Aunque se conoce desde la década de 1830 como una mancha redonda y oscura en el núcleo de una célula, solo recientemente el nucleolo ha llegado a su fin. Los científicos han aprendido que, además de construir las fábricas de proteínas de una célula, esta subunidad u orgánulo especializado sirve más ampliamente comoun centro de control para el crecimiento celular y la salud.
En los últimos años, en medio de una serie de investigaciones, Clifford Brangwynne y sus colegas de Princeton descubrieron que el nucleolo se comporta como un líquido con la consistencia de la miel. Sin embargo, esta gotita biológica mantiene una estructura interna compleja y compartimentada. Brangwynne, un asistenteprofesor de ingeniería química y biológica, y otros investigadores se han preguntado cómo un objeto semejante a un líquido podría desarrollar capas compartimentadas de manera estable, en lugar de fusionarse en un globo homogéneo.
Un nuevo estudio de Brangwynne, sus estudiantes y sus colaboradores presenta una solución a la paradoja de la asamblea nucleolar y la organización interna. Su artículo, publicado en línea el 19 de mayo de 2016 en Celda , muestra que las proteínas constituyentes y el ARN de los nucléolos se ensamblan espontáneamente en tres capas líquidas distintas, gracias a sus diferentes propiedades, como la tensión superficial y la viscosidad. En lugar de cómo el aceite y el agua pueden coexistir pero permanecen separados, el nucleolo desarrolla líquidosubcompartimentos, que permiten sus funciones críticas. Estas ideas sobre la forma y la función del nucleolo podrían apuntar hacia nuevas formas de tratar la enfermedad.
"Para obtener la arquitectura característica en capas, 'núcleo-capa' del nucleolo, todo lo que necesita hacer es mezclar las moléculas correctas en concentraciones suficientes", dijo la coautora del estudio, Marina Feric, estudiante de doctorado.en ingeniería química y biológica.
"Hemos proporcionado un mecanismo biofísico para la estructura del nucleolo que emerge automáticamente del comportamiento colectivo de los líquidos inmiscibles", dijo la otra coautora del estudio, Nilesh Vaidya, becaria postdoctoral de Helen Hay Whitney en el laboratorio de Brangwynne.
Brangwynne y sus colegas habían demostrado previamente que una serie de otros orgánulos además del nucleolo también son gotitas líquidas de ARN y proteínas separadas por fases. Los hallazgos actuales señalan cómo estos orgánulos, todos los cuales carecen de la obvia compartimentación ofrecida por las membranas, puedenno obstante exhiben arquitecturas intrincadas adaptadas a sus funciones celulares.
"Las propiedades básicas de los fluidos dictan qué componentes del nucleolo están dentro y fuera", dijo Brangwynne. "Dado que los principios fundamentales que subyacen a este efecto se observan incluso en estados no vivos de la materia, creemos que esta imagen físicase aplica a muchos orgánulos dentro de las células "
Otros coautores de Princeton en el estudio son la estudiante graduada Lian Zhu y la estudiante junior Tiffany Richardson, ambas del grupo Soft Living Matter de Brangwynne. Otros autores incluyen: Tyler Harmon y Rohit Pappu de la Universidad de Washington en St. Louis; Diana Mitrea y Richard Kriwackidel Hospital de Investigación de St. Jude, Memphis. Los fondos para la investigación fueron provistos en parte por la National Science Foundation, los National Institutes of Health, el National Cancer Institute y la Helen Hay Whitney Foundation.
Los investigadores investigaron los nucléolos realizando experimentos con proteínas nucleolares purificadas, así como con óvulos de rana, lombrices y células cultivadas, además de algunos modelos de computadora.
El trabajo sobre los huevos de rana, encabezado por Feric, aprovechó el hecho de que los huevos poseen múltiples nucléolos grandes, lo que facilita la observación y manipulación de los orgánulos. En estos huevos, los nucleolos normalmente no entran en contacto debido auna red elástica de actina. Feric los incubó en un fármaco farmacológico para descomponer la actina, permitiendo que los nucléolos entren en contacto entre sí, y observó cómo se fusionaban sus contenidos, al igual que dos gotas de agua se unen en una gota más grande. Al analizar estos eventos de fusión,los investigadores descubrieron las diferentes propiedades biofísicas para las respectivas capas nucleolares.
