BRANDUOLINĖS POROS: CHARAKTERISTIKOS, FUNKCIJOS, KOMPONENTAI - BIOLOGIJA - 2025

Branduolinės porų (iš graikų, poras = praėjimas arba tranzitinį) yra "vartai" branduolio, kad leidžia didžiąją dalį tarp nukleoplazma ir citoplazmoje transporto. Branduolio poros sujungia vidinę ir išorinę branduolio membranas, sudarydamos kanalus, kurie yra skirti baltymams ir RNR pernešti.

Žodis pore neatspindi nagrinėjamos struktūros sudėtingumo. Dėl šios priežasties geriau nurodyti branduolinių porų kompleksą (CPN), o ne branduolio poras. CPN gali pasikeisti jo struktūra pernešant ar ląstelės ciklo būsenose.

Šaltinis: RS Shaw angliškoje Vikipedijoje.

Neseniai buvo išsiaiškinta, kad nukleoporinai, baltymai, sudarantys CPN, vaidina svarbų vaidmenį reguliuojant genų ekspresiją. Taigi, kai įvyksta mutacijos, turinčios įtakos nukleoporinų funkcijai, žmonėms atsiranda tokios patologijos kaip autoimuninės ligos, kardiomiopatijos, virusinės infekcijos ir vėžys.

charakteristikos

Naudojant elektroninę tomografiją nustatyta, kad CPN storis yra 50 nm, išorinis skersmuo yra nuo 80 iki 120 nm, o vidinis skersmuo yra 40 nm. Didelės molekulės, tokios kaip didelis ribosomos subvienetas (MW 1590 kDa), gali būti išvestos iš branduolio per CPN. Manoma, kad branduolyje yra nuo 2 000 iki 4 000 NPC.

Atskiro CPN molekulinė masė stuburiniams gyvūnams yra maždaug nuo 120 iki 125 MDa (1 MDa = 10 ⁶ Da). Priešingai, CPN yra mažesnis mielėse, kuriose jis yra maždaug 60 MDa. Nepaisant didžiulio CPN dydžio, nukleoporinai yra labai konservuoti visuose eukariotuose.

Translokacija per CPN yra greitas procesas, kurio greitis yra 1000 translokacijų per sekundę. Tačiau CPN pats nenustato transporto srauto krypties.

Tai priklauso nuo RanGTP gradiento, kuris yra didesnis branduolyje nei citozolyje. Šį nuolydį palaiko guanino mainų koeficientas Ran.

Ląstelių ciklo metu CPN išgyvena savo komponentų surinkimo ir atjungimo ciklus. Surinkimas įvyksta sąsajoje ir iškart po mitozės.

funkcijos

Ribonukleino rūgštis (maža branduolinė RNR, pasiuntinio RNR, pernešančioji RNR), baltymai ir ribonukleoproteinai (RNP) turi būti aktyviai transportuojami per CPN. Tai reiškia, kad reikalinga ATP ir GTP hidrolizės energija. Kiekviena molekulė gabenama specifiniu būdu.

Paprastai RNR molekulės yra supakuotos su baltymais, sudarančiais RNP kompleksus, tokiu būdu eksportuojamos. Priešingai, baltymai, aktyviai transportuojami į branduolį, turi turėti branduolio lokalizacijos signalo seką (SLN), turinčią teigiamai įkrautas aminorūgščių liekanas (pvz., KKKRK).

Baltymai, kurie eksportuojami į branduolį, turi turėti branduolio eksporto signalą (NES), kuriame gausu aminorūgšties leucino.

CPN ne tik palengvina transportavimą tarp branduolio ir citoplazmos, bet ir dalyvauja chromatino organizavime, genų ekspresijos reguliavime ir DNR atstatyme. Nukleoporinai (Nups) skatina transkripcijos aktyvavimą ar slopinimą, nepriklausomai nuo ląstelių dauginimosi būklės.

Mielėse Nups randamas branduolinio apvalkalo CNP. Metazoanuose jie randami viduje. Jie atlieka tas pačias funkcijas visuose eukariotuose.

Medžiagų importas

Per CPN vyksta pasyvus mažų molekulių pasklidimas abiem kryptimis ir aktyvus transportavimas, baltymų importas, RNR ir ribonukleoproteinų (RNP) eksportas ir molekulių judėjimas dviem kryptimis. Pastarasis apima RNR, RNP ir baltymus, susijusius su signalizavimu, biogeneze ir apykaita.

