Cuerpo cajal

El cuerpo de Cajal (TC) ( Ing.  Cajal body, CB ) es una formación en el núcleo celular , presente en algunos organismos nucleares . El tamaño típico de los cuerpos de Cajal es de 1 a 2 μm, y una célula puede contener de 0 a 10 TC [1] . Muchos tipos de células no tienen MC, pero las MC se encuentran en los núcleos de las neuronas y las células cancerosas [2] . La función principal de los cuerpos de Cajal es el procesamiento de pequeños ARN nucleares y pequeños nucleolares , así como el ensamblaje de complejos de ribonucleoproteínas .

Los cuerpos de Cajal se caracterizan por la presencia de la proteína marcadora coilina y los RNAs de cuerpos de Cajal pequeños ( small Cajal  RNAs ; scaRNA); Además de la coilina, la proteína de supervivencia de las neuronas motoras (SMN) desempeña un papel fundamental en el mantenimiento de la integridad estructural de los cuerpos de Cajal [3] . Los cuerpos de Cajal contienen altas concentraciones de ribonucleoproteínas nucleares pequeñas ( snRNP y  otros factores de procesamiento de ARN , lo que indica que los cuerpos de Cajal sirven como sitios para el ensamblaje y/o la modificación postranscripcional del aparato de empalme nuclear. Además, los TC participan en el procesamiento del ARNm de las histonas y en la elongación de los telómeros [4] . Los MC existen a lo largo de toda la interfase , pero desaparecen durante la mitosis . La biogénesis de los cuerpos de Cajal exhibe las propiedades de una estructura autoorganizada [5] .

Historia del estudio

El corpúsculo de Cajal fue descrito por primera vez por Santiago Ramón y Cajal  , un neuroanatomista español que compartió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1906 con Camillo Golgi por sus estudios de la estructura celular del sistema nervioso . En 1903, mediante una técnica de impregnación de plata , Cajal descubrió un pequeño cuerpo redondeado que se encontraba en los núcleos de varias células nerviosas . Lo llamó el becerro accesorio ( español : cuerpo accessorio ). En el transcurso de sus estudios morfológicos, Cajal pudo observar splicing motas ( del inglés splicing specles ), el nucléolo y la membrana nuclear . Esos cuerpos, que Cajal denominó cuerpo accesorio , han sido descritos de forma independiente en una amplia variedad de organismos : mamíferos , anfibios , insectos y plantas . Se les dio una variedad de nombres: cuerpos enrollados ( eng. cuerpos enrollados ) en células de ratón , rata y humanos , endotelio ( alemán: Binnenkörper ) en insectos, asociado con los nucléolos del cuerpo en plantas. El descubrimiento de la proteína coilina en los cuerpos enrollados de las células HeLa puso orden en esta multitud de nombres . Los anticuerpos anti-coilina han servido como buenos marcadores para cuerpos enrollados en células de vertebrados e incluso para cuerpos asociados a nucleolar en células de guisantes ( Pisum sativum ). Ahora está claro que los subcompartimentos nucleares homólogos que contienen coilina están presentes en una amplia variedad de eucariotas. Para confirmar esta similitud y llevar la terminología a un solo patrón, se propuso el nombre de "cuerpo Cajal" para los cuerpos nucleares que contienen coilina [6] . En 2002 se aislaron por primera vez cuerpos de Cajal a partir de células vivas (células HeLa) [7] .     

Componentes

Los cuerpos de Cajal son sitios de modificación para pequeños ARN nucleares (snRNA) y pequeños ARN nucleolares (snoRNA) y ensamblaje y parte del ciclo de vida de RNP . Los cuerpos de Cajal se caracterizan por la presencia de proteína coilina, ribonucleoproteínas nucleares pequeñas (snRNP), ribonucleoproteínas nucleolares pequeñas (snRNP), RNP de telomerasa y factores de ensamblaje y maduración de RNP, así como complejos formados por proteína de supervivencia de neuronas motoras (SMN ). El complejo multiproteico Integrator, que procesa los extremos 3' del snRNA y mantiene la integridad de TA, también puede ser un componente de TA [8] .

Bobinado

Tras el descubrimiento de la coilina en las células HeLa, esta proteína se convirtió rápidamente en un marcador característico de los cuerpos de Cajal en células de mamíferos. En humanos y ratones, la coilina tiene aproximadamente el mismo tamaño (62,6 kDa y 62,3 kDa, respectivamente) y existe un alto grado de similitud entre sus secuencias de aminoácidos . La rana Xenopus tiene un poco menos de coilina (59,6 kDa) y su secuencia de aminoácidos es significativamente diferente de la de las dos proteínas de mamíferos. Fuera de los vertebrados, es extremadamente difícil determinar homólogos de coilina por secuencia de aminoácidos. Se han descrito ortólogos de coilina indiscutibles en Arabidopsis y Drosophila , pero hasta ahora no se han encontrado ortólogos de coilina en el nematodo Caenorhabditis elegans , la levadura Saccharomyces cerevisiae y otros importantes organismos modelo no vertebrados [9] .

