Descubren por qué las células rompen su núcleo cuando se dividen

La colaboración entre el Grupo de investigación “Control de la división celular” liderado por el profesor Juan Jiménez y el Grupo de investigación “Arquitectura y dinámica nuclear” del profesor Rafael R. Daga, ambos investigadores del CABD(Centro Andaluz de Biología del Desarrollo) –centro mixto participado por la Universidad Pablo de Olavide, CSIC y Junta de Andalucía– ha permitido descubrir un mecanismo adaptativo que explica por qué las células rompen su núcleo cada vez que se dividen.

Célula de levadura haciendo dos divisiones (segunda división meiótica). Cuando la barrera nuclear se abre, el Huso se desensambla antes y cada núcleo segrega los cromosomas en el espacio limitado que le corresponde (esquema superior). Con la membrana nuclear íntegra, el huso tarda en desensamblarse y el núcleo invade el espacio colindante (esquema inferior).

Según el trabajo, que acaba de ser publicado en Cell Reports –una de las revistas más prestigiosas sobre Biología Celular–, estudiando la división en organismos más simples como la levadura de fisión, para terminar la división celular, es necesario desmontar el huso –estructura de microtúbulos especializada en separar los cromosomas– al final de la mitosis empleando factores de desensamblaje que se encuentran en el citoplasma. Por lo tanto, se trata de una razón evolutiva.

Muchas propiedades de las células humanas hay que entenderlas con una perspectiva histórica, remontándose a su origen evolutivo para entender por qué ocurren actualmente. Las primeras células eucariontes probablemente surgieron hace unos 2.200 millones de años creando una estructura interna de membrana –núcleo– que sirvió para separar su información genética –ADN en cromosomas– de los demás componentes y procesos de la célula.

En esas primeras células eucariontes, simples, pequeñas y con pocos genes, cabe esperar que el núcleo se mantuviera intacto durante todo el ciclo de vida, incluyendo el tiempo en el que la información genética se duplica y se reparte para generar dos células hijas –mitosis–.

Aún ahora existen organismos así,  más simples, como levaduras y hongos, cuyas células mantienen la membrana del núcleo siempre, incluso durante la división. Pero por alguna razón, en las células eucariontes de organismos actuales más complejos, desde nematodos o insectos hasta nuestras propias células, la membrana nuclear se rompe cada vez que la célula se divide y se vuelve a reconstruir al final de la división, un proceso muy llamativo con un enorme coste de energía y de exposición del material genético.

Rafael R. Daga (izquierda) y Juan Jiménez en el CABD

Teniendo en cuenta que las levaduras mantienen siempre el núcleo cerrado, estas células tienen que transportar los factores de desensamblaje a través de la membrana nuclear en la zona media para que actúen, algo muy similar a lo que debía ocurrir en las primeras células eucariontes. Curiosamente, en una división especial –segunda división meiótica– que la levadura hace para producir sus gametos –esporas–, la célula de levadura rompe parcialmente la barrera de la membrana nuclear, algo que en la práctica es similar a lo que hacen nuestras propias células, rompiendo la membrana nuclear.

Según señala Juan Jiménez, “este trabajo revela que romper la barrera nuclear en estas levaduras sirve para que los factores de desensamblaje del huso accedan antes al núcleo, sin esperar a que se transporten a través de la membrana nuclear. Este ‘cortocircuito’ hace que el huso se desmonte antes, permitiendo por tanto, que sea mucho más corto y que los cromosomas puedan segregar en un espacio más limitado de la célula durante la segunda división meiótica”.

Esta función de la rotura de la membrana nuclear en levaduras lleva a estos investigadores e investigadoras a extrapolar una posible utilidad similar para la rotura de la membrana en la evolución eucarionte: cuando las primeras células van incrementando su complejidad y su información genética, llega un momento en el que la longitud del huso mitótico no cabe en el volumen limitado del núcleo.

Así pues, la rotura de la membrana nuclear puede haber surgido por la necesidad de iniciar antes el desensamblaje del huso para reducir su longitud final, permitiendo que la división transcurra sin interferencias en un volumen celular limitado.

El trabajo ha sido seleccionado por la revista como “destacado”, acompañado por un artículo que describe la importancia del mismo.