Baltymų importas į branduolį vyksta dviem etapais: 1) baltymo prisijungimas prie citoplazminės CPN pusės; 2) ATP priklausoma translokacija per CPN. Šis procesas reikalauja ATP hidrolizės ir GTP / BVP pasikeitimo tarp branduolio ir citoplazmos.

Pagal transportavimo modelį, receptoriaus-baltymo kompleksas juda kanalu, jungdamasis, disocijuodamasis ir vėl prisijungdamas prie FG pakartotinų nukleoporinų sekų. Tokiu būdu kompleksas pereina iš vieno nukleoporino į kitą CPN viduje.

Medžiagų eksportas

Tai panašu į importą. „Ran GTPase“ vykdo transporto krypčių nukreipimą per CNP. Ran yra molekulinis jungiklis, turintis dvi konformacijos būsenas, priklausomai nuo to, ar jis yra susietas su BVP, ar GTP.

Du Ran-specifiniai reguliavimo baltymai sukelia konversiją tarp dviejų būsenų: 1) citozolinę GTPazę aktyvinantį baltymą (GAP), kuris sukelia GTP hidrolizę ir tokiu būdu Ran-GTP paverčia Ran-GDP; ir 2) branduolinio guanino mainų koeficientas (GEF), kuris skatina BVP keitimąsi GTP ir paverčia Ran-GDP į Ran-GTP.

Citozolyje daugiausia yra Ran-GDP. Branduolyje daugiausia yra Ran-GTP. Šis dviejų Ranos formų gradientas nukreipia transportą tinkama kryptimi.

Prie krovinio pritvirtinto receptoriaus importą palengvina prijungimas prie FG pakartojimų. Jei jis pasiekia branduolinę CNP pusę, „Ran-GTP“ prisijungia prie imtuvo atleisdamas savo poziciją. Taigi „Ran-GTP“ sukuria importo proceso kryptį.

Branduolinės energijos eksportas yra panašus. Tačiau Ran-GTP branduolyje skatina krovinio prisijungimą prie receptorių eksporto. Kai eksporto receptorius juda per poras į citozolį, jis susiduria su Ran-GAP, sukeliančiu GTP hidrolizę iki BVP. Galiausiai receptorius išsiskiria iš jo posto ir ran-GDP citozolyje.

RNR transportas

Kai kurių klasių RNR eksportas yra panašus į baltymų eksportą. Pavyzdžiui, tRNR ir nsRNR (maža branduolinė) naudoja RanGTP gradientą ir yra gabenami per CPN atitinkamai karioferino exportin-t ir Crm. Subrendusių ribosomų eksportas taip pat priklauso nuo RanGTP gradiento.

MRNR yra eksportuojama labai skirtingai nei baltymai ir kitos RNR. Savo eksportui mRNR sudaro pasiuntinio RNP (mRNP) kompleksą, kuriame vieną mRNR molekulę supa šimtai baltymų molekulių. Šie baltymai yra atsakingi už mRNR perdirbimą, uždengimą, sujungimą ir poliadenilinimą.

Ląstelė turi sugebėti atskirti mRNR su subrendusia mRNR ir mRNR su nesubrendusia mRNR. MRNR, sudaranti RPNm kompleksą, galėtų priimti topologijas, kurias reikia modifikuoti transportavimui. Prieš mRNP patenka į CPN, atliekamas kontrolės žingsnis, kurį atlieka TRAMP ir egzosomų baltymų kompleksai.

Surinkus subrendusį RNPm, RPNm per kanalą pernešamas transportavimo receptoriumi (Nxf1-Nxt1). Šiam receptoriui reikalinga ATP hidrolizė (ne RanGTP gradientas), kad būtų nustatytas mRNP, kuris pasieks citoplazmą, rekonstravimo kryptingumas.

Branduolio porų kompleksas ir genų ekspresijos kontrolė

Kai kurie tyrimai rodo, kad CPN komponentai gali įtakoti genų ekspresijos reguliavimą kontroliuodami chromatino struktūrą ir jo prieinamumą transkripcijos veiksniams.