A pesar de la conveniencia de utilizar la coilina como marcador de los cuerpos de Cajal, poco se sabe de la propia coilina como proteína: en concreto, todavía no hay información sobre qué funciones bioquímicas puede desempeñar en el cuerpo de Cajal. Coilin se une a la proteína de supervivencia de la neurona motora (SMN) y a varias proteínas de los grupos Sm y LSm , por lo que puede estar involucrada en el ensamblaje o modificación de snRNP. En ratones, Arabidopsis y Drosophila, se encontró una fuerte evidencia de que se requiere coilina para la formación de MC. En el pez cebra, la inactivación del gen coilin por morfolino , lo que resulta en la pérdida de TK y la dispersión desordenada de snRNP alrededor del núcleo, provoca una detención del desarrollo en la transición de la etapa de 15 somita a la etapa de 16 somita, probablemente debido a una violación de la escisión correcta de los intrones y la formación reducida de ARNm maduro normal. Curiosamente, este efecto puede reducirse mediante la adición de snRNP humanos maduros, pero no solo snRNA o snRNP, lo que sugiere que se requiere coilina y probablemente un cuerpo de Cajal en el pez cebra para el ensamblaje adecuado de snRNP [1] . La eliminación del gen de la bobina en ratones conduce a un fenotipo semiletal (el 50% de los embriones mueren en la etapa de desarrollo intrauterino). Algunos homocigotos mueren en la etapa embrionaria , y los que sobreviven hasta la edad adulta tienen problemas significativos con la fertilidad y la fecundidad . Las células cultivadas derivadas de dichos ratones knockout no tienen MC típicos. En cambio, tienen tres tipos de cuerpos "residuales", cada uno de los cuales contiene parte de los componentes de los cuerpos de Cajal. En Arabidopsis , el mutante no cajal body 1 (ncb-1) tiene una única sustitución de base en el gen de la coilina , aunque no está claro si está completamente desprovisto de la misma. Los homocigotos ncb-1 son completamente viables, sin embargo, con la ayuda de anticuerpos contra otros componentes de TK (U2B y fibrillarin ), TK no se detecta en ellos mediante microscopía electrónica . En Drosophila, dos mutantes nulos diferentes son completamente viables en el estado homocigótico. En las células de moscas sin coilin , la inmunotinción o la hibridación in situ no detectaron MC. Por lo tanto, en estos tres organismos estudiados, se requiere coilina para la formación normal de MC, pero ni la coilina ni los MC normales son necesarios para la viabilidad [10] .

Los cambios en el nivel de expresión de la coilina están asociados con cambios en el contenido de varios ARN no codificantes , en particular el ARNsn U2 , el ARNr transcrito por la ARN polimerasa I y el componente ARN de la telomerasa . Además, la bobina puede unirse a varios ARN no codificantes, como el precursor de ARNr 47/45S, el ARNsn U2 y el componente ARN de la telomerasa. Coilin tiene actividad RNase , que es especialmente importante para el procesamiento del extremo 3' del snRNA U2 del componente RNA de la telomerasa. Por lo tanto, la bobina puede influir en la transcripción y/o el procesamiento de muchos ARN no codificantes importantes en la célula [4] .

Aunque el coilin se ha utilizado durante muchos años como un marcador de los cuerpos de Cajal y el papel fundamental que desempeña en el mantenimiento de su integridad estructural, también se ha encontrado que el coilin ocurre en otros cuerpos nucleares especiales, los cuerpos  locus de histonas, HLB ) [11 ] .

Ribonucleoproteínas nucleares pequeñas (snRNP)

Una vez que se identificaron los cuerpos de Cajal mediante inmunotinción con anticuerpos anti-coilina, surgió una técnica simple que usaba otros anticuerpos e hibridación in situ para crear un catálogo de componentes típicos de TK. Pronto quedó claro que los MC contienen muchas proteínas y ARN involucrados en el procesamiento del ARN, en particular, el empalme de los ARN nucleares pequeños (snRNA, inglés  snRNA ) (U1, U2, U4, U5 y U6). Dado que el empalme real no ocurre en los cuerpos de Cajal, se ha sugerido que TA puede desempeñar algún papel en el ensamblaje o modificación de los snRNP de empalme. La biogénesis de las snRNP de corte y empalme es un proceso complejo que incluye pasos tanto nucleares como citoplasmáticos . Brevemente, la transcripción de snRNA ocurre en el núcleo, luego de lo cual se exportan al citoplasma. En el citoplasma, la cubierta de monometilguanosina en el extremo 5' se trimetila y cada snRNA se empaqueta en un complejo de siete proteínas del grupo Sm conservadas . Finalmente, los snRNP recopilados se devuelven al núcleo. Dado que los snRNA que se encuentran en los cuerpos de Cajal están asociados con proteínas Sm y tienen una cubierta de trimetilguanosina, se cree que ya han regresado al núcleo desde el citoplasma. Esto está confirmado por estudios cinéticos que muestran que las snRNP que acaban de ingresar al núcleo se envían primero al TC, luego de lo cual aparecen en motas (grupos de gránulos de intercromatina ) y finalmente llegan a los cromosomas , donde, de hecho, se produce el empalme. La modificación de nucleótidos snRNP específicos probablemente ocurre en MC. Menos claro es hasta qué punto tiene lugar el montaje del aparato de empalme en el TC. Se supone que los MC están involucrados en las últimas etapas de la formación de U2 snRNP, y posiblemente el ensamblaje de U4 / U6 - U5 tri-snRNP también ocurre en MC. También se ha proporcionado evidencia de que los snRNP se reciclan a través de TK. Es muy posible que las snRNP de empalme pasen de MC a motas en su camino hacia los sitios de síntesis de ARN y empalme en los cromosomas. Sin embargo, se desconoce hasta qué punto las snRNP individuales se organizan en complejos moteados de orden superior. Estudios recientes en ovocitos de anfibios han demostrado que las snRNP pueden reclutarse para los cromosomas lampbrush independientemente del ensamblaje en empalmosomas maduros . Si esto es cierto para todas las células, entonces los cuerpos de Cajal solo pueden desempeñar un papel limitado en el ensamblaje de snRNP en complejos de orden superior [11] .

