Parapentes

Las parapetas , o parapecas , son una  clase de cuerpos nucleares ubicados en el espacio intercromático del núcleo celular en las células de los mamíferos . Se componen de proteínas y ARN y se forman por la interacción de un ARN largo no codificante , conocido como NEAT1/Men ε/β , y proteínas de la familia DBHS (del inglés. Drosophila Behavior Human Splicing ), a saber P54NRB / NONO , PSPC1 y PSF/SFPQ. Los paraspeckles juegan un papel importante en la regulación de la expresión génica , proporcionando retención en el núcleo de las moléculas de ARN que contienen regiones de doble cadena y sujetas a la edición de adenosina → inosina (A → I) . Mediante la regulación de la expresión génica , las parapetas participan en procesos como la diferenciación celular , la respuesta al estrés y el curso de las infecciones virales [1] . Existe evidencia de un vínculo entre el paraspeckle y el cáncer y las enfermedades del sistema nervioso [2] .  

Historia del estudio

Las parapecas fueron descubiertas en 2002 por Andersen y sus colegas mientras estudiaban el proteoma de nucléolos humanos purificados mediante espectrometría de masas . Durante el estudio se aislaron 271 proteínas, de las cuales el 30% eran previamente desconocidas. Un estudio más detallado de una de estas proteínas recién descubiertas mostró que no se acumula en absoluto en los nucléolos, sino que se localiza de manera difusa en el nucleoplasma , pero fuertemente concentrada en 5-20 focos nucleares. Resultó que estos focos no se superponen con ninguno de los cuerpos nucleares conocidos anteriormente, y se los llamó "paraspeckles" debido a su ubicación cerca de otros cuerpos nucleares: speckle . La proteína en sí se denominó PSPC1 (del inglés Paraspeckle Protein 1 ) [1] .  

Estructura

Las parapetas son pequeños cuerpos de forma irregular. Según el tipo de célula, suele haber de 5 a 20 parapecas en el núcleo. Un estudio que utilizó microscopía electrónica y de fluorescencia ha demostrado que las parapetas humanas tienen aproximadamente 360 ​​nm de ancho (un poco más pequeñas en ratones) y de 1 a 2 µm de largo . La existencia de paraspeckles se ha demostrado de manera confiable solo para células de mamíferos. En los seres humanos, las parapeckles están ausentes en las células madre embrionarias y en las células madre pluripotentes inducidas . Los ortólogos de proteínas clave paraspeckle se encuentran en otros vertebrados e invertebrados , sin embargo, el largo ARN NEAT1 no codificante necesario para la formación de paraspeckles está presente solo en mamíferos, lo que aparentemente es la razón de la ausencia de paraspeckles en los núcleos de otros organismos. . El número y la longitud de los paramoteados son proporcionales al nivel de expresión de la isoforma NEAT1 larga [3] [2] .

Estudios recientes que utilizan microscopía electrónica y microscopía de ultra alta resolución han demostrado que las parapetas son cadenas de subcompartimentos esféricos fusionados, cada uno con un núcleo y una capa. Los extremos 5' y 3' de la isoforma NEAT1 larga se localizan en la cubierta, mientras que el resto de la molécula se encuentra en el núcleo. Las diferentes proteínas paraspeckle también se localizan en diferentes partes del paraspeckle [2] .

Las parapetas se encuentran en el espacio de la intercromatina, intercaladas entre las motas nucleares más grandes y la cromatina . Se ha demostrado que la ARN polimerasa II está inactiva dentro del paraspecle, y la transcripción mediada por esta enzima ocurre solo en el borde del paraspecle [4] .

La relación del paraspeckle con el nucléolo aún no se comprende por completo, pero una de las proteínas clave del paraspeckle, PSPC1, puede moverse entre el paraspeckle y el nucleolo. Además, cuando se suprime el trabajo de la ARN polimerasa II, las proteínas paraspeckle se localizan en capuchones perinucleolares especiales [4] .

