NUKLEÁRIS PÓRUS: JELLEMZŐK, FUNKCIÓK, ÖSSZETEVŐK - BIOLÓGIA - 2025

A nukleáris pórus (a görög nyelvből, a pórusok = áthaladás vagy tranzit) a mag „kapuja”, amely lehetővé teszi a nukleáris plazma és a citoplazma közötti transzport legnagyobb részét. A nukleáris pórus kapcsolódik a mag belső és külső membránjaihoz olyan csatornákat képezve, amelyek fehérjék és RNS szállítására szolgálnak.

A pórus szó nem tükrözi a kérdéses szerkezet bonyolultságát. Emiatt inkább a nukleáris póruskomplexre (CPN) kell utalni, mint a nukleáris pórusokra. A CPN szerkezetében megváltozik a sejtciklus transzportja vagy állapota.

Forrás: RS Shaw az angol Wikipedia-ban.

A közelmúltban felfedezték, hogy a CPN-t alkotó nukleoporinek fontos szerepet játszanak a gén expressziójának szabályozásában. Tehát, amikor olyan mutációk fordulnak elő, amelyek befolyásolják a nukleoporinok működését, olyan patológiák fordulnak elő emberekben, mint például autoimmun betegségek, kardiomiopátiák, vírusos fertőzések és rák.

jellemzők

Elektron tomográfia segítségével megállapítottuk, hogy a CPN vastagsága 50 nm, a külső átmérő 80 és 120 nm között van, a belső átmérője pedig 40 nm. Nagy molekulák, például a nagy riboszóma alegység (MW 1590 kDa) exportálhatók a magból a CPN-en keresztül. Becslések szerint egy magonként 2000 és 4000 NPC van.

A molekulatömege egyén CPN körülbelül 120 és 125 MDa (1 MDA = 10 ⁶ Da) gerincesekben. Ezzel szemben a CPN kisebb az élesztőben, amelyben körülbelül 60 MDa. A CPN hatalmas mérete ellenére a nukleoporinek erősen konzerváltak minden eukarióta esetében.

A CPN-en keresztüli transzlokáció gyors folyamat, amelynek sebessége 1000 transzlokáció / másodperc. A CPN azonban önmagában nem határozza meg a szállítási folyamat irányát.

A RanGTP gradienstől függ, amely nagyobb a magban, mint a citoszolban. Ezt a gradienst Ran guanincsere-tényező tartja fenn.

A sejtciklus során a CPN-k alkotóelemeik összeszerelési és disunitási ciklusán mennek keresztül. Az összeszerelés az interfészen és közvetlenül a mitózis után történik.

Jellemzők

A ribonukleinsavat (kis nukleáris RNS, messenger RNS, transzfer RNS), a fehérjéket és a ribonukleoproteineket (RNP) aktívan kell szállítani a CPN-en keresztül. Ez azt jelenti, hogy az ATP és a GTP hidrolíziséből származó energiára van szükség. Minden molekulát egy meghatározott módon szállítanak.

Általában az RNS-molekulákat RNP-komplexeket alkotó fehérjék pakolják, és így exportálódnak. Ezzel szemben a fehérjékbe, amelyeket aktívan szállítanak a magba, magok lokalizációs szignálszekvenciájának (SLN) kell lennie, pozitív töltésű aminosavmaradékokkal (pl. KKKRK).

A magba exportált proteineknek a nukleusz kiviteli jelével (NES) kell rendelkezniük, amely gazdag a leucin aminosavban.

A mag és a citoplazma közötti szállítás megkönnyítése mellett a CPN-k részt vesznek a kromatin szervezésében, a gén expressziójának szabályozásában és a DNS javításában is. A nukleoporinok (Nupok) elősegítik a transzkripció aktiválását vagy elnyomását, a sejtproliferáció állapotától függetlenül.

Élesztőben a Nupok megtalálhatók a nukleáris boríték CNP-jében. A metazoánokban belül vannak. Ugyanazokat a funkciókat hajtják végre az összes eukariótában.

Anyagok behozatala

A CPN révén kis molekulák passzív diffúziója következik mindkét irányban és aktív transzport, fehérjék behozatala, RNS és ribonukleoproteinek (RNP) exportja, és a molekulák kétirányú transzferje. Ez utóbbi magában foglalja az RNS-t, az RNP-t és a jelátvitelben, a biogenezisben és a forgalomban részt vevő fehérjéket.