Pequeños cuerpos de Cajal de ARN (scaRNA)

Un poderoso paso adelante en la comprensión de las funciones de los cuerpos de Cajal fue el descubrimiento de pequeños cuerpos de Cajal de ARN (scaRNA). Los scaRNA están estrechamente relacionados con los RNA nucleolares pequeños ( snoRNA ) tanto en estructura como en función. Ambos grupos de ARN se caracterizan por la presencia de motivos específicos  , las denominadas caja C/D y caja H/ACA, y ambos grupos están implicados en la modificación postranscripcional de otros ARN. La caja C/D snoRNA dirige la unión de grupos 2'-O-metilo a residuos de ribosa específicos en rRNA, mientras que la caja H/ACA media en la conversión de uridinas específicas a pseudouridina . La fibrilarina funciona como una metiltransferasa y la disquerina/NAP57/CBF5 funciona como una pseudouridina sintasa; cada una de estas proteínas interactúa con tres proteínas adicionales para formar una enzima activa. Los scaRNA llevan a cabo reacciones similares con los RNA nucleares pequeños (snRNA) y son responsables de su metilación y pseudouridilación [1] . El primer ARN descubierto y mejor estudiado de la clase scaRNA es U85. Este ARN guía inusual media dos modificaciones : 2'-O-metilación de C45 y pseudouridilación de U46 en ARNsn de U5 humano. Los experimentos de fraccionamiento celular e hibridación in situ han demostrado que el scaRNA U85 se localiza exclusivamente en MC de células HeLa y Drosophila . La localización de este RNA difiere de la localización de su sustrato, el snRNA U5, que también se encuentra en grandes cantidades en TA, pero, como otros snRNA, está ampliamente distribuido por todo el núcleo. La localización de U85 y otros scaRNA difiere de la de la mayoría de los RNA guía que contienen cajas C/D y H/ACA, que se concentran en el nucléolo. Se ha demostrado que la localización del ARN en MC en células de vertebrados depende de la presencia de una secuencia de consenso corta llamada caja CAB. Se ha descrito un motivo relacionado pero algo diferente en scaRNA de Drosophila . La caja CAB de los scaRNA humanos y de Drosophila se une a la proteína WRAP53 conservada (también conocida como WD40-repeat , TCAB1 y WDR79) [4] , que es necesaria para la localización de estos RNA en los cuerpos de Cajal [12] .   

La localización específica de scaRNA en el cuerpo de Cajal confirma que la metilación y pseudouridilación de snRNA ocurren en el MC después de la entrega de los snRNP ensamblados al núcleo. Esta hipótesis está fuertemente respaldada por experimentos de cultivo celular que muestran que los sustratos de scaRNA artificiales se modificaron cuando se introdujeron en el MC y no en el nucléolo. Esta hipótesis también concuerda bien con la conocida concentración de fibrilarina en el MC. Al mismo tiempo, es poco probable que la modificación de snRNA se limite a TK, porque las moscas privadas de coilin que carecen de TK tenían niveles normales de scaRNA y todos sus snRNA se modificaron correctamente. Parece probable que el scaRNA y otros componentes de MC normalmente existan en el nucleoplasma en forma de complejos macromoleculares que son demasiado pequeños para ser distinguibles individualmente bajo un microscopio óptico convencional . Coilin es necesario para el ensamblaje de estos complejos en cuerpos de Cajal, que son visibles al microscopio óptico, pero el ensamblaje de estos cuerpos no es una condición necesaria para el funcionamiento de estos complejos, al menos para la modificación dependiente de scaRNA de los snRNA de corte y empalme . 13] . Es posible que TA juegue el papel de una concentración local de reactivos necesarios para el procesamiento de snRNA y, por lo tanto, aumente su eficiencia. Si, debido a las características metabólicas de la célula, cualquier etapa de la maduración de snRNP en MC se vuelve limitante de la velocidad (como, por ejemplo, en el caso de la embriogénesis del pez cebra descrita anteriormente), entonces las células carecen de coilina y, en consecuencia, MC no son viables [1] .

