NUKLEARNE PORE: KARAKTERISTIKE, FUNKCIJE, KOMPONENTE - BIOLOGIJA - 2025

Jezgrine pore (od grčkog, pore = prolaz ili provoz) je „vrata” od jezgre koji omogućuje najveći dio prometa između nukleoplazmom i citoplazmi. Nuklearna pora povezuje se s unutarnjom i vanjskom membranom jezgre, stvarajući kanale, koji služe za transport proteina i RNA.

Riječ pore ne odražava složenost dotične strukture. Zbog toga se preferira spominjati kompleks nuklearnih pora (CPN), a ne nuklearne pore. CPN može pretrpjeti promjene u svojoj strukturi tijekom transporta ili stanja staničnog ciklusa.

Izvor: RS Shaw na engleskoj Wikipediji.

Nedavno je otkriveno da nukleoporini, proteini koji čine CPN, imaju važnu ulogu u regulaciji ekspresije gena. Dakle, kada se pojave mutacije koje utječu na funkciju nukleoporina, kod ljudi se javljaju patologije, poput autoimunih bolesti, kardiomiopatije, virusnih infekcija i raka.

karakteristike

Pomoću elektronske tomografije utvrđeno je da CPN ima debljinu od 50 nm, vanjski promjer između 80 i 120 nm i unutarnji promjer od 40 nm. Velike molekule poput velike podjedinice ribosoma (MW 1590 kDa) mogu se izvesti iz jezgre putem CPN. Procjenjuje se da u jezgri postoji između 2.000 i 4.000 NPC-a.

Molekularna masa pojedinog CPN-a je u kralježnjaka otprilike između 120 i 125 MDa (1 MDa = 10 ⁶ Da). Suprotno tome, CPN je manji u kvascima u kojem iznosi oko 60 MDa. Unatoč ogromnoj veličini CPN-a, nukleoporini su visoko očuvani u svim eukariotima.

Premještanje putem CPN-a brz je proces, čija je brzina 1000 translokacija / sekundi. Međutim, CPN sam ne određuje smjer transportnog toka.

Ovisi o gradijentu RanGTP, koji je veći u jezgri nego u citosolu. Ovaj gradijent održava faktor izmjene guanina Ran.

Tijekom staničnog ciklusa, CPN-i prolaze cikluse sastavljanja i rastavljanja svojih komponenata. Sastavljanje se događa na sučelju i odmah nakon mitoze.

Značajke

Ribonukleinska kiselina (mala nuklearna RNA, glasnik RNA, prijenos RNA), proteini i ribonukleoproteini (RNP) moraju se aktivno transportirati kroz CPN. To znači da je potrebna energija hidrolize ATP-a i GTP-a. Svaka se molekula prenosi na specifičan način.

Općenito, molekule RNK su prepune proteina koji tvore RNP komplekse, koji se izvoze na ovaj način. Suprotno tome, proteini koji se aktivno prevoze u jezgru moraju posjedovati signalni slijed lokalizacije jezgre (SLN), posjedujući pozitivno nabijene aminokiselinske ostatke (npr. KKKRK).

Proteini koji se izvoze u jezgru moraju imati signal za izvoz nukleusa (NES) bogat aminokiselinskim leucinom.

Osim što olakšavaju transport između jezgre i citoplazme, CPN su uključeni u organizaciju kromatina, regulaciju ekspresije gena i obnavljanje DNK. Nukleoporini (Nups) potiču aktivaciju ili supresiju transkripcije, bez obzira na stanje stanične proliferacije.

U kvascima se Nups nalaze u CNP-u nuklearne ovojnice. U metazoama se nalaze unutar. Oni obavljaju iste funkcije u svim eukariotima.

Uvoz tvari

Kroz CPN dolazi do pasivne difuzije malih molekula u oba smjera i aktivnog transporta, uvoza proteina, izvoza RNA i ribonukleoproteina (RNP), te dvosmjernog prelaska molekula. Potonje uključuje RNA, RNP i proteine ​​uključene u signalizaciju, biogenezu i promet.

