Orgánulos sen membrana
2019/12/23 Oihane Díaz de Cerio Arruabarrena - Zientzia eta Teknologia Fakultateko irakaslea (EHU) | Beñat Zaldibar Aranburu - Zientzia eta Teknologia Fakultateko irakasleaEHU Iturria: Elhuyar aldizkaria
Cando nas escolas de bioloxía celular explícanse as células e as súas características, sempre se mencionan dous tipos principais de células: a célula eucariota e a célula procariota. E doutra banda, cando se enumeran as diferenzas entre ambos os tipos de células, antes ou despois aparecen os orgánulos. Os orgánulos adoitan definirse como estruturas especializadas que cumpren funcións específicas no interior da célula. Nas explicacións sobre os orgánulos sempre se mencionou o núcleo, protector da información xenética celular; as mitocondrias e cloroplastos, produtores de enerxía; o retículo endoplasmático granulado e liso, que participan na síntese de lípidos e proteínas; e o aparello Golgi, composto por vesículas de secreción que forman e distribúen paquetes de proteínas. Todas elas teñen una función específica e están rodeadas dunha membrana semipermeable.
Nos últimos 100 anos non houbo cambios na estrutura celular que coñecemos. Ou si? En novembro de 2018, investigadores do Instituto Sloan Kettering publicaron un novo órgano na revista Cell (Ma & Mayr, 2018). Novo orgánulo asignado a un dominio TIGER (que explicaremos máis adiante)! Seriamos ante un novo concepto que cambiase a integridade da célula?
Nos últimos anos, os investigadores analizaron con máis detemento a sopa de auga e moléculas tanto do citoplasma celular como do interior dos orgánulos. Os investigadores observaron no citoplasma e no interior dos orgánulos (é dicir, no interior dos orgánulos cunha densidade determinada rodeados de líquidos doutra densidade) una gran cantidade de vesículas sólidas que, do mesmo xeito que os orgánulos membranosos, teñen funcións especializadas. Estas vesículas a miúdo non se corresponden coa definición dun orgánulo “clásico”: por unha banda, estes orgánulos non membranosos non teñen límites concretos, e por outro, poden ser orgánulos efémeros, poden reaccionar rapidamente baixo a influencia dos sinais químicos e, ao mesmo tempo, desorganizar estruturas especializadas xeradas na desaparición do estímulo.
Con todo, pola súa función e importancia conseguiron a atención dos investigadores.
Hai varios orgánulos sen membrana
Nas células dos mamíferos, os investigadores identificaron polo menos una ducia de orgánulos sen membrana dispersos tanto no núcleo celular como no citoplasma (Figura 1). En xeral, os orgánulos non membranosos que se atopan dentro do núcleo están especializados no control da transcrición de xenes e nalgúns aspectos do metabolismo do ARN. Con todo, os orgánulos non membranosos dispersos polo citoplasma interveñen no metabolismo, transporte e homeostasis do ARN mensaxeiro.
a) Orgánulos sen membrana dentro do núcleo
Entre os orgánulos non membranosos que se atopan dentro do núcleo, destaca o nucleolo. O nucleolo é o máis estudado e probablemente o máis grande de todos. A súa función principal é a biogénesis dos ribosomas necesarios paira sintetizar proteínas. No nucleolo distínguense tres rexións: centro de fibras, compoñente fibroso denso e compoñente granular. Na primeira sitúase o ADN que codifica os ribosomas; a conversión ao ARN deste ADN, a transcrición, prodúcese no límite entre o centro de fibra e o compoñente de fibra. Neste límite aparece a proteína coñecida como fibrilarina e prodúcese o procesamiento do ARN que codifica os ribosomas, a adhesión ao corte. O compoñente granular, pola súa banda, é rico en proteínas nucleofosmina, onde se produce a acumulación e ensamblaje de subunidades prerribosómicas. O nucleolo está rodeado de ADN organizado de forma moi compacta, á que se denomina heterocromatina perinucleolar. Son principalmente ricos en repeticións de ADN, principalmente satélites de ADN e conxuntos de ADN ribosómicos. Parece que esta repetición do ADN do ribosoma evita a reconversión ou recombinación do ADN, estabilizando o ADN ribosómico.
Os corpos de Cajal tamén se atopan no núcleo da célula, pero son máis pequenos. En canto á estrutura, están constituídos por proteínas e RNA que parecen ser necesarios paira o ensamblaje e modificación de snRNP (small nuclear ribonucleoprotein). Estes snrnp son necesarios paira os cambios posteriores á transcrición do RNA mensaxeiro: entre outros, as partes transcritas de RNA que non se converterán en proteínas, as intronas, as adhesións de corte. Os corpos de Cajal parecen participar no proceso de maduración final das partículas snRNP e na xeración de complexos snRNP.
As manchas do núcleo están directamente relacionadas cos corpos de Cajal e forman parte do nucleoplasma. Nas manchas do núcleo acumúlanse e modifican snRNP e proteínas ricas en aminoácidos serina e arginina. Todos eles participan no proceso de corte e pegado do ARN mensaxeiro.
b) Orgánulos sen membrana dispersos en citoplasma
En canto aos orgánulos non membranosos dispersos polo citoplasma, xeralmente denomínanse gránulos mRNP (messenger ribonucleoprotein). Aínda que existen varios tipos de RNP, é habitual que as proteínas e o ARN mensaxeiro compártanse e interactúen.