Componentes

Más de 40 proteínas diferentes [2] y ARN se acumulan en grandes cantidades en las parapetas. La mayoría de las proteínas paraspeckle están asociadas con la transcripción mediada por la ARN polimerasa II y el procesamiento del ARN . Uno de los dos ARN que se acumulan en las parapetas se llama Ctn y está involucrado en la regulación de la expresión génica al mantener el ARN en el núcleo. El segundo ARN se llama NEAT1 y juega un papel arquitectónico, siendo necesario para la formación y mantenimiento de la estructura paraspeckle. Los componentes principales de un paraspeckle se enumeran en la siguiente tabla [5] .

Ardillas

Los componentes de paraspeckle más importantes son tres proteínas de la familia DBHS: PSF/SFPQ, NONO/P54NRB y PSPC1. Se localizan en el nucleoplasma y las parapetas. La proteína PSPC1 se usa con mayor frecuencia como marcador de paraspeckle, ya que se acumula en menor medida en el nucleoplasma. Los dos motivos de unión al ARN N-terminal y el motivo de bobina enrollada C-terminal en estas proteínas tienen una secuencia idéntica en un 50 % . Estas proteínas desempeñan un papel estructural importante en las parapetas: por ejemplo, la eliminación de las proteínas P54NRB y PSF en las células HeLa da como resultado la pérdida de parapetas. En comparación con P54NRB y PSF, PSPC1 no se expresa tan abundantemente y su caída no conduce a la pérdida de paraspecle. Estas tres proteínas interactúan entre sí y es probable que se encuentren dentro de las células como homo o heterodímeros . La interacción entre sí se lleva a cabo a través de un motivo biespiral. La localización de estas proteínas en paraspeckles requiere tanto dominios que contengan motivos enrollados C-terminales como dominios de unión a ARN . Los miembros de la familia DBHS se unen a moléculas de ADN y ARN de cadena simple y doble y participan en muchos pasos en la síntesis y el procesamiento del ARN. Además, PSF y P54NRB se unen y retienen transcritos dentro del núcleo que se han sometido a una edición intensiva de adenosina → inosina. También funcionan en el citoplasma , por ejemplo, PSF y P54NRB son parte de los gránulos transportadores de ARN en las dendritas , sin embargo, solo P54NRB puede transportarse activamente desde el núcleo hasta el citoplasma. Curiosamente, P54NRB participa en la regulación de los ritmos circadianos en los mamíferos [6] .  

Las proteínas paraspeckle son aquellas proteínas que colocalizan en ciertos loci nucleares junto con proteínas de la familia DBHS, sin embargo, el patrón general de localización de estas proteínas puede variar significativamente. Por ejemplo, la proteína CFIM68 se puede observar en las paramotas, pero también ocurre en las motas nucleares; al mismo tiempo, la ARN polimerasa II, además de las parapetas, se detecta en la cromatina y las motas nucleares. Finalmente, algunas proteínas se encuentran en paraspeckles solo en condiciones de sobreexpresión, como BCL11A, WTX, WT1 (+ KTS) y CoAA [7] .

Las proteínas paraspeckle fuera de la familia DBHS suelen ser factores de transcripción o correguladores de la transcripción. CoAA funciona como un coactivador transcripcional que regula la transcripción mediada por el receptor de hormonas esteroides y el empalme alternativo . WTX es un corregulador transcripcional y supresor de tumores, coactiva la transcripción de la proteína WT1, que también puede estar localizada en paraspecles. SOX9 es un factor de transcripción que desempeña un papel fundamental en la formación de hueso . Interactúa directamente con P54NRB y su sobreexpresión conduce a un cambio en la localización de P54NRB y PSPC1. BCL11A es un factor de transcripción que se ha implicado en el desarrollo de linfomas leucemias de células B. El factor de escisión CFIM68 es necesario para el primer paso en el procesamiento del extremo 3' del pre-ARNm [8] .

Las proteínas NONO y SFPQ son estrictamente necesarias para la formación de paraspecles. Además, la eliminación de proteínas como HNRNPK, DAZAP1, FUS, RBM14 y HNRNPH3 da como resultado la ausencia de paraspeckle [2] .

