Indispensable para la vida de la célula, el núcleo es responsable de la diferenciación celular y la pluripotencia. Presente únicamente en interfase, contiene la misma cantidad de ADN en todas las células de una especie (excepto en células no diploides): 5,6µg en el hombre y 150 en algunos urodelos.
Componentes del Núcleo
- Envuelta nuclear
- Cromatina
- Nucleolo
- Nucleoplasma
- Matriz nuclear
Características Generales
- Número: Habitualmente uno, pero variable.
- Forma: Habitualmente similar a la de la célula, pero variable.
- Tamaño: Variable entre distintos tipos celulares de un individuo, pero más o menos constante en cada tipo celular.
- Posición: Central en células indiferenciadas y adaptada a la función de la célula en las especializadas.
Nucleoplasma y Matriz Nuclear
El nucleoplasma es una solución acuosa rica en proteínas (enzimas del metabolismo de los ácidos nucleicos), iones, ATP, NAD, etc. La matriz nuclear es una red de filamentos proteicos que parece constituir un citoesqueleto encargado de organizar la disposición de la cromatina.
Envuelta Nuclear
Doble envuelta continua con el Retículo Endoplasmático Rugoso (RER), que delimita un espacio perinuclear. Contiene poros nucleares y una lámina nuclear proteica.
Lámina Nuclear
Formada por filamentos intermedios (láminas A, B y C) que contactan con la membrana interna (lámina B) y la cromatina (lámina C). Su fosforilación despolimeriza la lámina nuclear y provoca la destrucción de la envuelta en profase. Su desfosforilación permite la reconstrucción en telofase.
Poros Nucleares
Comunicación núcleo-citoplasma. Su estructura es un complejo del poro formado por 8 unidades proteicas repetidas que contienen ~30 proteínas (nucleoporinas).
Intercambio Núcleo-Citoplasma
Entrada de proteínas necesarias para la actividad nuclear, ATP, iones, etc., y salida de ARNs y subunidades ribosomales. Usando partículas de oro coloidal se observa que las moléculas menores de 9nm pasan por difusión; las de mayor tamaño requieren transportadores. Pasan moléculas de más de 200KDa.
Intensidad del Tráfico
Se calcula que en una célula que replica su ADN entran aproximadamente 100 moléculas de histonas por poro y minuto. El tráfico a través de la envuelta nuclear requiere la presencia de señales específicas de entrada o salida del núcleo (NIS y NES). La NIS en proteínas es una secuencia de aminoácidos con carga positiva, la NES del ARNm es una guanina, una marca en el extremo 5′ y la asociación con proteínas que garantizan que ha finalizado su procesamiento.
Localización de una Proteína Nuclear Mediante Inmunofluorescencia
Cuando la proteína contiene la señal que permite su entrada en el núcleo, la fluorescencia aparece en su interior. Cuando se produce una mutación en la señal que permite la importación, la fluorescencia permanece en el citoplasma. La entrada y salida del núcleo requiere la actividad de transportadores llamados importinas y exportinas que reconocen las NIS y NES y transportan su carga a través del poro, con la cooperación de proteínas asociadas a GTP.
Cromatina
Forma de organización del material genético durante la interfase. Las fibras de cromatina del núcleo presentan 10 o 30nm dependiendo del tratamiento. El nivel básico de organización de la cromatina es la fibra nucleosómica de 10nm, formada por ADN e histonas. Las histonas pueden sufrir modificaciones temporales en función de la actividad del ADN al que están ensambladas. Algunas regiones carecen de nucleosomas y se asocian a otras proteínas. La fibra de 30nm se asocia a una estructura proteica formada por proteínas no histonas que constituye la matriz nuclear, de forma que a partir de un esqueleto proteico, que suele asociarse a la lámina nuclear, sobresalen bucles o lazos de cromatina de un tamaño de 10.000 a 150.000 pares de bases. La fibra de cromatina puede aumentar su condensación gracias a su asociación con condensinas, proteínas que forman dímeros flexibles. Esta condensación ocurre durante la formación de los cromosomas mitóticos. La progresiva compactación de la cromatina permite la formación de cromosomas durante la división celular. La cromatina se presenta en el núcleo interfásico en dos formas: eucromatina y heterocromatina.
Durante la mitosis, la cromatina forma los cromosomas. Durante la interfase, cada uno ocupa una región o territorio cromosómico determinado, presentando cierta movilidad. En los territorios intercromosómicos se sitúan otras estructuras y enzimas relacionadas con la actividad nuclear (replicación, reparación, amplificación, recombinación, transcripción, etc.), tales como el nucleolo.
Nucleolo
Estructura que aparece en el núcleo interfásico y contiene poco ADN, un 10% de ARN y proteínas histonas y no histonas abundantes. Los mutantes sin nucleolo mueren en las primeras fases del desarrollo embrionario por incapacidad para sintetizar proteínas. Se distingue una región amorfa y una región densa y, dentro de ésta, una zona granular y otra fibrilar.
El nucleolo es la expresión funcional de la actividad de los genes organizadores nucleolares. Los organizadores nucleolares se localizan en diferentes cromosomas, que ocupan territorios próximos, de forma que todos ellos se sitúan en una zona común. Transcriben ARN 45S que se procesa con la colaboración de RNPs específicas (snoRNPs). Su fraccionamiento da lugar a ARNr 18S, 32S y 5,8S. El ARNr 5S se transcribe en otra región nuclear y se reincorpora a la región del nucleolo. Durante el procesamiento de los ARNr, se les van uniendo proteínas ribosomales, formándose progresivamente las subunidades del ribosoma. Los organizadores nucleolares contienen múltiples copias del gen, por lo que la transcripción es muy intensa (región fibrilar). La maduración de las subunidades ribosomales es relativamente lenta (región granular). En células con intensa síntesis de proteínas, el organizador nucleolar se puede amplificar y sus copias se localizan en diferentes puntos del núcleo, dando lugar a múltiples nucleolos.