Charakterystyka porów jądrowych, funkcje, komponenty

On porów jądrowych (Z greckiego, pory = krok lub tranzyt) to „drzwi” jądra, które umożliwiają większość transportu między nukleoplazmatem a cytoplazmie. Pory jądrowe dołącza do wewnętrznych i zewnętrznych błon jądra, tworząc kanały, które służą do transportu białek i RNA.

Słowo poro nie odzwierciedla złożoności danej struktury. Z tego powodu lepsze jest odniesienie się do kompleksu porów jądrowych (CPN) zamiast porów jądrowych. CPN może doświadczyć zmian w swojej strukturze podczas transportu lub stanów cyklu komórkowego.

Źródło: r. S. Shaw at English Wikipedia. [CC BY-SA 2.5 (https: // creativeCommons.ORG/Licencje/BY-SA/2.5)]

Ostatnio odkryto, że nukleoporyny, białka tworzące CPN, odgrywają ważną rolę w regulacji ekspresji genów. Zatem, gdy występują mutacje, które wpływają na funkcję nukleoporyn, patologie są wytwarzane u ludzi, takie jak autoimmunologiczne, kardiomiopatie, infekcje wirusowe i rak.

[TOC]

Charakterystyka

Poprzez tomografię elektronową ustalono, że CPN ma grubość 50 nm, średnicę zewnętrzną od 80 do 120 nm i średnicę wewnętrzną 40 nm. Duże cząsteczki, takie jak duża podjednostka rybosomów (PM 1590 kDa), można eksportować poza jądrem przez CPN. Szacuje się, że istnieje od 2000 do 4000 cpn na jądro.

Masa cząsteczkowa poszczególnych CPN wynosi w przybliżeniu od 120 do 125 MDA (1 MDA = 10⁶ Da) w kręgowcach. Natomiast CPN jest mniejszy w drożdżach, w których ma około 60 MDA. Pomimo ogromnego rozmiaru CPN, nukleoporyny są wysoce zachowane we wszystkich eukariotach.

Transokalizacja przez CPN to szybki proces, którego prędkość wynosi 1000 translokacji/sekundę. Jednak CPN nie określa kierunku samego przepływu transportu.

Zależy to od gradientu RANGTP, który jest większy w jądrze niż w cytosolu. Ten gradient jest utrzymywany przez czynnik wymiennika Guanine.

Podczas cyklu komórkowego CPNS doświadczają cykli montażu i negatywności. Montaż ma miejsce na interfejsie i bezpośrednio po mitozie.

Funkcje

Kwas rybonukleinowy (mały nuklearny RNA, komunikator RNA, RNA transferowy), białka i rybonukleoproteiny (RNP) muszą być aktywnie transportowane przez CPN. Oznacza to, że wymagana jest energia hydrolizy ATP i GTP. Każda cząsteczka jest transportowana w określony sposób.

Ogólnie rzecz biorąc, cząsteczki RNA są pakowane w białko tworzące kompleksy RNP, w ten sposób eksportowane w ten sposób. W przeciwieństwie do tego białka, które są aktywnie transportowane do jądra, muszą mieć charakter sekwencji lokalizacji w jądrze (SLN), posiadacz odpadów aminokwasowych z dodatnim obciążeniem (na przykład KKKRK).

Może ci służyć: mesosom

Białka eksportowane do jądra muszą mieć sygnał eksportowy do jądra (NE) bogate w aminokwas leucyny.

Oprócz ułatwiania transportu między jądrem a cytoplazmie, CPN są zaangażowane w organizację chromatyny, regulację ekspresji genów i naprawę DNA. Nukleoporyny (NUP) promują aktywację transkrypcji lub represje, niezależnie od stanu proliferacji komórek.

U drożdży guzki występują w CNP pakowania nuklearnego. W metazoariaaries są w środku. Pełnią te same funkcje we wszystkich eukariotach.

Import substancji

Poprzez CPN występuje pasywne rozpowszechnianie małych cząsteczek w obu kierunkach, jak i aktywnym transporcie, import białka, eksport RNA i rybonukleoprotein (RNP) oraz walut dwukierunkowy cząsteczki. Ten ostatni obejmuje RNA, RNP i białka zaangażowane w sygnalizację, biogenezę i wymianę.

