El complejo de poros nucleares (CPN), que mencionamos brevemente aquí, ha sido un objetivo principal de investigación desde hace años, desde que los bioquímicos se dieron cuenta de su tamaño y el papel vital que desempeña al proteger lo que entra y sale del núcleo . El CPN tiene que validar carga grande y pequeña a través de su apertura tipo aro con extremos colgantes que se asemejan a una red de baloncesto. Los científicos de Caltech lo describen con palabras que parecen listas para un tratado sobre diseño inteligente:

Haciendo guardia entre el núcleo de una célula y su cámara principal, llamada citoplasma, son miles de gigantescas estructuras de proteínas llamadas complejos de poro nuclear o CPN. Los CPN son como los escoltas del núcleo de una célula, protegiendo perfectamente lo que entra y sale. Cada estructura contiene alrededor de 1,000 moléculas de proteína, lo que hace que los CPN sean uno de los mayores complejos de proteínas en nuestros cuerpos. Uno de los clientes más notables de los CPN es una clase de moléculas conocidas como ARN mensajeros, o ARNm. Estos son los mensajeros que llevan instrucciones genéticas desde el núcleo hasta el citoplasma, donde luego se traducen en proteínas. [Énfasis añadido.]

Además, el artículo continúa diciendo que los ARNm, a pesar de ser una de las mayores cargas transportadas a través del NPC, pasan por todo el proceso en una fracción de segundo. Eso es increíble. ¡A un gran barco que navega por el Canal de Panamá le encantaría ese tipo de eficiencia!

Un gran «problema sin resolver en biología»

Los investigadores de Caltech buscaron nuevas formas de ver la translocación del ARNm, porque «la manera de cómo esto ha sido uno de los mayores problemas no resueltos en biología«. Para avanzar, descubrieron formas de etiquetar algunas de las cientos de proteínas involucradas con los códigos de barras fluorescentes y captaron imágenes en etapas. Esto les permitió construir un estudio de tiempo y movimiento aproximado de un ARN mensajero que pasa a través de los «bloqueos» del canal  del CPN.

El CPN tiene etiquetas propias. Una molécula no puede pasar sin un boleto.

En un nuevo estudio en la edición del 13 de junio de Nature Communications, Hoelz y su grupo… informan la primera mirada a escala atómica de los componentes específicos de CPN humanos responsables de eliminar los ARNm en el citoplasma. Para que un ARNm sea transportado a través de un CPN, debe etiquetarse con un factor de exportación nuclear, un tipo de proteína pequeña. Esa etiqueta es como un ticket que permite que el ARNm ingrese al canal central de transporte del CPN. Una vez que el ARNm alcanza el lado citoplásmico, debe entregar el boleto; de lo contrario, el ARNm podría viajar de regreso al núcleo, y las proteínas que codifica no se harían.

Fue todo un desafío descubrir ese paso, cómo se entregó el boleto. Para estudiarlo, tuvieron que descubrir la estructura cristalina del Gle1 humano, un componente esencial del sistema de validación del CPN. A diferencia de su equivalente en levadura, se encontró que Gle1 se estabiliza con Nup42, una de las docenas de proteínas «nucleoporin» (Nup). Otra proteína llamada DDX19 desmarca la molécula a medida que sale.

Darwin en la foto

Los científicos se maravillaron de que la levadura Gle1 era casi idéntica a la Gle1 humana. Caltech ofrece imágenes giratorias de las proteínas. Son difíciles de distinguir. Fue entonces cuando Darwin apareció en el fondo de la fotografía, escoltado por Daniel Lin, un graduado de Caltech ahora en el MIT.

«Incluso con miles de millones de años de evolución entre la levadura y los humanos, todavía hay aspectos de nuestra maquinaria biológica que siguen siendo los mismos», dice Lin.

El artículo en Nature Communications, por cierto, es notable por su repetida mención de la conservación genética, no la evolución, entre las dos formas de Gle1. De los ocho aciertos sobre la palabra «evolución» en el artículo, siete de ellos dicen «conservados evolutivamente», lo que significa que no ha ocurrido ninguna evolución. Y la última mención no dará consuelo a los darwinistas:

Sorprendentemente, el mecanismo de interacción Gle1CTD • Nup42GBM es virtualmente idéntico en especies separadas por más de mil millones de años de evolución.

Para un proceso que supuestamente conduce a un cambio gradual continuo, eso es «sorprendente» de hecho. Intentan explicarlo:

«Gle1 es esencial para que la vida funcione correctamente», dice Hoelz, «por lo que cualquier mutación que cause que sea menos estable va a causar problemas«.