ARN

Antes de la descripción de los ARN específicos que forman las parapetas, había una serie de pruebas de que las parapetas contienen ARN además de proteínas. En primer lugar, las parapetas se destruyen cuando las células se tratan con RNasa . En segundo lugar, todas las proteínas paraspeckle más importantes contienen motivos de unión al ARN; además, todas estas proteínas están involucradas de alguna manera en el procesamiento del ARN. En tercer lugar, se requiere el dominio de unión al ARN de esta proteína para la localización de PSPC1 en paraspeckles. Finalmente, los paramoteados desaparecen cuando se suprime la transcripción mediada por la ARN polimerasa II y reaparecen cuando se reanuda la transcripción. Se conocen dos RNAs que forman parte del paraspeckle: Ctn y NEAT1/Men ε/β [9] .

Ctn fue el primer ARN paraspeckle que se descubrió y se describió en 2005. Es una transcripción específica de ratón con una cola poli(A) que se lee desde el locus mCAT2 . Ctn incluye todos los exones de la proteína transportadora CAT2; sin embargo, a diferencia del ARNm de esta proteína, Ctn se sintetiza a partir de un promotor diferente y tiene una región 3' no traducida más larga (3'-UTR). Ctn se localiza no solo en las parapetas, sino también en el nucleoplasma. El 3'-UTR de este ARN se somete a una edición intensiva A → I, y se editan repeticiones invertidas, debido a lo cual se forman regiones de doble cadena en la estructura del ARN. La proteína paraspeckle P54NRB se une a la inosina en el ARN, que también se une a Ctn in vivo . Probablemente debido a la unión a proteínas, el paraspecle de Ctn permanece en el paraspecle en lugar de exportarse al citoplasma. Bajo la influencia de una serie de señales de estrés, la 3' -UTR de Ctn se corta y la cantidad de este ARN en el núcleo disminuye [10] .

En 2009, varios grupos de investigadores descubrieron de forma independiente un segundo ARN paraspeckle, NEAT1 . Este ARN largo no codificante es esencial para la formación y el mantenimiento de la integridad estructural del paraspeckle. Se conocen dos variantes de NEAT1 , que difieren en su longitud; la isoforma larga [2] juega un papel estructural en las parapetas . Curiosamente, la isoforma larga de NEAT1 se escinde muy cerca del extremo 3', lo que da como resultado una molécula de ARN similar al ARNt muy corta . La eliminación de NEAT1 conduce a la pérdida completa de paraspeckle, y la sobreexpresión de este ARN conduce a un aumento en el número de paraspeckle en algunas líneas celulares . Además, se forman parapeckles cerca de los genes NEAT1 . Aparentemente, como en el caso de Ctn , la localización de NEAT1 en paraspeckles está asociada con la interacción con proteínas de la familia DBHS, aunque NEAT1 no está sujeta a la edición A → I. Los cambios en la cantidad de NEAT1 en la célula pueden usarse para juzgar el funcionamiento de paraspeckle. Las células madre embrionarias humanas, así como las células madre pluripotentes inducidas [2] , no expresan NEAT1 y no tienen paramoteados, a pesar de la expresión de proteínas DBHS; sin embargo, los paramoteados aparecen al comienzo de la diferenciación. Además, con la aparición de paraspeckle, aumenta la acumulación en el núcleo de mRNAs sometidos a edición A → I [11] .

Formación

De acuerdo con el modelo actual, la formación de paraspecles comienza con la formación de transcritos de NEAT1 en los núcleos de las células hijas poco después de la división celular. Poco después de la síntesis , las moléculas de NEAT1 forman complejos con las proteínas DBHS y los transcritos de NEAT1 no tienen tiempo para alejarse de su locus. Lo más probable es que los paramoteados formados consten de muchos complejos NEAT1 con proteínas DBHS y sean bastante dinámicos: las moléculas individuales de las proteínas DBHS pueden entrar en el nucleoplasma y regresar. Es probable que la capacidad de oligomerización de las proteínas DBHS, así como las interacciones directas entre las propias moléculas de ARN de NEAT1 , estén involucradas en la formación de paraspeckles . En ausencia de NEAT1, los paramoteados no pueden mantener su integridad estructural y no se vuelven a formar [12] . Según los últimos datos ,  la separación de fases líquido-líquido está involucrada en la formación de paraspecle [2] . Las gotitas de fase separada están formadas por la proteína polycomb ASXL1 , que mejora aún más la expresión de NEAT1 y mejora las interacciones NONO -NEAT1 [13]