Un scaRNA particular de excepcional interés es el componente de ARN de la telomerasa, una enzima responsable de mantener constante la longitud de los telómeros en las células eucariotas. La presencia de ARN de telomerasa en MC se demostró mediante hibridación in situ en líneas celulares de cáncer humano , pero en células no cancerosas, sus niveles en MC eran bajos o indetectables. El ARN de telomerasa tiene un motivo de caja H/ACA y un motivo de caja CAB. La transcriptasa inversa de telomerasa [1] también se acumula en las MC de células cancerosas humanas . Otros componentes del complejo de la telomerasa también se localizan en el TC: proteínas disquerina , GAR1 , NHP2 , NOP10, WRAP53 [8] . WRAP53, que se une a otros scaRNA, es parte de la holoenzima de la telomerasa humana y se requiere para la síntesis de los telómeros en las células HeLa [14] (en su ausencia, las células pluripotentes no pudieron alargar sus telómeros [8] ). Posiblemente, la coilina está involucrada en el procesamiento del ARN de la telomerasa [8] .

GEMS y proteína SMN

Un componente extremadamente interesante de los cuerpos de Cajal es la proteína de supervivencia de la neurona motora (SMN )  . Cuando se estudió por primera vez la localización intracelular de SMN mediante inmunofluorescencia , la proteína era visible en todo el citoplasma, así como en un cuerpo nuclear de tamaño similar al cuerpo de Cajal, pero diferente de TK. Por ello, al cuerpo abierto se le ha llamado el Géminis del CB, GEMS . Coincidentemente, la línea celular HeLa en la que se describió GEMS es inusual: en células humanas de otras líneas, incluidas varias cepas HeLa , en neuronas primarias, así como en células de Drosophila, SMN se localiza en el mismo lugar que la bobina en TK. Por esta razón, en el caso general, SMN puede considerarse como un componente importante de TC, y no como un marcador de un cuerpo nuclear individual [14] .  

Lo más probable es que SMN, junto con coilin, participe en el mantenimiento de la integridad estructural del TC. Se ha demostrado que SMN está involucrado en el reconocimiento y resolución de bucles R durante la terminación de la transcripción , por lo tanto, TK puede estar involucrado en la regulación de la transcripción [3] .

En 2017, se demostró que SMN es el objetivo de la acetiltransferasa CREBBP . En células humanas, esta enzima acetila SMN en la lisina 119 (K119), provocando la liberación de la proteína en el citoplasma y la disolución de MC, así como una disminución en la acumulación de snRNP en motas nucleares . En células mutantes , en las que el residuo de lisina 119 en SMN es reemplazado por arginina , que no está sujeta a acetilación, por el contrario, se estimula la formación de TK, así como una nueva categoría de cuerpos de leucemia promielocítica (cuerpos de PML) enriquecidos en SMN [15] .

Como su nombre indica, en los mamíferos el SMN es fundamental para el buen funcionamiento de las neuronas motoras , especialmente las situadas en la médula espinal . En ratones y Drosophila, las mutaciones nulas en una sola copia del gen smn son letales. En el caso de los humanos, la situación es algo diferente, porque el individuo tiene dos copias del gen, una de las cuales tiene un sitio de corte y empalme alterado, lo que resulta en un procesamiento de transcripción ineficiente. Sin profundizar en la genética bastante complicada del gen smn humano , las mutaciones en este gen a menudo conducen al desarrollo de una condición conocida como atrofia muscular espinal (SMA). La AME ocurre en aproximadamente 1 de cada 6000 recién nacidos y provoca una muerte prematura [16] .

Los estudios bioquímicos han demostrado que en las células de vertebrados, el SMN se encuentra en un complejo macromolecular conocido como ensamblajesoma .  Este complejo consta del propio SMN, siete heminas y varios otros factores. Este complejo funciona en el citoplasma como chaperona involucrada en el ensamblaje de un complejo de snRNA de corte y empalme con un anillo de proteínas Sm de siete miembros. SMN acompaña a las snRNP ensambladas en su camino de regreso al núcleo y facilita la importación nuclear de proteínas Sm [8] , sin embargo, no se sabe si SMN tiene funciones específicas en el núcleo [17] .

La expresión de SMN humano marcado con proteína verde fluorescente en células de levadura en ciernes mostró la localización específica de esta proteína en una pequeña estructura dentro del nucléolo, que los autores del estudio denominaron cuerpo nucleolar ( inglés  nucleolar body ). Algunas etapas de la maduración del snoRNA U3 también ocurren en este cuerpo. La unión al nucléolo, la acumulación de SMN y la maduración de U3 sugieren que el cuerpo nucleolar de la levadura es equivalente al cuerpo de Cajal de eucariotas más complejos [17] .