Import białek w jądrze następuje w dwóch etapach: 1) wiązanie białka z cytoplazmatyczną stroną CPN; 2) Transokalizacja zależna od ATP przez CPN. Proces ten wymaga hydrolizy ATP i wymiany GTP/PKB między jądrem a cytoplazmie.

Według modelu transportowego kompleks odbierający białko porusza się wzdłuż kanału przez związek, dysocjacja i związek ponownie do powtarzających się sekwencji FG nukleoporyn. W ten sposób kompleks przenosi się z jednej nukleoporyny do drugiej wewnątrz CPN.

Eksport substancji

Jest podobne do importu. Ran GTPaza nakłada kierunkowość na transport przez CNP. RAN jest przełącznikiem molekularnym z dwoma stanami konformacyjnymi, w zależności od tego, czy jest on powiązany z PKB lub GTP.

Dwa specyficzne białka regulacyjne wyzwalają konwersję między dwoma stanami: 1) cytosolowe białko aktywujące GTPazy (GAP), które wytwarza hydrolizę GTP, a zatem przekształca RAN-GTP na Ran-Pdp; oraz 2) nuklearna współczynnik wymiany Guanina (GEF), który promuje wymianę PKB przez GTP i przekształca RAN-PDP na Ran-GTP.

Cytosol zawiera głównie Ran-Pdb. Jądro zawiera głównie Ran-GTP. Ten gradient dwóch konformacyjnych form RAN kieruje transportem w odpowiednim adresie.

Import odbiorcy wraz z pozycją jest ułatwiony przez związek z powtórkami-FG. Jeśli dotrzesz do nuklearnej strony CNP, RAN-GTP dołącza do odbiornika, aby uwolnić swoją pozycję. Zatem Ran-GTP tworzy kierunek procesu importu.

Eksport jądrowy jest podobny. Jednak Ran-GTP w jądrze promuje połączenie pozycji do odbiornika eksportowego. Kiedy odbiornik eksportowy porusza się po porach w kierunku cytosolu, spełnia RAN-GAP, co indukuje hydrolizę GTP do PKB. Wreszcie odbiornik jest zwolniony z jego pozycji i Ran-Pdb w cytosolu.

Może ci służyć: leukocyty polimorfojądrowe

Transport RNA

Eksport niektórych rodzajów RNA jest podobny do eksportu białek. Na przykład ARNT i RNAN (małe jądrowe) używają gradientu RangTP i są transportowane przez CPN za pomocą środków. Eksport dojrzałych rybosomów zależy również od gradientu RANGTP.

MRNA jest eksportowany w zupełnie inny sposób od białek i innych RNA. W przypadku eksportu mRNA tworzy kompleks RNP Messenger (RNPM), w którym cząsteczka RNM jest otoczona setkami cząsteczek białka. Białka te mają przetwarzanie, Ograniczenie, Empalme i poliadentilly z MNA.

Komórka musi być w stanie rozróżnić RNPM z dojrzałym RNM i RNPM z niedojrzałym mRNA. MRNA, który tworzy kompleks RPNM, może przyjąć topologie, które należy przebudować w celu transportu. Przed, że RNPM wejdzie do CPN, następuje etap kontrolny przeprowadzany przez kompleksy białkowe TRAMP i egzosomu.

Po zmontowaniu dojrzałego RNPM RPNM jest transportowany przez kanał za pomocą odbiornika transportu (NXF1-NXT1). Ten odbiornik wymaga hydrolizy ATP (nie gradient RangTP) w celu ustalenia referencyjności przebudowy RNPM, która osiągnie cytoplazma.

Kompleks porów jądrowych i kontrola ekspresji genów

Niektóre badania wskazują, że składniki CPN mogą wpływać na regulację ekspresji genetycznej poprzez kontrolę struktury chromatyny i jej dostępność do czynników transkrypcyjnych.

