A finales del siglo XIX se propuso la existencia de una barrera que delimitaba al núcleo, lo que quedó posteriormente demostrado con el microscopio electrónico (Figura 1). La envuelta nuclear está formada por una doble membrana con diversas funciones: a) separa físicamente al nucleoplasma (cromatina y demás componentes del interior nuclear) del citoplasma; b) regula la comunicación entre ellos, es decir, el movimiento de macromoléculas entre nucleoplasma y citoplasma; c) determina la forma nuclear y la posición del núcleo en la célula d) contribuye a la organización interna del núcleo, ya que aporta lugares de anclaje para la cromatina.
1. Componentes
La envuelta nuclear está formada por dos membranas, externa e interna, respectivamente, quedando entre ambas un espacio intermembranoso de aproximadamente 25-40 nm, formando todos estos elementos juntos las denominadas cisternas perinucleares (Figura 2). La membrana externa se continúa con la del retículo endoplasmático y posee ribosomas adheridos. Esta continuidad permite que el espacio intermembranoso y el interior del retículo endoplasmático se comuniquen directamente y que la envuelta nuclear funcione también como almacén de calcio. Por eso se dice que la envuelta nuclear es un dominio más del retículo endoplasmático. La membrana interna contiene una composición molecular característica y posee proteínas transmembrana que interactúan con la cromatina y con la lámina nuclear, otro componente de la envuelta nuclear (ver más adelante). Las membranas nucleares interna y externa son continuas en la periferia de los poros nucleares. ¿Qué mantiene las diferencias en la composición de ambas membranas? Parece existir un mecanismo de retención selectiva. Las proteínas se sintetizan en el retículo endoplasmático y llegan a la membrana interna por difusión lateral (difusión por la membrana), pero sólo aquellas que interaccionan con las proteínas de la lámina nuclear o de la cromatina se mantienen como componentes propios de la membrana interna.
La lámina nuclear, en las células animales, es un entramado proteico fibroso que separa la membrana interna de la cromatina. En mamíferos tiene un espesor de 20 a 25 nm. Las principales proteínas que la componen se denominan láminas, las cuales se encuentran en dos isoformas: tipo A (láminas A y C, que surgen de la maduración alternativa del mismo gen) y tipo B (láminas B1 y B2/3). La lámina B es esencial para la célula y los animales que carecen de esta proteína no son viables. Las láminas pertenecen a la familia de los filamentos intermedios tipo V. Estas proteínas se disponen en forma de malla cubriendo toda la cara interna de la membrana interna, a la cual están unidas por un lado, mientras que por el otro anclan la cromatina. La asociación íntima entre la membrana interna de la envuelta nuclear y la lámina nuclear se produce gracias a la existencia de al menos 20 proteínas localizadas en la membrana interna. Las láminas son evolutivamente antiguas y parecen haber dado lugar al resto de filamentos intermedios.
La lámina nuclear tiene múltiples funciones:
- Mantener la estructura de la envuelta nuclear, y por tanto la de dar forma y tamaño, al núcleo. La forma nuclear cambia cuando cambia la expresión de las proteínas que forman la lámina nuclear, lo cual es observable durante el desarrollo embrionario, la diferenciación celular o ciertas patologías celulares.
- Sirve de punto de anclaje del núcleo al citoesqueleto de la célula, a través de proteínas intermediarias localizadas en las membranas de la envuelta nuclear que conectan con otros elementos del citoesqueleto en el citosol, lo que permite al núcleo situarse en una posición determinada dentro de la célula o moverse por su interior.
- Condiciona la distribución de los poros nucleares.
- Sirve de soporte para diversas funciones relacionadas con la cromatina. Por ejemplo, la cromatina que está asociada a la lámina nuclear no se suele transcribir, aunque hay genes particulares que sí lo hacen. Además, las regiones de cromatina asociadas a la lámina cambian según el tipo celular y el estado de desarrollo de la célula, luego debe ser un elemento regulador de la expresión génica. Aproximadamente el 40% de la cromatina en humanos es heterocromatina asociada a la lámina nuclear. La lámina nuclear regula la heterocromatina mediante su interacción con proteínas que se unen a la cromatina, tales como las histonas H2, H3 y H4, HP1 (proteína de la heterocromatina) y BAF, y con proteínas de la membrana interna de la envuelta nuclear como LAP2, emerín y MAN1. En definitiva, la envuelta nuclear es importante para la regionalización del nucleoplama.
- Su papel es importante durante la mitosis puesto que las láminas han de fosforilarse para que la envuelta nuclear se desorganice y los microtúbulos tengan acceso a los cromosomas.
Las deficiencias en las proteínas que forman la lámina nuclear, sobre todo en las láminas A, producen las enfermedades denominadas laminopatías. Pueden ser degenerativas que afectan a muchos tejidos o a específicos: distrofias musculares, lipodistrofias, neuropatías periféricas, cardiomiopatías, dermopatías o a más tejidos como la progeria. Estas mutaciones pueden afectar tanto a la integridad nuclear como la organización de la cromatina y expresión génica.