Uvoz proteina u jezgru događa se u dva koraka: 1) vezanje proteina na citoplazmatsku stranu CPN-a; 2) Translokacija ovisna o ATP-u kroz CPN. Ovaj proces zahtijeva hidrolizu ATP-a i razmjenu GTP / BDP-a između jezgre i citoplazme.

Prema transportnom modelu, receptorsko-proteinski kompleks kreće se duž kanala vežući, disocirajući i ponovno spajanje na FG ponovljene sekvence nukleoporina. Na taj način, kompleks prelazi iz jednog nukleoporina u drugi unutar CPN.

Izvoz tvari

Slično je i s uvozom. Ran GTPase provodi usmjerenost na transport putem CNP-a. Ran je molekularna sklopka s dva konformacijska stanja, ovisno o tome je li vezana za BDP ili GTP.

Dva regulatorna proteina specifična za Rancha pokreću pretvorbu između dva stanja: 1) citosolni protein koji aktivira GTPazu (GAP), što uzrokuje hidrolizu GTP-a i tako pretvara Ran-GTP u Ran-BDP; i 2) faktor razmjene nuklearnog gvanina (GEF), koji promiče razmjenu BDP-a za GTP i pretvara Ran-BDP u Ran-GTP.

Citosol sadrži uglavnom Ran-BDP. Kernel uglavnom sadrži Ran-GTP. Ovaj gradijent dvaju konformacijskih oblika Ran usmjerava transport u odgovarajućem smjeru.

Uvoz receptora, pričvršćenog na teret, olakšan je vezanjem na FG-ponavljanja. Ako dođe do nuklearne strane CNP-a, Ran-GTP se pridružuje prijemniku otpuštajući njegov položaj. Dakle, Ran-GTP stvara smjer postupka uvoza.

Nuklearni izvoz je sličan. Međutim, Ran-GTP u jezgri potiče vezanje tereta za izvoz receptora. Kada se izvozni receptor kreće kroz pore u citosolu, nailazi na Ran-GAP, koji inducira hidrolizu GTP-a u BDP. Konačno, receptor se otpušta iz posta i Ran-BDP-a u citosolu.

RNA transport

Izvoz nekih klasa RNA sličan je izvozu proteina. Na primjer, tRNA i nsRNA (mali nuklearni dio) koriste se gradijentni gradijent RanGTP i transportiraju se preko CPN carioferin exportin-t, odnosno Crm. Izvoz zrelih ribosoma ovisi i o gradijentu RanGTP.

MRNA se izvozi na vrlo drugačiji način od proteina i ostalih RNA. Za svoj izvoz, mRNA tvori kompleks glasnika RNP (mRNP), u kojem je jedna molekula mRNA okružena stotinama molekula proteina. Ti su proteini odgovorni za obradu, oblaganje, spajanje i poliadenilaciju mRNA.

Stanica mora biti u mogućnosti razlikovati mRNA sa zrelom mRNA i mRNA s nezrelom mRNA. MRNA, koja tvori kompleks RPNm, mogla bi usvojiti topologije koje je potrebno preurediti za transport. Prije nego što mRNP uđe u CPN, dolazi do kontrolnog koraka koji provode TRAMP i proteinski kompleksi egzozomi.

Kad se zreli RNPm sastavi, RPNm se transportira kroz kanal preko transportnog receptora (Nxf1-Nxt1). Ovaj receptor zahtijeva hidrolizu ATP (a ne gradijent RanGTP) da bi se uspostavila smjer remodeliranja mRNP, koji će dostići citoplazmu.

Kompleks nuklearnih pora i kontrola ekspresije gena

Neke studije pokazuju da CPN komponente mogu utjecati na regulaciju ekspresije gena kontrolirajući strukturu kromatina i njegovu dostupnost faktorima transkripcije.

