Universidad Médica de Viena(se abrirá en una nueva ventana) (Austria)—. Sin los CPN, la información genética del interior del núcleo quedaría aislada del resto de la célula».
Análisis detallado de la cesta nuclear
No obstante, uno de los principales componentes del CPN aún no se conoce del todo: la cesta nuclear. Se trata de una estructura flexible, con forma de tentáculo, que se extiende hacia el interior del núcleo y conecta el CPN con la membrana nuclear interna (MNI). «No sabíamos cómo se ensamblaba esta cesta, cómo se mantenía unida ni cómo podría influir, o incluso reprogramar, la función del CPN —comenta Koehler—. Tampoco se sabía mucho sobre qué tipos de lípidos componen esta membrana, ni si influyen en el funcionamiento de los poros nucleares». El proyecto NPC-BUILD, financiado por el Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana), tenía como objetivo determinar si la cesta nuclear está anclada a la MNI, y cómo se produce ese anclaje, y si el metabolismo lipídico en la MNI influye de forma directa en el ensamblaje y función de la cesta nuclear. Para ello, el equipo del proyecto empleó técnicas de biología estructural, imagenología de células vivas, biología sintética y bioquímica de lípidos. Entre sus principales logros se encuentran la reconstrucción del ensamblaje de la cesta nuclear en el CPN mediante membranas artificiales, la aplicación de microscopía electrónica tridimensional y el desarrollo de nuevos biosensores para observar en tiempo real el metabolismo lipídico en la MNI dentro de células vivas. «El empleo de estas técnicas posibilitó no solo analizar la arquitectura de la cesta nuclear en el CPN, sino obtener un mejor conocimiento de ella en el contexto metabólico y físico de la membrana nuclear», agrega Koehler.
Comprender la estructura y la función del CPN
Para Koehler, la conclusión más relevante es que la estructura y la función del CPN están profundamente entrelazadas con el metabolismo lipídico en la MNI. «Varios hallazgos nos llevaron a esta conclusión», explica el investigador. «Descubrimos que los niveles de saturación lipídica, cómo de rígida o fluida es la membrana, afectan sobremanera al ensamblaje y la estabilidad de la cesta nuclear en el CPN. También demostramos que la MNI tiene actividad metabólica. No es solo una estructura pasiva que alberga proteínas; desempeña un papel activo en la regulación de la producción y el almacenamiento de lípidos». El equipo del proyecto identificó a Nup60 como un elemento clave de anclaje de la cesta nuclear del CPN, que actúa como un cable de suspensión que la sujeta a la MNI. Esta interacción es sensible a los lípidos, lo que establece un vínculo molecular directo entre el entorno lipídico y el ensamblaje de la cesta del CPN.
Las CPN como estructuras sensibles a lípidos
La investigación efectuada en el proyecto NPC-BUILD ha contribuido a demostrar que el CPN no es simplemente una estructura proteica, sino una estructura sensible a los lípidos, incrustada en una membrana metabólicamente activa que también influye en su forma y función. «El metabolismo de los lípidos está alterado en muchas enfermedades, como el cáncer, la neurodegeneración y el envejecimiento prematuro —observa Koehler—. Nuestros hallazgos indican que esas alteraciones pueden repercutir de forma directa en el transporte nuclear, la regulación génica y la integridad del genoma a través del CPN». La cesta nuclear del CPN, que antes se consideraba una estructura pasiva, se revela ahora como un sensor dinámico e integrador del estado físico y metabólico de la membrana. Esto permite nuevas formas de entender cómo las células coordinan su crecimiento, responden al estrés y se adaptan metabólicamente. «En este proyecto hemos desarrollado herramientas que permitirán a otros estudiar las membranas nucleares de forma dinámica e integradora —concluye Koehler—. También hemos contribuido a redefinir la forma en que entendemos la envoltura nuclear: no como una barrera estática, sino como una interfaz viva y adaptable que conecta el metabolismo celular con la regulación génica ».
