Bóveda , o bóveda de ribonucleoproteína citoplasmática (del inglés - "arco"), es un orgánulo eucariota , químicamente es una ribonucleoproteína . Bajo un microscopio electrónico , estos orgánulos se asemejan a la bóveda de una cúpula de catedral con un eje de simetría de 39 pliegues [1] . Las funciones de la bóveda son poco conocidas, pero hasta el momento hay evidencia de su participación en varias vías de señalización celular . Es posible que la bóveda esté involucrada en el desarrollo del fenómeno de la multirresistencia a la quimioterapia del cáncer . Se encuentran en muchos tipos de células eucariotas y están altamente conservados entre los eucariotas [2] .
Vault fueron descubiertos y aislados con éxito de hígado de rata en 1986 por la bióloga celular Nancy Kedersha y el bioquímico Leonard Rome de la Facultad de Medicina de la UCLA [ 3 . Las bóvedas se describieron originalmente como partículas ovoides que contaminaban preparaciones de vesículas recubiertas de clatrina . Las partículas se aislaron mediante centrifugación en gradiente de densidad de y electroforesis en gel de agarosa . Resultó que tienen una estructura simétrica en forma de barril, similar a la bóveda de una catedral gótica, por lo que las partículas obtuvieron su nombre (de la bóveda inglesa - bóveda). La bóveda se estimó originalmente en 35 × 35 × 65 nm³ , pero luego se refinó a 41 × 41 × 72,5 nm³ utilizando técnicas de microscopía crioelectrónica . Por lo tanto, las bóvedas son las nucleoproteínas no icosaédricas citosólicas más grandes jamás descritas. La estructura de la bóveda se estudió más a fondo utilizando análisis de difracción de rayos X y resonancia magnética nuclear . En 2009, se determinó la estructura de una bóveda de hígado de rata con una resolución de 3,5 Å [4] .
Bóveda: las partículas de ribonucleoproteína más grandes. En tamaño, son unas 3 veces más grandes que el ribosoma y pesan unos 13 MDa [5] . Las bóvedas están compuestas principalmente de proteínas y, por lo tanto, son difíciles de teñir con técnicas estándar. El componente de la proteína de la bóveda está representado por muchas moléculas de la proteína principal de la bóveda (MVP) (95,8 kDa), que representa más del 70% de la proteína total en la partícula [6] , así como VPARP (∼192 kDa) y TEP1 (∼291 kDa). Además, la bóveda incluye ARN de bóveda ( vRNA ) de 86 a 141 nucleótidos de largo [7] . La masa total de ARN en la bóveda se estima en ~460 kDa [4] .
La partícula de la bóveda alcanza unos 670 Å de longitud y tiene un diámetro máximo de unos 400 Å. La pared tiene un grosor de solo 15 a 25 Å; en su interior hay una cavidad con una longitud de unos 620 Å y un diámetro máximo de ~350 Å. La partícula consta de dos mitades simétricas, cada una de las cuales consta de tres partes: el cuerpo, la sección del hombro y la tapa. El cuerpo contiene 78 copias de los 9 dominios repetidos estructurales MVP (39 copias en cada mitad), la parte cónica está formada de extremo a extremo por los dominios repetidos estructurales R1. La altura de la región del hombro es ~25 Å y el diámetro es ~315 Å. Las tapas están presentes en ambos extremos de la partícula, y cada una contiene 39 copias del dominio de la tapa de la hélice ( residuos de aminoácidos MVP de Asp647 a Leu802) y el dominio de la tapa del anillo (Gly803 a Ala845). La altura de la tapa es de ~155 Å, y los diámetros interno y externo del dominio del anillo de la tapa alcanzan ~50 Å y ~130 Å, respectivamente [4] .
MVP contiene 9 dominios estructurales repetitivos (R1-R9). Los dominios R8 y R9 constan de cinco hojas β antiparalelas, denominadas S1, S2, S3, S4 y S5. Los siete dominios restantes tienen dos hojas β adicionales (S2a y S2b) insertadas entre S2 y S3. Según algunos informes, R1, como R8 y R9, consta de cinco hojas β antiparalelas, mientras que R2 tiene dos hojas antiparalelas más largas entre S2 y S3. Cada dominio tiene un núcleo hidrofóbico . El análisis de las secuencias de aminoácidos mostró que R3 y R4 pueden tener dos dominios de la mano EF . Estudios posteriores demostraron que MVP interactúa con otras proteínas , como PTEN, a través de los supuestos dos dominios de mano EF con la participación de iones Ca 2+ , sin embargo, no todos los datos experimentales concuerdan con esto [4] .