Os corpos de P (processing bodies) describíronse en diferentes tipos de células e observouse que son áreas ricas en proteínas que interveñen no transporte, modificación e tradución do ARN mensaxeiro. Cando se acumulan moitos ARN mensaxeiros non traducidos a aminoácidos, ben porque a tradución está inhibida ou en certas condicións de tensións, aumenta o tamaño e o número de corpos P.
Os gránulos de tensión, como o seu nome suxire, se ensamblan ante sinais de tensións, secuestrando moléculas de RNA mensaxeiro silenciadas e factores de tradución. É dicir, a célula almacena en zonas concretas o material necesario paira facer fronte a esta tensión. Nos gránulos de tensión é habitual atopar os factores necesarios paira iniciar a tradución e os compoñentes das subunidades pequenas dos ribosomas.
Outros orgánulos citoplasmáticos sen membrana son os gránulos germinales, que aparecen nas células germinales do embrión en desenvolvemento (células nai creadoras de células sexuais). Normalmente son ricos en ARN mensaxeiro e en encimas que modifican o ARN. Parece que interveñen nos cambios posteriores á tradución do ARN mensaxeiro nas células da liña germinal.
En setembro de 2018 publicaron na revista Cell o descubrimento do último tipo de orgánulos sen membrana: Foi coñecido como o orgánulo TIS. En interacción co retículo endoplasmático, permite interaccións entre proteínas dirixidas polo extremo 3’UTR do ARN. A proteína TIS11B está moi relacionada con leste orgánulo, de aí o seu nome. A interacción entre o orgánulo TIS e o retículo denomínase dominio TIGER. Este último é diferente ao resto de medios do citoplasma, tanto biofísicos como bioquímicos. Todo iso controlará o intercambio de proteínas do retículo endoplasmático, regulando as interaccións entre proteínas, relacionando os extremos 3’UTR coa proteína TIS11B e organizando una rede no citoplasma e ao redor do retículo liso.
Relacionadas con enfermidades
O alto dinamismo dos orgánulos non membranosos fai que non sexa fácil establecer relacións directas entre os problemas de funcionalidade e as enfermidades destes orgánulos. No entanto, cabe destacar o caso da esclerose lateral amiotrófica. Una das características desta enfermidade (como outras enfermidades neurodegenerativas) é que se producen inclusións de mensaxeiros de ribonucleoproteínas (RNP) que alteran o metabolismo normal do ARN mensaxeiro (Figura 2). Estas inclusións patolóxicas están formadas por gránulos proteicos RNP, cuxa gran acumulación produce un ensamblaje entre eles e a formación de fibras amiloides. As fibras amiloides alteran o funcionamento normal das células, degradándoas.
Nos casos de cancro, os orgánulos non membranosos tamén presentan interesantes opcións ou perspectivas. Uno dos factores que rexen o crecemento celular é o ensamblaje de ribosomas, que como se viu ten una gran importancia na produción de ribosomas. O nucleolo, por tanto, pode ser un importante destino dos tratamentos contra o cancro, caracterizado polo crecemento incontrolado do nucleolo e o aumento do nucleolo.
A clave do nacemento da vida? Repensando Oparin
En 1922, o bioquímico ruso Alexander Oparin publicou una teoría sobre a orixe da vida nos inicios da historia da Terra. Segundo a súa teoría, formáronse os primeiros compostos orgánicos simples, xa que a enerxía eléctrica dos raios ou a enerxía calorífica dos volcáns provocou a reacción do metano, o amonio, a auga e outros compoñentes, ricos na atmosfera reductora da época. Todos estes ingredientes organizáronse en pequenas pingas denominadas coacerbatos. No ano 2016 un grupo de investigadores alemáns describiron os activos químicamente e as pingas de líquido con capacidade de fragmentación e, por tanto, de perpetuación. Estas pingas e os orgánulos non membranosos teñen algunhas características iguais, polo que existirán claves paira explicar a orixe da vida nos orgánulos sen membrana?
Referencias
Crabtree, M., Nott, T. 2018. These organelles have non membrane. The Scientist. Decembro 2018. https://www.the-scientist.com/infographics/infographic--what-are-membraneless-organelles--65135
Gómez, E., Shorter, J. 2018. "The molecular language of membraneless organelles". Journal of Biological Chemistry 1-23.
Ma, W., Mayr, C. A. 2018. "Membraneless Organelle Associated with the Endoplasmic Reticulum Enables 3< UTR-Mediated Protein-Protein Interactions". Cell 175: 1492-1506.
Mao, E.S., Zhang, B., Spector, D.L. 2011. 'Biogénesis and Function of Nuclear Bodies'. Trends in Genetics 27: 295-306.
Mitrea, D.M., Kriwacki, R.W. 2016 "Phase separation in biology; functional organization of a higher order". Cell Communication and Signalling 14: 1.