Neseniai išsivysčiusiuose eukariotuose heterochromatinas yra pirmiausia branduolio periferijoje. Šią teritoriją pertraukia euchromatino kanalai, kuriuos prižiūri CPN branduolinis krepšelis. Branduolinio krepšelio asociacija su euchromatinu yra susijusi su genų transkripcija.

Pavyzdžiui, transkripcijos aktyvinimas CPN lygiu apima branduolinio krepšelio komponentų sąveiką su baltymais, tokiais kaip histono SAGA acetiltransferazė ir RNR eksporto faktoriai.

Taigi branduolinis krepšelis yra platforma daugybei labai transkribuotų namų tvarkymo genų ir genų, kuriuos stipriai sukelia aplinkos sąlygų pokyčiai.

Branduolinių porų kompleksas ir virusologija

Virusinė eukariotų ląstelių infekcija priklauso nuo CPN. Kiekvienu virusinės infekcijos atveju jos sėkmė priklauso nuo DNR, RNR arba RPN, praeinančio per CPN, kad būtų pasiektas galutinis tikslas - viruso replikacija.

Simian virusas 40 (SV40) buvo vienas iš labiausiai tyrinėtų modelių, tiriančių CPN vaidmenį translokacijoje branduolyje. Taip yra todėl, kad SV40 turi mažą genomą (5000 bazių).

Įrodyta, kad viruso DNR pernešimą palengvina viruso apvalkalo baltymai, kurie apsaugo virusą, kol jis pasiekia branduolį.

Komponentai

CPN yra įterptas į branduolinio apvalkalo vidų ir yra sudarytas maždaug nuo 500 iki 1000 Nup. Šie baltymai yra suskirstyti į struktūrinius subkompleksus arba modulius, kurie sąveikauja tarpusavyje.

Pirmasis modulis yra centrinis komponentas arba žiedas, esantis smėlio stiklo formos poroje, kurį riboja kitas žiedas, kurio skersmuo yra 120 nm, abiejuose paviršiuose, vidiniame branduolyje ir citoplazmoje. Antrasis modulis yra branduolio ir citoplazmos žiedai (kiekvieno skersmuo 120 nm), esantys aplink smėlio laikrodžio formos komponentą.

Trečiasis modulis yra aštuonios gijos, kurios išsikiša iš 120 nm žiedo į branduolio plazmą ir sudaro krepšio formos struktūrą. Ketvirtasis modulis sudarytas iš gijų, išsikišančių į citoplazmos pusę.

Y formos kompleksas, sudarytas iš šešių Nupų ir baltymų Seh 1 ir Sec 13, yra didžiausias ir geriausiai apibūdinamas CNP kompleksas. Šis kompleksas yra pagrindinis vienetas, kuris yra CPN pastolių dalis.

Nepaisant mažo Nups sekų panašumo, CPN pastoliai yra labai konservuoti visuose eukariotuose.

Nuorodos

1. Beck, M., Hurt, E. 2016. Branduolinių porų kompleksas: jo funkcijos supratimas per struktūrinę įžvalgą. Gamtos apžvalgos, molekulinių ląstelių biologija, Doi: 10.1038 / nrm.2016.147.
2. Ibarra, A., Hetzer, MW 2015. Branduolinių porų baltymai ir genomo funkcijų kontrolė. Genai ir raida, 29, 337–349.
3. Kabachinski, G., Schwartz, TU 2015. Branduolinių porų kompleksas - struktūra ir funkcijos trumpai. Journal of Cell Science, 128, 423–429.
4. Knockenhauer, KE, Schwartz, TU 2016. Branduolinių porų kompleksas kaip lankstūs ir dinamiški vartai. Cell, 164, 1162-1171.
5. Ptak, C., Aitchison, JD, Wozniak, RW 2014. Daugiafunkcinis branduolio porų kompleksas: platforma genų ekspresijai kontroliuoti. Dabartinė ląstelių biologijos nuomonė, DOI: 10.1016 / j.ceb.2014.02.001.
6. Stawicki, SP, Steffen, J. 2017. Respublika: branduolinių porų kompleksas - išsami struktūros ir funkcijos apžvalga. Tarptautinis akademinės medicinos žurnalas, 3, 51–59.
7. Tran, EJ, Wente, SR 2006. Dinaminiai branduolių porų kompleksai: gyvenimas pakraštyje. Cell, 125, 1041-1053.