Esta racionalización conduce a preguntas de seguimiento. ¿Algún proceso no es esencial para la vida? Entonces, ¿por qué evolucionó la «supervivencia del más apto»? ¿Gle1 ha alcanzado el nirvana mutacional, por lo que no son posibles más cambios? Entonces, ¿cómo funcionó antes de alcanzar la perfección? ¿No son las mutaciones la semilla de la innovación? ¿Por qué, entonces, dicen que las mutaciones causan problemas? Las mutaciones, de hecho, causan problemas:

Los CPN están asociados con varias enfermedades. Las mutaciones en proteínas dentro del complejo se han relacionado con enfermedades de las neuronas motoras, como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA), y se sabe que las personas con la enfermedad de Huntington tienen defectos en la función de sus CPN.

No querría meterse con un mecanismo no evolucionado, conservado y eficiente como la translocación CPN. Pero suficiente sobre la evolución.

Busquemos Diseño en el artículo

Se pueden ver cuatro ejemplos de «eficiencia» en el documento, como «Una parte de esta brecha podría explicarse por una organización espacial específica en la cara citoplasmática del CPN que acelera de manera eficiente el ciclo DDX19″. También encontramos palabras frecuentes de diseño como arquitectura, información y organización. Aquí hay un buen ejemplo para inspirar admiración al CPN que usa la palabra «decorar» de pasada. (Nota: MDa, o MegaDalton, es una medida de masa molecular donde un Dalton es una unidad de masa atómica. Un kda o kilodalton equivale aproximadamente a 333 aminoácidos. Un MDa es mil veces mayor).

El flujo de información genética requiere que los mRNAs recién transcritos y procesados ​​se exporten desde el núcleo al citoplasma a través de complejos de poro nuclear (CPN). Los NPC son máquinas macromoleculares masivas que perforan la envoltura nuclear, cada una compuesta de ~1000 subunidades de proteínas (llamadas colectivamente nucleoporinas) que totalizan una masa molecular de ~120 MDa en humanos. Al fusionar las membranas nucleares internas y externas, los CPN crean poros a través de la envoltura nuclear y simultáneamente generan una barrera de difusión pasiva compuesta de secuencias de proteínas desordenadas enriquecidas en repeticiones de fenilalanina-glicina (FG). Cada CPN está compuesto por un núcleo simétrico de ~60 MDa que está decorado por diferentes proteínas en sus caras nuclear y citoplásmica, que se conocen como la cesta nuclear y las nucleoporinas del filamento citoplásmico, respectivamente (figura 1a).

También aprendemos que:

La preparación de ARNm para la exportación nuclear es un proceso altamente coordinado que comienza co-transcripcionalmente y da como resultado la adición y eliminación de proteínas de unión a ARNm durante la transcripción y el procesamiento nuclear hasta que se forma una partícula de ribonucleoproteína mensajero competente en la exportación (mRNP).

Múltiples niveles de control de calidad se pueden ver en acción aquí. El proceso de emisión de boletos comienza cuando se transcribe el gen. Se vuelve a verificar mediante «procesamiento nuclear» dentro del núcleo. Solo cuando el ARNm es «competente para la exportación» puede pasar el CPN. A medida que pasa, su ticket se elimina, por lo que no puede regresar. «Esta regulación espacial de la actividad impide la reimportación de mRNPs en el núcleo, y así asegura la direccionalidad de la exportación de mRNA». El CPN tiene todas las marcas de un sistema programado con control de calidad incorporado. Es muy rápido, trabaja en fracciones de segundo. Incluso es ecológico; todas las partes son recicladas Y hay miles de estas pequeñas fábricas en cada envoltura nuclear. Luego está este pequeño milagro de coordinación: en la división celular, toda la envoltura nuclear, con todos sus CPN, es destruida y reconstruida.

Algún día quizás ya no será necesario insertar gratuitamente a Darwin en documentos científicos que de otro modo mostrarían grandes ejemplos de diseño. A menos que te estés muriendo de una enfermedad mortal del CPN, causada por una mutación, es probable que tus CPN estén funcionando como deberían, como lo hicieron con tus padres, tus abuelos y todo lo que puedes ver. Ese es un nivel de diseño automatizado y programado muy superior a cualquier cosa que los humanos hayan logrado.

Artículo publicado originalmente en inglés por Evolution News

Imagen: NPC (complejo de poro nuclear), de Origin: Design, Chance y First Life on Earth, cortesía de Illustra Media.