W eukariotach nowszej ewolucji heterochromatyna jest preferencyjnie zlokalizowana na obrzeżach jądra. Terytorium to przerywa kanały euchromatyny, które są utrzymywane przez koszyk nuklearny CPN. Związek koszy jądrowej z euchromatyną jest związany z transkrypcją genów.

Na przykład aktywacja transkrypcji na poziomie CPN implikuje interakcję składników kosza jądrowego z białkami, takimi jak saga acetylotransferazy histonowej i czynniki eksportu RNA.

Zatem koszyk nuklearny jest platformą dla wielu genów konserwacyjnych (Gospodarowanie) wysoce transkrybowane i geny silnie indukowane przez zmiany warunków środowiskowych.

Kompleks porów nuklearnych i wirusologii

Wirusowa infekcja komórek eukariotów zależy od CPN. W każdym przypadku infekcji wirusowej jego powodzenie zależy od DNA, RNA lub RPN przechodzącego przez CPN w celu osiągnięcia jego ostatecznego celu, czyli replikacji wirusa.

Może ci służyć: wtrącenia cytoplazmatyczne: jakie są, cechy, funkcje

Wirus APE 40 (SV40) był jednym z najczęściej badanych modeli do zbadania funkcji CPN w translokalizacji w jądrze. Wynika to z faktu, że SV40 ma mały genom (5.000 baz).

Wykazano, że transport wirusa DNA jest ułatwione białka białkowe wirusa, które chronią wirusa, aż jądro dotrze.

składniki

CPN jest osadzone wewnątrz koperty jądrowej i składa się z około 500 do 1000 guzów. Białka te są zorganizowane w podkompleksach strukturalnych lub modułach, które oddziałują ze sobą.

Pierwszy moduł jest centralnym składnikiem lub pierścieniem wewnątrz porów w kształcie zegara piasku, który jest ograniczony przez kolejne pierścień o średnicy 120 nm po obu stronach, wewnątrzjądrowe i cytoplazmatyczne. Drugi moduł to pierścienie jądra i cytoplazmy (każdy o średnicy 120 nm) znajdujący się wokół komponentu w kształcie kanapki.

Trzeci moduł to osiem włókien, które są rzutowane z pierścienia 120 nm w obrębie nukleoplazmy i tworzy strukturę w kształcie kosza. Czwarty moduł składa się z włókien, które są rzutowane na bok cytoplazmy.

Kompleks w kształcie y, składający się z sześciu białek NUP i SEH 1 i SEC, jest największym i najlepiej scharakteryzowanym kompleksem CNP. Ten kompleks jest podstawową jednostką, która jest częścią rusztowania CPN.

Pomimo niskiego podobieństwa między sekwencjami NUPS, rusztowanie CPN jest wysoce zachowane we wszystkich eukariotach.

Bibliografia

1. Beck, m., Hurt, e. 2016. Kompleks porów nuklearnych: zrozumienie jej funkcji poprzez wgląd strukturalny. Nature Reviews, Molecular Cell Biology, DOI: 10.1038/NRM.2016.147.
2. Ibarra, a., Hetzer, m.W. 2015. Białka porów nuklearnych i kontrola funkcji genomu. Geny i rozwój, 29, 337-349.
3. Kabachinski, g., Schwartz, t.LUB. 2015. Kompleks porów nuklearnych - struktura i funkcjonowanie na pierwszy rzut oka. Journal of Cell Science, 128, 423-429.
4. Knocknhauer, k.I., Schwartz, t.LUB. 2016. Kompleks porów jądrowych jako bramka elastyczna i dynamiczna. Komórka, 164, 1162-1171.
5. Ptak, c., Aitchison, J.D., Woźniak, r.W. 2014. Wielofunkcyjny jądrowy przez kompleks: platforma do kontrolowania ekspresji genów. Obecna opinia na temat biologii komórkowej, doi: 10.1016/j.CEB.2014.02.001.
6. STAWICI, s.P., Steffen, J. 2017. Republikacja: kompleks porów nuklearnych - kompleksowy przegląd struktury i funkcji. International Journal of Academic Medicine, 3, 51-59.
7. Tran, e.J., Wente, s.R. 2006. Dynamiczny nuklear przez kompleksy: życie na krawędzi. Komórka, 125, 1041-1053.