Otras proteínas del cuerpo de Cajal

La proteína WRAP53 (también conocida como TCAB1 o WDR79), al igual que SMN, se encuentra en el citoplasma y TC. Por primera vez, esta proteína se identificó como una proteína que se une al motivo CAB en algunos scaRNAs , así como al ARN de la telomerasa , y asegura la localización de estos RNA en el MC. La disminución del nivel de WRAP53 en la célula por la interferencia del ARN conduce a la destrucción del MC y al movimiento de la bobina hacia el nucléolo , por lo que WRAP53 desempeña un papel importante en el mantenimiento de la integridad estructural del MC. Además, WRAP53 participa en la biogénesis de scaRNA [18] .

CRM1 se encuentra en el nucleoplasma y MC. Forma parte de un complejo que transfiere pequeños ARN nucleares recién sintetizados desde el núcleo al citoplasma, en el que tienen lugar varias etapas de maduración de estos ARN. En su camino hacia el citoplasma, este complejo muy probablemente pasa a través del MC. CRM1 también participa en la entrega de pequeñas ribonucleoproteínas nucleolares (snoRNP) al nucléolo, que, al igual que las snRNP, pasan a través del MC durante su maduración. La inhibición del trabajo de CRM1 conduce a alteraciones en la estructura y la dinámica de TC [18] .

DAXX funciona como un correpresor transcripcional . Esta proteína se encuentra en el citoplasma y el núcleo, es decir, en los cuerpos de la LMP. También se ha demostrado que DAXX puede localizarse en el MC, y su localización en el MC depende de la etapa del ciclo celular , alcanzando un máximo en la fase S temprana y media . En el mismo período del ciclo celular, se observa un aumento de la concentración de la transcriptasa inversa , que forma parte de la telomerasa ( TERT ), en el TC, cuando se produce el ensamblaje de la holoenzima de la telomerasa en el TC, por lo tanto, en el TC, DAXX puede estimular el ensamblaje de la telomerasa al interactuar con sus subunidades , así como al mover la telomerasa a los telómeros [18] .

Dyskerin ( diskerina inglesa  ) se encuentra en el nucléolo y TC. Dyskerin se incorpora al complejo de telomerasa en las primeras etapas de su formación y también se incluye en algunos snoRNP y scaRNP. Se ha demostrado que la disquerina interactúa con la coilina y el SMN, por lo que su incorporación al complejo de la telomerasa y RNP puede regularse mediante la interacción con otras proteínas TK [18] .

Fam118B se conoce como una proteína que interactúa con la coilina, y tanto un aumento como una disminución en la expresión de esta proteína conducen a alteraciones en la estructura y composición de los TC. La deficiencia de Fam118B también afecta la tasa de empalme y conduce a la supresión de la proliferación celular [18] .

La fibrilarina es conocida como una proteína marcadora del componente fibrilar denso del nucléolo. También se detecta en TK y es un componente de algunos snoRNP y scaRNP. La fibrillarina interactúa directamente con el scaRNA y el snRNA y funciona como una metiltransferasa que metila el snRNA y el rRNA . El dominio GAR ( dominio rico en glicina y arginina) de la fibrilarina también interactúa con el SMN [18] .

GAR1 , al igual que la fibrilarina, se localiza en el nucléolo y TC. Esta proteína está implicada en la biogénesis de la telomerasa y está presente en la telomerasa RNP madura. Además, es miembro de varias snoRNP y scaRNP. GAR1 interactúa con SMN a través de uno de sus dos dominios GAR, uno de los cuales está ubicado en el extremo N-terminal y el otro en el extremo C-terminal de la proteína [18] .

Nopp140 es abundante en el nucléolo y MC y juega un papel importante en la formación de ribosomas . Forma un complejo con disquerina, que también se encuentra en el nucléolo y MC. Además, interactúa con coilin, así como con snoRNP y scaRNP, por lo que es posible que Nopp140 actúe como chaperona de snoRNP , proporcionando un vínculo entre el nucléolo y TA. Es posible que Nopp140 también esté involucrado en la biogénesis de scaRNP en MC. Hay pruebas de que el funcionamiento de Nopp140 en TK depende de SMN [18] .

PA28γ es un activador del proteasoma bien estudiado . En condiciones de estrés, como la radiación ultravioleta , los TA se destruyen y PA28γ se colocaliza con coilin. Sin embargo, en células en estado normal, PA28γ no se encuentra en el MC y se dispersa aleatoriamente por todo el nucleoplasma. La sobreexpresión de PA28γ conduce al desmontaje de los MC, por lo que es probable que esta proteína participe en el mantenimiento de la integridad de los MC [18] .

PHAX , como CRM1, está involucrado en la exportación de snRNA spliceosomal y se localiza en el MC y el nucleoplasma. PHAX interactúa con una tapa en el extremo 5 'de snRNA y forma un complejo de exportación, que también incluye CRM1. Durante algún tiempo, el complejo está en el MC y luego ingresa al citoplasma. Una disminución en el nivel de PHAX como resultado de la interferencia del ARN destruye los MA, lo que indica que la biogénesis de snRNP es necesaria para mantener la estructura de los MA [18] .