En la envuelta nuclear se encuentran los poros nucleares, responsables de controlar el trasiego de moléculas entre el interior del núcleo y el citoplasma, y que veremos en la siguiente página.
2. Función
¿Por qué una célula necesita separar el ADN del citoplasma, cuando esto le supone un considerable consumo de recursos? Entre las razones más evidentes están:
a) Estabilidad génica: el confinamiento del genoma en un compartimento contribuye a preservar la estabilidad del ADN, que es mayor que en procariotas, teniendo en cuenta que estamos hablando de una enorme cantidad de ADN.
b) Permite la regulación de la expresión génica a un nivel impensable para los procariotas. Por ejemplo, el acceso o no a los factores de transcripción. Los factores de transcripción son moléculas que regulan la expresión génica y son sintetizados en el citoplasma. Para su acción deben ser transportados al interior nuclear. Las cascadas de señalización empiezan en receptores de membrana o internos, pero cualquiera que sea su inicio, si desencadenan expresión génica, alguna molécula de la cascada de señalización debe atravesar la envuelta nuclear. Si se bloquea este paso no se producirá ningún efecto sobre la expresión génica.
c) La presencia de intrones y exones en los genes eucariotas obliga a una maduración del transcrito primario. Es muy peligroso que un ARN mensajero sin madurar acceda a los ribosomas puesto que produciría proteínas no funcionales o incluso potencialmente peligrosas. La maduración del ARN mensajero se da en el citoplasma antes de ser exportado al citoplasma.
d) Separar la transcripción de la traducción aporta a la célula una herramienta más para regular la información que va desde el ADN hasta la proteína. Así, la transcripción de un gen a ARN mensajero no significa que se produzca una proteína de forma inmediata. Impidiendo la salida del ARN mensajero del núcleo se evita la producción de dicha proteína.
e) Mantiene segregados a diferentes compartimentos de la cromatina, y contribuye a la organización tridimensional de ésta. Esto lo hace por la interacción de la cromatina con la lámina nuclear y con los poros nucleares. por lo que influye a la regulación de la expresión génica.
f) Posición, forma y tamaño del núcleo (ver más abajo).
3. En la mitosis
La envuelta nuclear se desorganiza durante la profase de la mitosis en la mayoría de los eucariotas. Es la denominada mitosis abierta. Ello permite que los microtúbulos tengan acceso a los cromosomas. Una vez producida la segregación y reparto de los cromosomas, la envuelta nuclear se ensambla de nuevo a partir de las membranas del retículo endoplasmático durante la telofase para formar los núcleos de las células hijas (Figura 3). En las levaduras y otros eucariotas, sin embargo, no hay desorganización de la envuelta durante la mitosis, y toda la maquinaria para la segregación de los cromosomas tiene que ser importada al interior del núcleo. Estas células son capaces de formar usos mitóticos intranucleares y posteriormente dividir el núcleo por estrangulamiento en dos núcleos hijos. Son mitosis cerradas.
4. Posición nuclear
El núcleo ocupa diferentes posiciones en el interior de la célula, lo que depende del tipo celular, actividad o estado de diferenciación de la célula. En algunas ocasiones el núcleo es desplazado por otros componentes del citoplasma, como ocurre con la gran gota de grasa de los adipocitos o el citoesqueleto de las células musculares estriadas, las cuales tienen núcleos cerca de la membrana plasmática. Pero en la mayoría de los casos la célula sitúa activamente su núcleo en una región particular del citoplasma. Esta posición activa del núcleo depende de la interacción del citoesqueleto, sobre todo microtúbulos y filamentos de actina, pero también filamentos intermedios, con la envuelta nuclear. En algunos casos, en las células animales, la envuelta nuclear está conectada al centrosoma, y es éste el que tira del núcleo cuando es movido por los microtúbulos. Otras veces son los microtúbulos los que contactan directamente con la envuelta nuclear. El movimiento se produce por acción de proteínas motoras, aunque en movimientos cortos el núcleo es empujado por procesos de polimerización y despolimerización. Las proteínas que se encuentran en la envuelta nuclear sirven de intermediarias entre el citoesqueleto y la lámina nuclear. Se han medido velocidades del núcleo de entre 0.1 y 1 µm/min, pero de hasta 10 µm/min en los pronúcleos del ovocito tras la fecundación.
En la envuelta hay unos complejos proteicos que conectan la lámina nuclear con el citoesqueleto. Estos complejos están formados por unas proteínas localizadas en la membrana externa de la envuelta nuclear denominadas KASH (nesprinas en mamíferos) y otras en la membrana interna denominadas SUN. Podría haber además otras proteínas implicadas en estos puentes citoesqueleto-lámina nuclear (Figura 4).
En mamíferos se han encontrado 5 genes que codifican para proteínas KASH, algunos con maduración alternativa del ARNm, que pueden generar isoformas enormes de más de 800 kDa. Tienen unos largos dominios moleculares que se expanden por el citosol e interactúan con el citoesqueleto. Las moléculas SUN se unen a las proteínas KASH en el espacio perinuclear, y a las moléculas de las láminas por su dominio nucleoplasmático.
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Bibliografía ↷
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Núcleo 