Funciones

La función principal de los paraspeckles es retener en el núcleo los ARNm que contienen regiones bicatenarias formadas mediante repeticiones invertidas y sujetas a edición de adenosina → inosina. La retención de ARN en el núcleo está asociada con la respuesta celular al estrés, las infecciones virales y el mantenimiento de los ritmos circadianos. Aparentemente, los paramoteados están involucrados en la reprogramación celular que ocurre durante la diferenciación; quizás al retener el ARN en el núcleo, las parapetas alteran la expresión de proteínas clave. La ausencia de NEAT1 y paraspeckle podría servir potencialmente como un marcador de pluripotencia . La proteína paraspeckle CFIM68 puede regular la liberación de ARN del núcleo mediante la introducción de cortes en el ARN [14] .

Las parapetas pueden acumular selectivamente ciertas proteínas dentro de sí mismas, lo que lleva a una disminución en la concentración de estas proteínas en otros lugares. Esto, a su vez, puede afectar la expresión de varios genes [2] .

Según datos recientes, los paraspeckles se pueden localizar directamente en los sitios de inicio de la transcripción de los genes transcritos activamente. Las proteínas paraspeckle SFPQ y NONO están involucradas en el procesamiento de miRNA , y la acumulación de estas proteínas en paraspeckle promueve el procesamiento eficiente de microRNA [2] .

Significado fisiológico y clínico

Paraspeckles y NEAT1 no son estrictamente necesarios para el desarrollo de los mamíferos en condiciones normales, ya que los ratones que carecen de NEAT1 son viables. Sin embargo, en algunas hembras de estos ratones se han observado anomalías en la formación y funcionamiento de las glándulas secretoras ováricas y del cuerpo lúteo , lo que reduce la fertilidad . Es posible que las parapecas realicen alguna función evolutivamente conservadora en las células de las estructuras secretoras del sistema reproductor femenino de los mamíferos: por ejemplo, la zarigüeya tiene parapetas bien formadas en las células de las glándulas uterinas. Es curioso que tales efectos no se observaron en todas las hembras knockout , sino solo en algunas, lo que puede estar asociado con la necesidad de que el paraspeckle funcione en condiciones ambientales estresantes [2] .

El nivel de expresión de la isoforma larga de NEAT1 aumenta cuando una célula se infecta con algunos virus que contienen ARN , como el virus de la encefalitis japonesa , la rabia , el VIH , el virus de la influenza y el virus Hantaan , así como el virus del herpes simple que contiene ADN . En la mayoría de los casos, este aumento es un mecanismo de defensa. Un aumento en el número de paramoteas provoca la acumulación en ellas de una gran cantidad de proteínas que el virus no puede utilizar para su reproducción, así como un cambio en la expresión de una serie de genes [2] .

En el caso del cáncer, la expresión de NEAT1 puede regularse a la baja, regularse al alza en comparación con el tejido normal o permanecer sin cambios. Las mutaciones en el gen NEAT1 se han relacionado con el desarrollo de cánceres de hígado y de mama . Hay evidencia de que NEAT1 puede incluso estimular la formación de metástasis [15] . Un aumento en la expresión de NEAT1 y un aumento en el número de paraspeckles pueden estar asociados con condiciones estresantes en las que se encuentran las células cancerosas; sin embargo, los paraspeckles también pueden tener un papel oncogénico . En el caso del cáncer de próstata, un aumento en la expresión de paraspeckle y NEAT1 corresponde a formas más agresivas de la enfermedad. Sin embargo, también hay evidencia de que las parapetas pueden suprimir el desarrollo de tumores [2] .

Las parapetas pueden desempeñar funciones especiales en el funcionamiento del sistema nervioso. Se demostró que, después de un ataque epiléptico , la expresión de la isoforma NEAT1 larga aumentó en algunas partes del cerebro del ratón . Las parapetas pueden estar implicadas en el desarrollo de la esclerosis lateral amiotrófica [2] .

Hay pruebas de que NEAT1 puede regular el proceso inflamatorio al desencadenar la formación de paraspecles en los macrófagos [16] .