La región del hombro (Pro520 a Val646) se pliega en un solo dominio globular α/β con 4 láminas beta antiparalelas en un lado y cuatro hélices α en el otro. Aparentemente, es en la zona de los hombros donde se encuentran los elementos responsables de la interacción de la bóveda con las balsas lipídicas [4] .
El dominio cap-helix se enrolla en una hélice α de 42 vueltas, que encaja en una superespira. El dominio cap-ring está ubicado al final de la tapa y forma una estructura en forma de U con elementos helicoidales en ambos extremos [4] .
Los ARNv están cubiertos en los extremos de las partículas de la bóveda. La proteína TEP1 parece estar ubicada en la parte superior de la parte plana de la tapa, donde su región de repetición WD40 forma una estructura de anillo β-hélice . La porción N-terminal de TEP1 contiene 4 dominios repetidos de funcionalidad poco clara, un dominio de unión a ARN y un dominio de unión a ATP / GTP . Se ha demostrado que TEP1 interactúa con el ARN de la telomerasa y varios ARNv humanos. Los VPARP se encuentran principalmente en el encabezado de la bóveda [4] .
La siguiente tabla resume los conceptos básicos de los componentes de Vault [8] .
| Componente | Característica | Lugar | Posición e interacciones en la bóveda | Funciones |
|---|---|---|---|---|
| jugador más valioso | 96 copias de proteínas constituyen la mayor parte de la bóveda. Capaz de autoensamblarse en bóveda. No tiene funciones fuera de la bóveda | 16p11.2 | Cuerpo y bóveda de gorro, no se necesitan socios | Estructural; controlar la unión a las proteínas de señalización |
| VPARP | Polimerasa poli (ADP-ribosa) débil, solo parcialmente asociada con la bóveda | 13q11 | Tapa, se une directamente a la parte N-terminal del MVP | Catalítico : poli(ADP)-ribosilación de MVP |
| TEP1 | Se une a la telomerasa y la bóveda; no requerido para la telomerasa | 14q11.2 | Beanie, vínculo directo con MVP | Catalítico: ensamblaje de objetivos de ARNv en bóveda |
| ARNv | hgv1-3, hgv4 no se expresa; solo parcialmente relacionado con la bóveda | 5q33.11Xp11.22 _ |
Gorro, póngase en contacto con TEP1 | No estructural, funciones mal entendidas |
La amplia distribución de la bóveda y su conservadurismo evolutivo sugieren que estos orgánulos tienen importantes funciones biológicas, aunque se sabe muy poco sobre ellos. No se sabe nada sobre las funciones originales de la bóveda en las células protistas. Sin embargo, hay varias sugerencias sobre el papel de la bóveda en las células de mamíferos [4] . En particular, se observó que la bóveda es especialmente abundante en los tejidos y las células asociadas con la limpieza corporal, por ejemplo, los macrófagos [9] .
Se ha planteado la hipótesis de que las bóvedas sirven como los principales "tapones" en los complejos de poros nucleares . El análisis de inmunofluorescencia utilizando anticuerpos anti-bóveda mostró que en los núcleos de células de hígado de rata aisladas, la bóveda estaba ubicada en la superficie de la membrana nuclear . La microscopía inmunoelectrónica usando anticuerpos secundarios conjugados con oro mostró que en núcleos aislados, las bóvedas están asociadas con complejos de poros nucleares. Por lo tanto, es posible que la bóveda pueda participar en el transporte nucleocitoplasmático [4] .
En 2005, se sugirió que los ARNv humanos hvg1 y hvg2 pueden unirse al fármaco anticanceroso mitoxantrona , así como desempeñar un papel importante en la exportación de compuestos tóxicos . Sin embargo, otro estudio mostró que la interrupción del gen MVP en ratones no condujo a una mayor sensibilidad a los fármacos citotóxicos. Además, los ratones de tipo salvaje y deficientes en MVP mostraron la misma respuesta a la doxorrubicina . Otro estudio mostró que la eliminación de MVP con pequeños ARN de interferencia no afectó la eliminación de doxorrubicina del núcleo. Además, la regulación al alza de la expresión de MVP en células quimiorreceptoras no aumentó la resistencia a los fármacos. Estos resultados sugieren que MVP y vault no contribuyen directamente a la resistencia a los agentes citostáticos [4] .