SART3  es un factor de ensamblaje snRNP que interactúa con U6 snRNA y se acumula en MC. Se supone que esta proteína, en complejo con SART3, participa en la etapa de ensamblaje del spliceosoma, que ocurre en el MC. Además, SART3 interactúa con coilin y es necesario para inducir la formación de MA en líneas celulares que tienen poca MA, así como la acumulación de snRNP inmaduras con coilin en MA [18] .

SmD1 es el componente central de las snRNP. Durante la maduración de snRNP, SmD1 dentro de estos complejos ingresa al TC, donde interactúa con coilin y SMN [18] .

La transcriptasa inversa de la telomerasa (TERT) también se encuentra en el TC, ya que es allí donde se ensambla la holoenzima de la telomerasa [18] .

La trimetilguanosina sintasa I ( TGS1 ), al igual que la SMN, se encuentra en el citoplasma y en el CM. TGS1 interactúa directamente con SMN y forma una tapa de ARNsn spliceosomal en el citoplasma. Una isoforma truncada de TGS1 funciona en MC, que forma una tapa de snoRNA [18] .

TOE1 (también conocido como hCaf1z) se encuentra en el núcleo y TC. Esta proteína está involucrada en la supresión del crecimiento celular, afectando el nivel de la proteína p21  , un inhibidor de las quinasas dependientes de ciclina, en la célula . También forma un complejo con la proteína hCcr4d, que también se encuentra en MC, y este complejo tiene actividad deadenilante . TOE1 interactúa tanto con coilin como con SMN, y una disminución en el nivel de TOE1 conduce a la destrucción de TK, ralentizando el empalme de pre - mRNA y la supresión de la proliferación celular. En TK, TOE1 probablemente esté involucrado en el procesamiento de varios ARN [18] .

USPL1 es un componente de MC identificado recientemente que se requiere para la formación de MC normales. Una disminución en el nivel de esta proteína en la célula conduce a una reducción en la transcripción de snRNA, una ralentización en el ensamblaje de snRNP y empalme de pre-mRNA. Probablemente, USPL1 juega un papel importante en la transcripción de genes snRNA por la RNA polimerasa II [18] .

Relación entre cuerpos de Cajal y loci específicos

Dado que los nucléolos están asociados con lugares específicos en los cromosomas, surge una pregunta justa: ¿existen asociaciones similares en los cuerpos de Cajal y otros orgánulos nucleares? En el caso de los MC, todavía no hay evidencia de que la transcripción ocurra en el propio cuerpo y, por lo tanto, no hay razón para creer que los MC, como los nucléolos, corresponden a loci de genes activos. Sin embargo, los MC pueden formarse en loci específicos o moverse allí, actuando como portadores de los factores necesarios para estos loci. La presencia de tales asociaciones se confirma por el hecho de que las MC en cultivos de células de vertebrados muestran una asociación preferencial con loci de genes que codifican snRNA. En estas células, los MC están asociados no solo con los grupos de genes U1 , U2 y U4, sino también con los loci menores de snRNA U11 y U12. Se ha sugerido que los snRNAs en MCs regulan de alguna manera la transcripción de snRNAs en estos loci de una manera de retroalimentación . Cualquiera que sea la razón de esta asociación, la relación entre los loci TK y snRNA es dinámica y depende de la transcripción, como se muestra en un análisis experimental reciente. Se introdujo un segmento de genes U2 snRNA inducibles en cultivo celular junto con coilina marcada con fluorescencia. Siempre que el segmento U2 estuviera transcripcionalmente inactivo, no había una relación especial entre él y TK. Sin embargo, durante la inducción de la transcripción, el segmento U2 se movió muy cerca del TK y eventualmente hizo contacto físico con él. Esta translocación prominente se interrumpió en el mutante negativo de β-actina dominante , lo que confirma el papel de la actina nuclear en la translocación de loci cromosómicos en respuesta a la activación transcripcional [17] .

Existe otra relación especial entre el cuerpo de Cajal y los telómeros. Durante la mayor parte del ciclo celular, el ARN de la telomerasa se encuentra solo en las MC. Además, se encontró que durante la fase S , las MC forman enlaces temporales con los telómeros. Estos resultados confirman la existencia de interacciones específicas entre TK y telómeros durante la elongación de los telómeros. El significado funcional de este fenómeno aún no se ha determinado [17] .