A fehérjéknek a magba történő behozatala két lépésben történik: 1) a protein kötődése a CPN citoplazmatikus oldalához; 2) ATP-függő transzlokáció a CPN-en keresztül. Ez a folyamat megköveteli az ATP hidrolízisét és a GTP / GDP cseréjét a mag és a citoplazma között.

Egy transzportmodell szerint a receptor-fehérje komplex a csatorna mentén mozog úgy, hogy a nukleoporinok FG ismétlődő szekvenciáit hozzákapcsolja, disszociálja és újra csatolja. Ilyen módon a komplex az egyik nukleoporinról a másikra mozog a CPN-en belül.

Anyagok exportja

Hasonló az importáláshoz. A Ran GTPase érvényesíti a CNP-n keresztüli szállítás irányítását. A Ran egy molekuláris kapcsoló, amelynek két konformációs állapota van, attól függően, hogy kötődik-e a GDP-hez vagy a GTP-hez.

Két Ran-specifikus szabályozó fehérje kiváltja a két állam közötti átalakulást: 1) citoszol GTPáz aktivátor protein (GAP), amely a GTP hidrolízist okozza, és így a Ran-GTP-t Ran-GDP-re konvertálja; és 2) nukleáris guanin-csere tényező (GEF), amely elősegíti a GDP cseréjét a GTP-hez, és átalakítja a Ran-GDP-t Ran-GTP-ként.

A citoszol főleg Ran-GDP-t tartalmaz. A kernel elsősorban Ran-GTP-t tartalmaz. A Ran két konformációs formájának ez a gradiens a megfelelő irányba irányítja a szállítást.

A rakományhoz kapcsolt receptor importját megkönnyíti az FG-ismétlődésekhez történő kapcsolódás. Ha eléri a CNP nukleáris oldalát, a Ran-GTP csatlakozik a vevőhöz, hogy elengedje helyzetét. Így a Ran-GTP megteremti az importálási folyamat irányát.

A nukleáris export hasonló. A Ran-GTP azonban a magban elősegíti a rakomány kötődését a receptor exporthoz. Amikor az export receptor átjut a póruson a citoszolba, akkor találkozik a Ran-GAP-tal, amely indukálja a GTP hidrolízist GDP-re. Végül a receptor felszabadul postaiból és a Ran-GDP a citoszolban.

RNS transzport

Az RNS néhány osztályának exportja hasonló a fehérjék exportjához. Például a tRNS és az nsRNS (kis atommag) a RanGTP gradienst használja, és a CPN-en keresztül a carioferin exportin-t és Crm továbbítja. Az érett riboszómák kivitele a RanGTP gradienstől is függ.

Az MRNS-t egészen más módon exportálják, mint a fehérjéket és más RNS-eket. Exportáláshoz az mRNS egy hírvivő RNP (mRNP) komplexet képez, amelyben egy mRNS-molekulát több száz proteinmolekula veszi körül. Ezek a fehérjék felelősek az mRNS feldolgozásáért, lezárásáért, splicingéért és poliadenilezéséért.

A sejtnek képesnek kell lennie megkülönböztetni az érett mRNS-sel rendelkező mRNS-t és az éretlen mRNS-sel rendelkező mRNS-t. Az mRNS, amely az RPNm komplexet képezi, elfogadhat olyan topológiákat, amelyeket át kell állítani a szállításhoz. Mielőtt az mRNP belépne a CPN-be, egy kontroll lépést hajt végre a TRAMP és az exoszóma protein komplexek.

Amikor az érett RNPm össze van állítva, az RPNm-t egy csatornán szállítja egy transzport-receptor (Nxf1-Nxt1). Ez a receptor megköveteli az ATP hidrolízisét (nem a RanGTP gradienst), hogy meghatározzák az mRNP átalakulási irányát, amely eléri a citoplazmát.

A nukleáris póruskomplex és a gén expressziójának szabályozása

Egyes tanulmányok azt mutatják, hogy a CPN komponensei befolyásolhatják a gén expressziójának szabályozását azáltal, hogy ellenőrzik a kromatin szerkezetét és annak hozzáférhetőségét a transzkripciós faktorokhoz.