Varios estudios recientes han demostrado la participación de la bóveda en varias vías de señalización celular , y el número de dichas vías crece constantemente. Usando un sistema de dos híbridos de levadura , se demostró que MVP puede unirse a PTEN , una proteína supresora de tumores que desfosforila fosfatidilinositol-3,4,5-trifosfato , regulando negativamente la fosfoinositida-3-quinasa / proteína Vía de señalización de la cinasa B. El motivo de unión de fosfoinosítido N-terminal y el dominio C2 de PTEN pueden interactuar con MVP. MVP es un sustrato para la tirosina fosfatasa SHP-2 , que contiene un dominio SH2 (Src homology 2), y sirve como una proteína de andamiaje en la vía de señalización del factor de crecimiento epidérmico (EGF) . Resultó que los dominios SH2 de SHP-2 se unen a MVP fosforilado en los residuos de tirosina , y esta unión se ve reforzada por EGF. Por lo tanto, MVP funciona como una proteína de andamiaje para SHP-2 y quinasas reguladas extracelularmente , y la regulación de la fosforilación de MVP a través de SHP-2 puede ser importante para la supervivencia celular. Además, se ha demostrado una interacción entre MVP y el dominio SH2 de Src en células gástricas humanas y células de cáncer gástrico 253J . El análisis de inmunoprecipitación e inmunofluorescencia mostró que EGF mejoró la interacción entre MVP y Src, y fue bloqueada por el inhibidor de Src PP2 . EGF también estimula el movimiento de MVP desde el núcleo hasta el citosol y la zona perinuclear del citoplasma , donde MVP se colocaliza con Src. Se asume el papel de MVP como un nuevo regulador de las cascadas de señalización mediadas por Src. Se descubrió que MVP era una proteína inducible por interferón-γ (IFN-γ) : en respuesta a IFN-γ, hubo un aumento significativo en el nivel de ARNm y de la propia proteína MVP . Esta activación está involucrada en la interacción de STAT1 y el sitio activado por IFN-γ en el promotor de MVP proximal. Además, IFN-γ aumentó significativamente la tasa de traducción de MVP . Se ha demostrado que la bóveda puede interactuar con los receptores de estrógeno cuando se une al estradiol y, junto con los receptores, se transfieren al núcleo [10] . Según datos recientes, la bóveda y el MVP pueden interactuar con el factor de crecimiento similar a la insulina 1 , HIF1A , y también afectar dos importantes procesos de reparación de roturas de doble cadena de ADN : la unión de extremos no homólogos y la recombinación homóloga [ 11] . Por lo tanto, las partículas de la bóveda funcionan como plataformas centrales de interacción en cascadas de señalización celular [4] .
VRARP, otra proteína que forma parte de la bóveda, es una poli(ADP-ribosa) polimerasa [6] .
La estructura inusual y la dinámica idiosincrásica de las bóvedas, así como su gran tamaño, sugieren que quizás las bóvedas funcionen como nanocontenedores naturales para xenobióticos , ácidos nucleicos y proteínas. Se está trabajando para desarrollar bóvedas recombinantes, en particular, para asegurar la interacción de la bóveda con receptores de células de superficie y la conclusión de varios cargamentos en ellos [12] .
La siguiente tabla resume la información básica sobre las proteínas con las que interactúa la bóveda [8] .