Cuerpo de Cajal y nucléolo

Los cuerpos de Cajal están íntimamente relacionados entre sí físicamente. De acuerdo con los datos ultraestructurales iniciales, el MC puede estar completamente fusionado con el nucléolo, brotar de él o permanecer completamente libre en el nucleoplasma. El uso de proteínas de fusión de proteínas fluorescentes verdes ha demostrado que las MC pueden brotar unas de otras o fusionarse entre sí, pero nunca fusionarse con el nucléolo. Sin embargo, en muchas células, los MC se detectan muy cerca de los nucléolos. Más tarde, sin embargo, se identificaron estructuras que contenían proteínas que también se encuentran en MC (por ejemplo, CRM1) dentro de los nucléolos. Estos pequeños cuerpos se llaman cuerpos intranucleolares .  Contienen poca bobina y son ultraestructuralmente diferentes a los MC típicos, por lo que es poco probable que sean MC intranucleolares. La estrecha relación entre MC y nucléolo está indicada por similitudes bioquímicas: muchas proteínas nucleolares, como fibrillarina, nucleolina , Nopp140 y NAP57, se encuentran en MC, ambas asociadas con el nucléolo y ubicadas libremente en el nucleoplasma. Muchas proteínas residentes en MC, a su vez, se mueven a través del núcleo y pasan a través de los nucléolos, y muchos ARN nucleolares pasan a través del MC de manera similar. Además, la coilina se acumula en los nucléolos de muchas células. Todo esto atestigua la estrecha relación estructural y funcional entre el MC y el nucléolo [19] .

Cuerpos de Cajal y respuesta al estrés

Se ha establecido que las infecciones virales , la exposición a la radiación ultravioleta , la radiación ionizante , así como el tratamiento con cisplatino y etopósido ,  agentes que dañan el ADN , interrumpen el trabajo de los órganos de Cajal de varias maneras. Por ejemplo, la luz ultravioleta y la infección por adenovirus desencadenan la formación de microfocos que contienen coilina. Es interesante que el daño a los MC bajo la acción de la radiación ultravioleta requiere la subunidad activadora del proteasoma PA28γ , que, aunque no está incluida en los MC, afecta la formación de MC a través de la interacción con la bobina contenida en el nucleoplasma. En la infección por herpesvirus , por el contrario, no se forman microfocos de coilina, y la bobina se transfiere a los centrómeros dañados en un proceso denominado respuesta al daño del centrómero en interfase (iCDR ) . Bajo la acción de la radiación ionizante, así como el cisplatino o el etopósido, los TC se destruyen y la coilina se reubica en el nucléolo. Aún no se han establecido los mecanismos de acción detallados de estos agentes sobre los MC; sin embargo, estos datos sugieren que los MC pueden estar involucrados en las vías de respuesta al estrés [4] .  

En el estudio de la coilina se obtuvieron algunos datos sobre los mecanismos de participación de los TA en las respuestas al estrés. Resultó que la coilina determina la respuesta celular a la acción del cisplatino y regula la unión de la ARN polimerasa I a los promotores del gen del ARNr . El cisplatino o el etopósido alteraron la unión de la coilina a algunos ARN no codificantes. Por lo tanto, los datos experimentales sugieren que los TA (en particular, la coilina) están involucrados en las vías de respuesta al estrés que regulan la biogénesis de RNP, así como la transcripción y el procesamiento de rRNA [4] .

Se sabe que varias otras condiciones afectan a TC. Factores ambientales (p. ej., temperatura ), cambios de desarrollo (p. ej., organización del núcleo en células embrionarias y adultas), estados patológicos (como la transformación de una célula normal en una célula cancerosa) afectan a la TC. Es interesante que el efecto de la fuerza local sobre la superficie celular a través de las integrinas provoque alteraciones en la unión de algunas proteínas a la TA (en particular, se altera la unión de la coilina en SMN) [4] .

Formación y regulación

Se ha descubierto que los inhibidores de la transcripción, traducción , exportación nuclear, actividad de cinasa y fosfatasa provocan el desmontaje de los cuerpos de Cajal y/o el desplazamiento de la bobina a otros sitios. Además, MC, al ser un cuerpo nuclear dinámico, se desarma durante la mitosis y se vuelve a formar en la fase G1 del ciclo celular, de manera similar al núcleo y al nucléolo. Dado que la fosforilación juega un papel clave en el desmontaje del nucléolo y el núcleo durante la mitosis , es muy probable que esta modificación también controle el montaje y desmontaje de MC durante el ciclo celular. De hecho, se pueden fosforilar al menos 20 proteínas TK. La fosforilación de coilin y SMN afecta la interacción de estas proteínas entre sí y con snRNP. Con toda probabilidad, la fosforilación de WRAP53 regula la interacción de esta proteína con coilin y SMN, y estas reacciones son necesarias para el correcto ensamblaje de MC [4] .

La fosforilación no solo puede cambiar las interacciones proteína-proteína en MC, sino que también puede afectar su actividad. En mutantes con fosforilación defectuosa, la actividad RNasa de la coilina disminuyó. Además, la hiperfosforilación de la coilina alteró su unión a varios ARN no codificantes. Este estado también se caracteriza por una autoasociación reducida de la bobina, lo que da como resultado el desmontaje de TK, aunque este evento generalmente se asocia con mitosis. Por lo tanto, la fosforilación y desfosforilación de varios componentes de CB es el resultado final de las vías de señalización que informan la necesidad de proteínas de la célula. Estas vías probablemente regulan las etapas nuclear y citoplasmática de la biogénesis de snRNP . Además, PRMT5 y 7, que dimetilan simétricamente los residuos de arginina, pueden modificar la coilina y otros componentes de TA. Al igual que la fosforilación, esta modificación afecta las interacciones proteína-proteína y la localización de proteínas, lo que influye en la formación y el funcionamiento de los MC. Finalmente, la sumolación puede estar involucrada en la regulación de TC . Además de las modificaciones postraduccionales , algunas proteínas de señalización pueden influir en la formación y composición de los TC [4] .