Notas

1. ↑ 1 2 El Núcleo, 2011 , p. 274.
2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Fox AH , Nakagawa S. , Hirose T. , Bond CS Paraspeckles: Donde el ARN largo no codificante se encuentra con la separación de fases.  (Inglés)  // Tendencias en ciencias bioquímicas. - 2017. - doi : 10.1016/j.tibs.2017.12.001 . — PMID 29289458 .
3. ↑ El Núcleo, 2011 , p. 275-276.
4. ↑ 1 2 El Núcleo, 2011 , p. 276.
5. ↑ El Núcleo, 2011 , p. 277.
6. ↑ El Núcleo, 2011 , p. 277-278.
7. ↑ El Núcleo, 2011 , p. 278-279.
8. ↑ El Núcleo, 2011 , p. 279.
9. ↑ El Núcleo, 2011 , p. 279-280.
10. ↑ El Núcleo, 2011 , p. 280.
11. ↑ El Núcleo, 2011 , p. 281-284.
12. ↑ El Núcleo, 2011 , p. 284.
13. ↑ Yamamoto, K., Goyama, S., Asada, S., Fujino, T., Yonezawa, T., Sato, N., ... y Kitamura, T. (2021). Un modificador de histonas, ASXL1, interactúa con NONO y participa en la formación de paraspecles en células hematopoyéticas . Archivado el 26 de septiembre de 2021 en Wayback Machine . Informes de celda, 36(8), 109576. PMID 34433054 doi : 10.1016/j.celrep.2021.109576
14. ↑ El Núcleo, 2011 , p. 284-285.
15. ↑ Fu MC , Yuan LQ , Zhang T. , Yan XM , Zhou Y. , Xia HL , Wu Y. , Xu LX , Cao X. , Wang J. La transcripción 1 del ensamblaje de paraspeckle nuclear promueve la metástasis y la transición epitelial-mesenquimatosa del hepatoblastoma células mediante la inhibición de miR-129-5p.  (inglés)  // Cartas de oncología. - 2017. - Vol. 14, núm. 5 . - Pág. 5773-5778. -doi : 10.3892 / ol.2017.6995 . — PMID 29113206 .
16. ↑ Huang-Fu N. , Cheng JS , Wang Y. , Li ZW , Wang SH Neat1 regula la inflamación inducida por lipoproteínas de baja densidad oxidadas y la absorción de lípidos en macrófagos a través de la formación de parapetas.  (Inglés)  // Informes de medicina molecular. - 2018. - Vol. 17, núm. 2 . - Pág. 3092-3098. -doi : 10.3892 / mmr.2017.8211 . — PMID 29257236 .

Literatura

• Razin S.V., Gavrilov A.A. Organización de procesos funcionales en el núcleo celular: orden que emerge del desorden  // Boletín de la Universidad de Moscú. Ser. 16. Biología. - 2015. - Nº 3 . - S. 13-20 .
• El Núcleo / Tom Misteli, David L. Spector. - N. Y. : Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2011. - 463 p. — ISBN 978-0-87969-894-2 .

Nucleo celular
Membrana nuclear / Lámina nuclear	Poros nucleares : Nucleoporinas ( NUP35 NUP37 NUP43 NUP50 NUP54 NUP62 NUP85 NUP88 NUP93 NUP98 NUP107 NUP133 NUP153 NUP155 NUP160 NUP188 NUP205 NUP210 NUP214 ) AAAS
nucléolo	Compartimento perinucleolar ( PTBP1 CUGBP1 ) TCOF Ataxina 7
Otro	cuerpos de LMP parapentes Corpúsculo de Cajal ( GEMIN4 GEMIN5 GEMIN6 GEMIN7 GEMIN8 SMN / SIP1 bobinado ) Proteínas SMC Cohesina ( SMC1A SMC1B SMC3 ) Condensina ( NCAPD2 NCAPD3 NCAPG NCAPG2 NCAPH NCAPH2 SMC2 SMC4 ) Reparación de ADN ( SMC5 SMC6 ) Proteínas nucleares de transición TNP1 TNP2 cromatina matriz nuclear Nucleoplasma nucleosol