| Proteína | Característica | Lugar | interacción de bóveda | características relacionadas con la bóveda |
|---|---|---|---|---|
| PTEN | Proteína supresora de tumores, principal fosfatasa inhibidora de la vía PI3K. Sustrato principal PIP3 | 10q23.3 | MVP (terminal N), interacción dependiente de Ca 2+ | Fortalecimiento de las funciones nucleares de PTEN |
| SHP-2 | proteína tirosina fosfatasa; activador del crecimiento mediado por el receptor tirosina quinasa (RTK) | 3q13.13 | MVP (interacción MVP dependiente de la fosforilación) | Estimulación de la actividad MAPK mediada por EGRF |
| Erk2 | tirosina quinasa activada por mitógeno ; transmisor maestro de señales de proliferación mediadas por RTK | 22q11.22 | MVP (interacción MVP dependiente de la fosforilación) | Estimulación de la actividad MAPK mediada por EGRF |
| origen | (Proto) oncogén , tirosina quinasa | 20q11.2 | MVP (interacción MVP dependiente de la fosforilación) | Estimulación de la actividad MAPK mediada por EGRF |
| COP1 | E3 ubiquitina ligasa , en vertebrados destruye c-Jun y p53 | 1q25.1—1q25.2 | MVP (fosforilación de MVP disminuida por radiación UV ) | Suprime la activación de MAPK mediada por EGF |
| receptor de estrógeno | Receptor nuclear de la hormona estradiol, induce la transcripción dependiente de ligandos de genes diana | 6q25.1 | MVP (interacción dependiente de hormonas) | Importación nuclear y activación del receptor de estrógeno |
| La proteína de unión a ARN | Se une y protege los elementos terminales 3' de los transcritos UUU(OH) sintetizados por la ARN polimerasa III | 2q31.1 | ARNv | protección de ARNv |
En la década de 1990, hubo informes de que la bóveda puede estar directamente involucrada en el desarrollo de resistencia a múltiples fármacos en las células cancerosas . Resultó que la proteína asociada con la resistencia múltiple y conocida como LRP ( English Lung Resistance-related Protein - proteína asociada con la resistencia múltiple en los pulmones ) es en realidad un MVP humano. En otro estudio, se demostró una asociación entre la bóveda y la resistencia a múltiples fármacos en células de cáncer de colon humano SW-620 . El tratamiento de SW-620 con butirato de sodio aumentó la expresión de MVP y resultó en resistencia a doxorrubicina, vincristina , gramicidina D y paclitaxel . La transfección de células con ribozimas específicas de MVP inhibió estas actividades [4] .
Los ARNv también pueden contribuir al desarrollo de resistencia a múltiples fármacos. En 2009, se descubrió que los ARNv no codificantes se pueden procesar en pequeños ARNv (svRNA) con la participación de Dicer , que luego funcionan a través de la interferencia de ARN como los miARN [13] : los ARNsv se unen a una proteína de la familia Argonaute y regulan negativamente la expresión de CYP3A4 , una enzima implicada en el metabolismo de los xenobióticos [14] .
En los últimos años, se ha ido acumulando evidencia de que la bóveda está asociada con el funcionamiento de los sistemas de reparación del ADN en la célula, por lo que pueden contribuir a la insensibilidad no solo a la quimioterapia , sino también a la radioterapia contra el cáncer [11] .
En 2007, dos grupos de investigación informaron de la implicación de la bóveda en la respuesta a las infecciones . Resultó que en las células B humanas infectadas con el virus de Epstein-Barr , se observaron niveles elevados de ARNv, lo que puede estar involucrado en los mecanismos de defensa y/o transporte del virus . Además, se demostró que cuando las células epiteliales de pulmón humano se infectaban con la bacteria Pseudomonas aeruginosa , MVP se reclutaba rápidamente en balsas lipídicas , donde participaba en los mecanismos de potenciación de la respuesta inmunitaria innata . Los ratones MVP -/- tenían 3,5 veces más bacterias por gramo de tejido pulmonar que los ratones de tipo salvaje y tenían más probabilidades de morir por infección con P. aeruginosa [4] .
Vault se han descrito en mamíferos , anfibios , aves y el moho mucilaginoso Dictyostelium discoideum [2] . Según información de la base de datos Pfam , se han identificado homólogos de proteínas que componen la bóveda en Paramecium tetraurelia , cinetoplastos , muchos vertebrados , anémonas de mar, Nematostella vectensis , moluscos , Trichoplax adhaerens , platelmintos (en particular, Echinococcus granulosus ) y coanoflagelados [15]. ] .
En varios organismos eucarióticos, no se han encontrado homólogos de proteínas de la bóveda. Entre ellos se encuentran organismos modelo como la planta Arabidopsis thaliana , el nematodo Caenorhabditis elegans , la mosca de la fruta Drosophila melanogaster y la levadura de panadería Saccharomyces cerevisiae [16] . Sin embargo, a pesar de estas excepciones, el alto grado de similitud de las bóvedas entre organismos sugiere que estos orgánulos tienen cierta importancia evolutiva [2] . Según datos recientes, el último ancestro común de los eucariotas tenía una bóveda, pero posteriormente se perdieron en varios grupos, incluidos los hongos , los insectos y posiblemente las plantas [9] .
| orgánulos de células eucariotas | |
|---|---|
| sistema endomembranoso | |
| citoesqueleto | |
| endosimbiontes | |
| Otros organelos internos | |
| orgánulos externos | |