ЯДРЕНИ ПОРИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦИИ, КОМПОНЕНТИ - БИОЛОГИЯ - 2024

В ядрената пора (от гръцки, порите = пасаж или транзит) е "врата" на ядрото, която позволява по-голямата част превоз между нуклеоплазма и цитоплазмата. Ядрената пор се присъединява към вътрешната и външната мембрана на ядрото, за да образува канали, които служат за транспортиране на протеини и РНК.

Думата pore не отразява сложността на въпросната структура. Поради това е за предпочитане да се говори за комплекс от ядрени пори (CPN), а не за ядрени пори. CPN може да претърпи промени в структурата си по време на транспорт или състояния на клетъчния цикъл.

Източник: RS Shaw в английската Wikipedia.

Наскоро беше открито, че нуклеопорините, протеините, които съставляват CPN, имат важна роля в регулацията на генната експресия. По този начин, когато се появят мутации, които засягат функцията на нуклеопорините, при хората възникват патологии като автоимунни заболявания, кардиомиопатии, вирусни инфекции и рак.

характеристики

Използвайки електронна томография, беше установено, че CPN има дебелина 50 nm, външен диаметър между 80 и 120 nm и вътрешен диаметър 40 nm. Големи молекули като голямата рибозомна субединица (MW 1590 kDa) могат да бъдат изнесени от ядрото чрез CPN. Изчислено е, че има между 2000 и 4000 NPC на ядро.

Молекулното тегло на отделен CPN е приблизително между 120 и 125 MDa (1 MDa = 10 ⁶ Da) при гръбначни животни. За разлика от тях, CPN е по-малък в дрождите, в който е приблизително 60 MDa. Въпреки огромния размер на CPN, нуклеопорините са силно консервирани във всички еукариоти.

Преместването през CPN е бърз процес, скоростта на който е 1000 транслокации / секунда. Самият CPN обаче не определя посоката на транспортния поток.

Зависи от градиента на RanGTP, който е по-голям в ядрото, отколкото в цитозола. Този градиент се поддържа от гуанинов фактор за обмен Ran.

По време на клетъчния цикъл CPN преминават през цикъл на сглобяване и разединяване на техните компоненти. Сглобяването става на интерфейса и веднага след митозата.

Характеристика

Рибонуклеиновата киселина (малка ядрена РНК, пратена РНК, трансферна РНК), протеини и рибонуклеопротеини (RNPs) трябва активно да се транспортират през CPN. Това означава, че е необходима енергия от хидролиза на АТФ и GTP. Всяка молекула се транспортира по специфичен начин.

По принцип молекулите на РНК са опаковани с протеини, образуващи RNP комплекси, които се изнасят по този начин. За разлика от това, протеините, които активно се транспортират до ядрото, трябва да притежават сигнална последователност на нуклеуса (SLN), притежаващи положително заредени аминокиселинни остатъци (например KKKRK).

Протеините, които се изнасят в ядрото, трябва да имат сигнал за износ на ядро ​​(NES), богат на аминокиселина левцин.

Освен че улесняват транспорта между ядрото и цитоплазмата, CPN участват в организирането на хроматина, регулирането на генната експресия и възстановяването на ДНК. Нуклеопорините (Nups) насърчават активирането или потискането на транскрипцията, независимо от състоянието на клетъчната пролиферация.

В дрождите Nups се намират в CNP на ядрената обвивка. В метазоите те се намират вътре. Те изпълняват едни и същи функции във всички еукариоти.

Внос на вещества

Чрез CPN има пасивна дифузия на малки молекули в двете посоки и активен транспорт, внос на протеини, износ на РНК и рибонуклеопротеини (RNPs) и двупосочна совалка на молекулите. Последното включва РНК, RNP и протеини, участващи в сигнализацията, биогенезата и оборота.

Внасянето на протеини в ядрото става на два етапа: 1) свързване на протеина с цитоплазмената страна на CPN; 2) ATP-зависимо преместване през CPN. Този процес изисква хидролизата на ATP и обмяната на GTP / GDP между ядрото и цитоплазмата.

