JADROVÝ PÓR: VLASTNOSTI, FUNKCIE, KOMPONENTY - BIOLÓGIE - 2024

Jadrový pór (z gréčtiny, póry = priechod alebo prechod) je "brána" jadra, ktorá umožňuje väčšinu dopravy medzi nucleoplasm a cytoplazme. Jadrové póry sa spájajú s vnútornou a vonkajšou membránou jadra a vytvárajú kanály, ktoré slúžia na transport proteínov a RNA.

Slovo pór neodráža zložitosť predmetnej štruktúry. Z tohto dôvodu je vhodnejšie odkazovať skôr na jadrový komplex (CPN) ako na jadrové póry. CPN môže podliehať zmenám vo svojej štruktúre počas transportu alebo stavov bunkového cyklu.

Zdroj: RS Shaw na anglickej Wikipédii.

Nedávno sa zistilo, že nukleoporíny, proteíny, ktoré tvoria CPN, majú dôležitú úlohu pri regulácii génovej expresie. Teda, keď dôjde k mutáciám, ktoré ovplyvňujú funkciu nukleoporínov, vyskytujú sa u ľudí patológie, ako sú autoimunitné ochorenia, kardiomyopatie, vírusové infekcie a rakovina.

vlastnosti

Pomocou elektronovej tomografie bolo stanovené, že CPN má hrúbku 50 nm, vonkajší priemer medzi 80 a 120 nm a vnútorný priemer 40 nm. Veľké molekuly, ako je veľká ribozómová podjednotka (MW 1590 kDa), sa môžu exportovať z jadra cez CPN. Odhaduje sa, že v jadre je 2 000 až 4 000 NPC.

Molekulová hmotnosť jednotlivého CPN je približne medzi 120 a 125 MDA (1 MDA = 10 ⁶ Da) u stavovcov. Naopak, CPN je v kvasinkách menšia, v ktorej je približne 60 MDa. Napriek obrovskej veľkosti CPN sú nukleoporíny vysoko konzervované vo všetkých eukaryotoch.

Translokácia cez CPN je rýchly proces, ktorého rýchlosť je 1000 translokácií za sekundu. Samotný CPN však neurčuje smer dopravného toku.

Závisí to od gradientu RanGTP, ktorý je väčší v jadre ako v cytosole. Tento gradient je udržiavaný guanínovým výmenným faktorom Ran.

Počas bunkového cyklu sa CPN podrobujú montážnym a disociačným cyklom svojich komponentov. Zostavenie nastáva na rozhraní a bezprostredne po mitóze.

Vlastnosti

Kyselina ribonukleová (malá nukleárna RNA, messengerová RNA, prenosová RNA), proteíny a ribonukleoproteíny (RNP) musia byť aktívne transportované cez CPN. To znamená, že je potrebná energia z hydrolýzy ATP a GTP. Každá molekula je transportovaná špecifickým spôsobom.

Všeobecne sú molekuly RNA plné proteínov tvoriacich RNP komplexy, ktoré sa exportujú týmto spôsobom. Naopak proteíny, ktoré sú aktívne transportované do jadra, musia mať signálnu sekvenciu lokalizácie jadra (SLN), ktorá má pozitívne nabité aminokyselinové zvyšky (napr. KKKRK).

Bielkoviny, ktoré sa vyvážajú do jadra, musia mať signál na vývoz jadra (NES) bohatý na aminokyselinu leucín.

Okrem uľahčenia transportu medzi jadrom a cytoplazmou sú CPN zapojené do organizácie chromatínu, regulácie génovej expresie a opravy DNA. Nukleoporíny (Nups) podporujú aktiváciu alebo represiu transkripcie bez ohľadu na stav bunkovej proliferácie.

V kvasinkách sa Nup nachádzajú v CNP jadrového obalu. V metazoánoch sa nachádzajú vo vnútri. Vykonávajú rovnaké funkcie vo všetkých eukaryotoch.