U novijim evolucijama eukariota, heterokromatin je preferirano smješten na periferiji jezgre. To područje je prekidano eukromatinskim kanalima, koje održava nuklearna košara CPN-a. Povezanost nuklearne košare s euhromatinom povezana je s transkripcijom gena.

Na primjer, aktiviranje transkripcije na razini CPN uključuje interakciju komponenata nuklearne košare s proteinima kao što su histon SAGA acetiltransferaza i RNA faktori izvoza.

Dakle, nuklearna košara je platforma za brojne visoko prepisane gene za održavanje i gene snažno izazvane promjenama uvjeta okoliša.

Kompleks nuklearnih pora i virologija

Virusna infekcija eukariotskih stanica ovisi o CPN-u. U svakom slučaju virusne infekcije, njezin uspjeh ovisi o DNK, RNA ili RPN koji prolaze kroz CPN da bi postigli svoj konačni cilj, a to je replikacija virusa.

Simim virus 40 (SV40) bio je jedan od najgledanijih modela za istraživanje uloge CPN u translokaciji unutar jezgre. To je zato što SV40 ima mali genom (5.000 baza).

Pokazano je da je transport DNA virusa olakšan proteinima virusa koji štite virus dok ne dođe do jezgre.

komponente

CPN je ugrađen u omotnicu nuklearne energije i sastoji se od otprilike 500 do 1000 Nupsa. Ti su proteini organizirani u strukturalne podkomplekse ili module koji međusobno djeluju.

Prvi modul je središnja komponenta ili prsten unutar pora u obliku sata, koji je na oba lica ograničen drugim prstenom promjera 120 nm, unutar jezgre i citoplazme. Drugi modul su prstenovi jezgre i citoplazme (promjera 120 nm) koji se nalaze oko komponente u obliku sata.

Treći modul je osam filamenata koji iz 120 nm prstena strše u nukleoplazmu i tvore strukturu u obliku košarice. Četvrti modul čine filamenti koji strše u stranu citoplazme.

Kompleks Y-oblika, koji se sastoji od šest Nupsa i proteina Seh 1 i Sec 13, najveći je i najbolje karakteriziran kompleks CNP-a. Ovaj je kompleks osnovna jedinica koja je dio skela CPN-a.

Unatoč maloj sličnosti između sljedova Nupsa, skela CPN visoko je očuvana u svim eukariotama.

Reference

1. Beck, M., Hurt, E. 2016. Nuklearni kompleks pora: razumijevanje njegove funkcije strukturalnim uvidom. Pregledi prirode, Molekularna stanična biologija, Doi: 10.1038 / nrm.2016.147.
2. Ibarra, A., Hetzer, MW 2015. Nuklearni pore proteini i kontrola funkcija genoma. Geni i razvoj, 29, 337–349.
3. Kabachinski, G., Schwartz, TU 2015. Kompleks nuklearnih pora - struktura i funkcija na prvi pogled. Journal of Cell Science, 128, 423–429.
4. Knockenhauer, KE, Schwartz, TU 2016. Kompleks nuklearnih pora kao fleksibilna i dinamična vrata. Ćelija, 164, 1162-1171.
5. Ptak, C., Aitchison, JD, Wozniak, RW 2014. Višenamjenski nuklearni kompleks pora: platforma za kontrolu ekspresije gena. Trenutno mišljenje o staničnoj biologiji, DOI: 10.1016 / j.ceb.2014.02.001.
6. Stawicki, SP, Steffen, J. 2017. Reputacija: kompleks nuklearnih pora - sveobuhvatan pregled strukture i funkcije. Međunarodni časopis za akademsku medicinu, 3, 51–59.
7. Tran, EJ, Wente, SR 2006. Dinamični kompleksi nuklearnih pora: život na rubu. Ćelija, 125, 1041-1053.