A közelmúltban kialakult eukariótákban a heterochromatin előnyösen a mag perifériáján helyezkedik el. Ezt a területet euchromatin csatornák szakítják meg, amelyeket a CPN nukleáris kosara tart fenn. A nukleáris kosár társulása az euchromatinnal kapcsolatban van a gén transzkripcióval.

Például, a transzkripció CPN szintű aktiválása magában foglalja a nukleáris kosár komponenseinek kölcsönhatásait a fehérjékkel, mint például a hiszton SAGA acetil-transzferáz és az RNS export faktorok.

Így a nukleáris kosár platform számos, magasan átírott háztartási gén és a környezeti feltételek változása által erősen indukált gének számára.

A nukleáris póruskomplex és virológia

Az eukarióta sejtek vírusfertőzése a CPN-től függ. A vírusfertőzés mindegyik esetben annak sikere attól függ, hogy a DNS, RNS vagy RPN áthalad-e a CPN-en, hogy elérje a végső célját, azaz a vírus replikációját.

A Sianian 40 vírus (SV40) volt a leginkább tanulmányozott modell, amely a CPN szerepének a magon belüli transzlokációban betöltött szerepének vizsgálatára szolgál. Ennek oka az, hogy az SV40 kis genomjú (5000 bázis).

Kimutatták, hogy a vírus DNS transzportját megkönnyítik a vírus burokfehérjék, amelyek addig védik a vírust, amíg el nem érik a magot.

Alkatrészek

A CPN be van ágyazva a nukleáris borítékba, és körülbelül 500–1000 Nup-ból áll. Ezek a fehérjék szerkezeti részkomplexekké vagy modulokká vannak osztva, amelyek kölcsönhatásba lépnek egymással.

Az első modul egy központi elem vagy gyűrű a homokóra alakú póruson belül, amelyet egy másik, 120 nm átmérőjű gyűrű korlátoz mindkét oldalán, az intranukleáris és a citoplazmatikus. A második modul a homokóra alakú elem körül elhelyezkedő mag- és citoplazma gyűrűk (mindegyik átmérője 120 nm).

A harmadik modul nyolc szál, amelyek a 120 nm-es gyűrűből kinyúlnak a nukleoplazmába és kosár alakú struktúrát képeznek. A negyedik modult a szálak alkotják, amelyek a citoplazma oldalához mutatnak.

Az Y-alakú komplex, amely hat Nup-ból és a Seh 1 és Sec 13 fehérjékből áll, a CNP legnagyobb és legjobban jellemzett komplexe. Ez a komplex az alapvető egység, amely része a CPN állványainak.

Annak ellenére, hogy a Nups szekvenciái alacsony hasonlóságot mutatnak, a CPN állvány nagymértékben konzervált minden eukarióta esetében.

Irodalom

1. Beck, M., Hurt, E. 2016. A nukleáris póruskomplex: funkciójának megértése szerkezeti betekintéssel. Természeti áttekintés, molekuláris sejtbiológia, Doi: 10.1038 / nrm.2016.147.
2. Ibarra, A., Hetzer, MW 2015. Nukleáris pórusfehérjék és a genomfunkciók szabályozása. Genes and Development, 29, 337–349.
3. Kabachinski, G., Schwartz, TU 2015. A nukleáris pórus komplex - szerkezet és funkció egy pillanat alatt. Journal of Cell Science, 128, 423–429.
4. Knockenhauer, KE, Schwartz, TU 2016. A nukleáris póruskomplexum mint rugalmas és dinamikus kapu. Cell, 164, 1162-1171.
5. Ptak, C., Aitchison, JD, Wozniak, RW 2014. A multifunkcionális nukleáris pórus komplex: platform a gén expressziójának szabályozására. A sejtbiológiai jelenlegi vélemény, DOI: 10.1016 / j.ceb.2014.02.001.
6. Stawicki, SP, Steffen, J. 2017. Közzététel: a nukleáris póruskomplexum - a szerkezet és funkció átfogó áttekintése. International Journal of Academic Medicine, 3, 51–59.
7. Tran, EJ, Wente, SR 2006. Dinamikus nukleáris póruskomplexek: élet a szélén. Cell, 125, 1041-1053.