Importancia clínica

Aunque no se ha establecido un vínculo claro entre la disfunción de TK y ciertas enfermedades humanas, ahora se sabe que ciertas mutaciones en los componentes de TK conducen al desarrollo de ciertos trastornos. Por lo tanto, la ausencia de una proteína SMN1 funcional conduce a la atrofia muscular espinal, un trastorno degenerativo de las neuronas motoras de la médula espinal. Las mutaciones en los genes que codifican miembros del complejo de la telomerasa provocan envejecimiento prematuro y disqueratosis congénita [8] . Las deficiencias en varios componentes del TC pueden estar asociadas con el cáncer [4] [20] .

Notas

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  2. ↑ Sawyer IA , Sturgill D. , Sung MH , Hager GL , Dundr M. Cajal función corporal en la organización del genoma y diversidad de transcriptomas.  (inglés)  // BioEssays: noticias y reseñas en biología molecular, celular y del desarrollo. - 2016. - Vol. 38, núm. 12 _ - Pág. 1197-1208. - doi : 10.1002/bies.201600144 . —PMID 27767214 .
  3. ↑ 1 2 Neugebauer KM Especial atención al Cuerpo de Cajal.  (Inglés)  // Biología del ARN. - 2017. - Vol. 14, núm. 6 _ - Pág. 669-670. doi : 10.1080 / 15476286.2017.1316928 . —PMID 28486008 .
  4. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Hebert M. D. Señales que controlan el ensamblaje y la función del cuerpo de Cajal.  (Inglés)  // La revista internacional de bioquímica y biología celular. - 2013. - Vol. 45, núm. 7 . - Pág. 1314-1317. -doi : 10.1016/ j.biocel.2013.03.019 . —PMID 23583661 .
  5. ↑ El Núcleo, 2011 , p. 235.
  6. ↑ El Núcleo, 2011 , p. 235-236.
  7. ↑ Lam YW , Lyon CE , Lamond AI Aislamiento a gran escala de cuerpos de Cajal a partir de células HeLa.  (Inglés)  // Biología molecular de la célula. - 2002. - vol. 13, núm. 7 . - Pág. 2461-2473. -doi : 10.1091/ mbc.02-03-0034 . —PMID 12134083 .
  8. ↑ 1 2 3 4 5 6 Morimoto M. , Boerkoel CF El papel de los cuerpos nucleares en la expresión génica y la enfermedad.  (Inglés)  // Biología. - 2013. - Vol. 2, núm. 3 . - Pág. 976-1033. -doi : 10.3390/ biología2030976 . — PMID 24040563 .
  9. ↑ El Núcleo, 2011 , p. 236.
  10. ↑ El Núcleo, 2011 , p. 236-237.
  11. ↑ 1 2 El Núcleo, 2011 , p. 237.
  12. ↑ El Núcleo, 2011 , p. 237-238.
  13. ↑ El Núcleo, 2011 , p. 238-239.
  14. ↑ 1 2 El Núcleo, 2011 , p. 239.
  15. ↑ Lafarga V. , Tapia O. , Sharma S. , Bengoechea R. , Stoecklin G. , Lafarga M. , Berciano MT La acetilación de SMN mediada por CBP modula la biogénesis del cuerpo de Cajal y la orientación citoplasmática de SMN.  (Inglés)  // Ciencias de la vida celular y molecular: CMLS. -2017.- doi : 10.1007/s00018-017-2638-2 . — PMID 28879433 .
  16. ↑ El Núcleo, 2011 , p. 239-240.
  17. ↑ 1 2 3 4 El Núcleo, 2011 , p. 240.
  18. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Hebert MD , Poole AR Hacia una comprensión de la regulación de la actividad corporal de Cajal mediante la modificación de proteínas.  (Inglés)  // Biología del ARN. - 2017. - Vol. 14, núm. 6 _ - Pág. 761-778. doi : 10.1080 / 15476286.2016.1243649 . — PMID 27819531 .
  19. ↑ Trinkle-Mulcahy L. , Sleeman JE  El cuerpo de Cajal y el nucléolo: ¿"En una relación" o "Es complicado"?  (Inglés)  // Biología del ARN. - 2017. - Vol. 14, núm. 6 _ - Pág. 739-751. doi : 10.1080 / 15476286.2016.1236169 . —PMID 27661468 .
  20. ↑ Henriksson S. , Farnebo M. En el camino con WRAP53β: guardián de los cuerpos de Cajal y la integridad del genoma.  (Inglés)  // Fronteras en genética. - 2015. - Vol. 6. - Pág. 91. - doi : 10.3389/fgene.2015.00091 . — PMID 25852739 .

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