Mientras tanto, el trabajo de laboratorio basado en proteínas, dirigido por Vaidya, descubrió que las gotas de las dos proteínas nucleolares principales, denominadas FIB1 y NPM1, no se mezclarían entre sí como un fluido homogéneo. En cambio, porque la tensión superficial de FIB1 era mayor queNPM1, el primero se vio envuelto por el segundo, imitando con precisión la estructura nucleolar que se ve en las células vivas. Como demostración de este fenómeno, los investigadores también crearon gotas multifase similares, líquidos incrustados en otros líquidos, usando aceite vegetal y silicona.aceite en agua
En conjunto, los datos explican cómo los subcompartimentos individuales del nucleolo se anidan uno dentro del otro, algo así como una matrioska rusa o muñeca "anidando".
"Este estudio es muy importante y emocionante", dijo Steve Michnick, químico biofísico de la Universidad de Montreal que no participó en la investigación. "Establece que la suborganización del nucleolo es el resultado de una envoltura corporal separada por fasesotro y explica la complementariedad física entre cada cuerpo y el entorno que da como resultado esta disposición ".
Para el nucleolo, esta forma estratificada sigue su función. Las moléculas de ARN recién hechas proceden del núcleo del orgánulo hacia el centro, luego los componentes externos, recibiendo modificaciones a medida que lo hacen, como si estuvieran en una línea de ensamblaje. Al igual que en una fábrica, los nucleolos se agitanestos bits de ARN, que después de abandonar el nucleolo finalmente ingresan al citoplasma de la célula y se unen para formar estructuras llamadas ribosomas. Fábricas por derecho propio, estos ribosomas fabrican los miles de proteínas de una célula.
Más allá de producir ribosomas, el nucleolo ha surgido recientemente como un centro para coordinar el crecimiento celular, ayudando a regular la división celular e incluso estableciendo el momento de la autodestrucción de una célula en reacción al estrés o daño. Dada esta centralidad, el nucleolo también escada vez más reconocido por sus roles en la enfermedad. Por ejemplo, durante ciertas enfermedades, los nucleolos pueden perder algo de su liquidez normal. Si los nucleolos defectuosos se vuelven más fibrosos, eliminando el flujo suave de ARN a través de sus cámaras, esto podría contribuir al corazón yenfermedades neurológicas.
Otra de las principales enfermedades de los nucleolos figura prominentemente en el cáncer. En las células malignas, los nucleolos secuestrados producen proteínas en exceso para alimentar las divisiones rápidas y fuera de control. Los oncólogos clasifican rutinariamente la agresividad de las células cancerosas en parte en el grado de sus nucléolos deformados e hinchados.
Más información sobre el diseño normal de los nucleolos, como lo proporciona el nuevo estudio Cell, ayudará a evaluar el orgánulo como un objetivo terapéutico prometedor para las drogas en un futuro próximo. Brangwynne también espera que la comprensión de la estructura nucleolar núcleo-caparazón informe a su laboratorioestudios en curso en otros organelos pasados por alto sin membranas, como gránulos de estrés, cuerpos p y cuerpos de Cajal. Aunque estas estructuras apenas aparecen en los libros de texto de biología, el trabajo reciente ha sugerido que también juegan un papel clave tanto en la fisiología celular como en muchas enfermedades, incluida la agregaciónenfermedades como el Alzheimer y la esclerosis lateral amiotrófica ELA.
"Esta investigación es muy emocionante para nosotros", dijo Brangwynne. "Es sorprendente cómo las estructuras complejas como el nucleolo pueden autoorganizarse, basadas en principios físicos relativamente simples. Esperamos que también exista simplicidad subyacente en cómo dicha organización puedeir mal en la enfermedad "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton, Escuela de Ingeniería . Original escrito por Adam Hadhazy. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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