Dovoz látok

Cez CPN dochádza k pasívnej difúzii malých molekúl v oboch smeroch a aktívnemu transportu, importu proteínov, exportu RNA a ribonukleoproteínov (RNP) a obojsmernému prenosu molekúl. Ten zahrnuje RNA, RNP a proteíny zapojené do signalizácie, biogenézy a obratu.

Import proteínov do jadra nastáva v dvoch krokoch: 1) väzba proteínu na cytoplazmatickú stranu CPN; 2) ATP-závislá translokácia cez CPN. Tento proces vyžaduje hydrolýzu ATP a výmenu GTP / GDP medzi jadrom a cytoplazmou.

Podľa transportného modelu sa komplex receptor-proteín pohybuje pozdĺž kanála pripojením, disociáciou a opätovným pripojením k FG opakujúcim sa sekvenciám nukleoporínov. Týmto spôsobom sa komplex pohybuje z jedného nukleoporínu na druhý v rámci CPN.

Vývoz látok

Je to podobné ako pri dovoze. Ran GTPase presadzuje smerovanie prepravy cez CNP. Ran je molekulárny prepínač s dvoma konformačnými stavmi v závislosti od toho, či je viazaný na HDP alebo GTP.

Dva Ran-špecifické regulačné proteíny spúšťajú konverziu medzi týmito dvoma stavmi: 1) proteín aktivujúci cytosolickú GTPázu (GAP), ktorý spôsobuje hydrolýzu GTP, a teda prevádza Ran-GTP na Ran-GDP; a 2) výmenný faktor jadrovej guaníny (GEF), ktorý podporuje výmenu HDP za GTP a prevádza Ran-GDP na Ran-GTP.

Cytosol obsahuje hlavne Ran-GDP. Jadro obsahuje hlavne Ran-GTP. Tento gradient dvoch konformačných foriem Ran smeruje dopravu správnym smerom.

Import receptora, pripevneného k nákladu, je uľahčený pripojením k opakovaniu FG. Ak sa dostane na jadrovú stranu CNP, Ran-GTP sa pripojí k prijímaču a uvoľní svoju pozíciu. Ran-GTP teda vytvára smer procesu importu.

Jadrový vývoz je podobný. Ran-GTP v jadre však podporuje väzbu nákladu na vývoz receptorov. Keď sa exportný receptor pohybuje pórom do cytosolu, stretne sa s Ran-GAP, ktorý indukuje hydrolýzu GTP na GDP. Nakoniec sa receptor uvoľňuje zo svojho post-Ran-GDP v cytosóle.

Transport RNA

Export niektorých tried RNA je podobný exportu proteínov. Napríklad tRNA a nsRNA (malé jadro) používajú gradient RanGTP a sú transportované cez CPN pomocou karioferín-exportínu-t, respektíve Crm. Export zrelých ribozómov závisí tiež od gradientu RanGTP.

MRNA sa exportuje veľmi odlišným spôsobom ako proteíny a iné RNA. Pre svoj vývoz mRNA tvorí komplex mediátora RNP (mRNP), v ktorom je jedna molekula mRNA obklopená stovkami proteínových molekúl. Tieto proteíny sú zodpovedné za spracovanie, uzatvorenie, zostrih a polyadenyláciu mRNA.

Bunka musí byť schopná rozlišovať medzi mRNA so zrelou mRNA a mRNA so nezrelou mRNA. MRNA, ktorá tvorí komplex RPNm, by mohla adoptovať topológie, ktoré je potrebné pre transport prerobiť. Predtým, ako mRNP vstúpi do CPN, nastane kontrolný krok, ktorý sa uskutočňuje pomocou komplexov proteínov TRAMP a exozóm.

Keď je zrelý RNPm zostavený, RPNm je transportovaný kanálom transportným receptorom (Nxf1-Nxt1). Tento receptor vyžaduje hydrolýzu ATP (nie RanGTP gradient) na stanovenie smeru remodelovania mRNP, ktorý dosiahne cytoplazmu.

Komplex jadrových pórov a kontrola génovej expresie

Niektoré štúdie naznačujú, že zložky CPN by mohli ovplyvniť reguláciu génovej expresie reguláciou štruktúry chromatínu a jeho dostupnosti pre transkripčné faktory.

