Trasporto nucleare
La caratteristica distintiva delle cellule eucariotiche è la segregazione della sintesi dell’acido ribonucleico (RNA) e della replicazione dell’acido desossiribonucleico (DNA) nel nucleo, mantenendolo separato dal meccanismo citoplasmatico per la sintesi delle proteine. Di conseguenza, gli RNA messaggeri, gli RNA ribosomiali, gli RNA di trasferimento e tutti gli RNA citoplasmatici di origine nucleare devono essere trasportati dal loro sito di sintesi nel nucleo alle loro destinazioni citoplasmatiche finali. Al contrario, tutte le proteine nucleari devono essere importate dal citoplasma nel nucleo.
Il traffico di macromolecole tra il nucleo e il citoplasma avviene attraverso i complessi dei pori nucleari (NPC). Gli NPC sono grandi strutture proteiche che formano canali acquosi attraverso l’involucro nucleare o la membrana. Gli NPC sono composti da copie multiple di fino a circa cinquanta proteine chiamate nucleoporine e consistono di tre unità strutturali. Una struttura centrale ad anello che circonda il canale centrale del poro è inserita tra due strutture periferiche: l’anello citoplasmatico da cui emanano otto fibrille citoplasmatiche, e l’orlo nucleare che ancorano il cesto nucleare.
Il trasporto nucleare dipende da segnali di importazione o esportazione che fanno parte delle molecole trasportate. Questi segnali sono chiamati rispettivamente segnali di localizzazione nucleare (NLS) o segnali di esportazione nucleare (NES). Nelle proteine, sono specifiche sequenze di aminoacidi. Gli NLS o i NES sono riconosciuti e legati da recettori solubili di importazione o esportazione che fanno la spola tra il nucleo e il citoplasma. L’interazione dei recettori con i loro carichi (o substrati) può essere diretta o mediata da una proteina adattatore aggiuntiva. Dopo il legame, i recettori di trasporto attraccano i loro carichi all’NPC e facilitano la loro traslocazione attraverso il canale centrale del poro. Dopo aver consegnato i loro carichi, i recettori vengono riciclati per avviare ulteriori cicli di trasporto. Secondo questo modello, un recettore di esportazione (R) lega il suo substrato (S) nel nucleo e lo trasporta attraverso l’NPC nel citoplasma. Sul lato citoplasmatico, il carico esportato viene rilasciato e il recettore ritorna al nucleo senza il carico. Al contrario, un recettore di importazione lega il suo carico di importazione nel citoplasma e lo rilascia nel nucleo.
La grande maggioranza dei recettori di trasporto nucleare sono membri di una grande famiglia di proteine che mostrano un’alta affinità per una piccola GTPasi, chiamata Ran, nella forma legata al GTP. Il GTP (guanosina trifosfato) è una molecola che trasporta energia usata nella segnalazione cellulare. Una GTPasi come Ran può far sì che il GTP diventi GDP (guanosina difosfato), il che cambia le proprietà della GTPasi. La GTPasi Ran regola l’interazione dei recettori con i loro carichi.
La GTPasi agisce di concerto con diversi cofattori. La proprietà sorprendente dei cofattori Ran è che sono localizzati in modo asimmetrico nella cellula, con alcuni prevalentemente citoplasmatici mentre altri si trovano prevalentemente nel nucleo. Questa asimmetria aiuta a controllare il trasporto bidirezionale tra nucleo e citoplasma.
vedi anche Trasporto di membrana; Nucleotidi; Nucleo; Proteine di destinazione; RNA
Elisa Izaurralde
Bibliografia
Mattaj, I. W., e L. Englmeier. “Trasporto nucleocitoplasmatico: La fase solubile”. Annual Review of Biochemistry (1998) 67: 265-306.
Nakielny, S., and G. Dreyfuss. “Trasporto di proteine e RNA dentro e fuori il nucleo”. Cell (1999) 99: 677-690.
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