V novšie vyvinutých eukaryotoch je heterochromatín prednostne umiestnený na periférii jadra. Toto územie je prerušené euchromatínovými kanálmi, ktoré sú udržiavané v jadrovom koši CPN. Asociácia jadrového koša s euchromatínom súvisí s transkripciou génu.

Napríklad aktivácia transkripcie na úrovni CPN zahŕňa interakciu zložiek jadrového koša s proteínmi, ako sú histón SAGA acetyltransferáza a vývozné faktory RNA.

Jadrový kôš je teda platformou pre početné vysoko prepisované gény pre domácnosť a gény silne indukované zmenami okolitých podmienok.

Jadrový komplex pórov a virologia

Vírusová infekcia eukaryotických buniek závisí od CPN. V každom prípade vírusovej infekcie závisí jej úspech od DNA, RNA alebo RPN prechádzajúcich cez CPN, aby sa dosiahol konečný cieľ, ktorým je replikácia vírusu.

Opičí vírus 40 (SV40) bol jedným z najviac študovaných modelov na skúmanie úlohy CPN pri translokácii v jadre. Je to preto, lebo SV40 má malý genóm (5 000 báz).

Ukázalo sa, že transport vírusovej DNA je uľahčený proteínmi vírusového obalu, ktoré chránia vírus, až kým nedosiahne jadro.

súčasti

CPN je zabudovaný vo vnútri jadrového obalu a je tvorený približne medzi 500 a 1 000 Nup. Tieto proteíny sú usporiadané do štruktúrnych subkomplexov alebo modulov, ktoré vzájomne interagujú.

Prvý modul je centrálnou zložkou alebo krúžkom v póroch v tvare presýpacích hodín, ktorý je na oboch stranách ohraničený ďalším kruhom s priemerom 120 nm, intranukleárnymi a cytoplazmatickými. Druhým modulom sú jadro a cytoplazmatické krúžky (každý s priemerom 120 nm) umiestnené okolo zložky v tvare presýpacích hodín.

Tretím modulom je osem vlákien, ktoré vyčnievajú z kruhu 120 nm do nukleoplazmy a tvoria štruktúru v tvare koša. Štvrtý modul je tvorený vláknami, ktoré vyčnievajú smerom k boku cytoplazmy.

Komplex v tvare Y, pozostávajúci zo šiestich Nupov a proteínov Seh 1 a Sec 13, je najväčší a najlepšie charakterizovaný komplex CNP. Tento komplex je základnou jednotkou, ktorá je súčasťou lešenia CPN.

Napriek nízkej podobnosti medzi sekvenciami Nupov je skafold CPN vysoko konzervovaný vo všetkých eukaryotoch.

Referencie

1. Beck, M., Hurt, E. 2016. Komplex jadrových pórov: pochopenie jeho funkcie prostredníctvom štruktúrneho pohľadu. Recenzia prírody, Molecular Cell Biology, Doi: 10.1038 / nrm.2016.147.
2. Ibarra, A., Hetzer, MW 2015. Nukleárne proteíny pórov a kontrola funkcií genómu. Genes and Development, 29, 337 - 349.
3. Kabachinski, G., Schwartz, TU 2015. Jadrový komplex pórov - prehľad a štruktúra. Journal of Cell Science, 128, 423 - 429.
4. Knockenhauer, KE, Schwartz, TU 2016. Jadrový komplex pórov ako flexibilná a dynamická brána. Cell, 164, 1162-1171.
5. Ptak, C., Aitchison, JD, Wozniak, RW 2014. Multifunkčný komplex jadrových pórov: platforma na kontrolu génovej expresie. Aktuálny názor na Cell Biology, DOI: 10.1016 / j.ceb.2014.02.001.
6. Stawicki, SP, Steffen, J. 2017. Zverejnenie: komplex jadrových pórov - komplexný prehľad štruktúry a funkcie. International Journal of Academic Medicine, 3, 51 - 59.
7. Tran, EJ, Wente, SR 2006. Dynamické komplexy jadrových pórov: život na okraji. Cell, 125, 1041-1053.