Съгласно транспортния модел рецепторно-протеиновият комплекс се движи по канала, като се прикрепя, дисоциира и прилепва към повтарящите се FG последователности на нуклеопорини. По този начин комплексът преминава от един нуклеопорин в друг в рамките на CPN.

Износ на вещества

Подобно е на вноса. Ran GTPase налага насоченост при транспортиране чрез CNP. Ran е молекулен превключвател с две конформационни състояния, в зависимост от това дали е обвързан с БВП или GTP.

Два регулаторни протеина, специфични за Ran, предизвикват превръщането между двете състояния: 1) цитозолен протеин за активатор на GTPase (GAP), който причинява GTP хидролиза и по този начин превръща Ran-GTP в Ran-GDP; и 2) ядрен гуанинов фактор за обмен (GEF), който насърчава обмяната на БВП за GTP и конвертира Ran-BDP в Ran-GTP.

Цитозолът съдържа главно БВП. Ядрото съдържа предимно Ran-GTP. Този градиент на двете конформационни форми на Ran насочва транспорта в съответната посока.

Импортирането на рецептора, прикрепен към товара, се улеснява чрез прикрепване към FG-повторите. Ако стигне до ядрената страна на ЦНП, Ran-GTP се присъединява към приемника, като освобождава позицията си. По този начин Ran-GTP създава посоката на процеса на импортиране.

Ядреният износ е подобен. Въпреки това, Ran-GTP в ядрото насърчава свързването на товара с износа на рецептори. Когато експортният рецептор се премества през порите в цитозола, той среща Ran-GAP, което индуцира хидролизата на GTP към БВП. Накрая, рецепторът се освобождава от неговия пост и Ran-GDP в цитозола.

РНК транспорт

Експортът на някои класове РНК е подобен на износа на протеини. Например, tRNA и nsRNA (малка ядрена) използват градиент RanGTP и се транспортират през CPN съответно от carioferin exportin-t и Crm. Износът на зрели рибозоми също зависи от градиента на RanGTP.

МРНК се изнася по много различен начин от протеини и други РНК. За износа си, тРНК образува комплекс от месинджър RNP (mRNP), в който една молекула на мРНК е заобиколена от стотици протеинови молекули. Тези протеини са отговорни за обработката, ограничаването, сплайсирането и полиаденилирането на тРНК.

Клетката трябва да може да прави разлика между тРНК със зряла иРНК и мРНК с незряла иРНК. MRNA, която образува RPNm комплекса, може да приеме топологии, които трябва да бъдат преустроени за транспорт. Преди mRNP да влезе в CPN, се осъществява контролен етап, осъществяван от TRAMP и екзозомни протеинови комплекси.

Когато зрелият RNPm е сглобен, RPNm се транспортира през канала от транспортен рецептор (Nxf1-Nxt1). Този рецептор изисква хидролизата на ATP (а не градиент на RanGTP), за да установи насочеността на ремоделиране на mRNP, която ще достигне цитоплазмата.

Комплексът за ядрени пори и контрола на генната експресия

Някои изследвания показват, че компонентите на CPN могат да повлияят на регулацията на генната експресия, като контролират структурата на хроматина и неговата достъпност до транскрипционни фактори.

В по-наскоро еволюирали еукариоти хетерохроматинът е предпочитано разположен в периферията на ядрото. Тази територия е прекъсната от еухроматинови канали, които се поддържат от ядрената кошница на CPN. Асоциацията на ядрената кошница с еухроматин е свързана с генната транскрипция.

Например, активирането на транскрипцията на ниво CPN включва взаимодействието на компоненти на ядрената кошница с протеини като хистон SAGA ацетилтрансфераза и експортни фактори на РНК.

По този начин ядрената кошница е платформа за многобройни високо транскрибирани гени за домакинство и гени, силно индуцирани от промени в условията на околната среда.

Комплексът от ядрени пори и вирусология

Вирусната инфекция на еукариотните клетки зависи от CPN. Във всеки случай на вирусна инфекция нейният успех зависи от преминаването на ДНК, РНК или RPN през CPN, за да се постигне крайната му цел, която е репликация на вируса.

Simian вирус 40 (SV40) е един от най-изследваните модели за изследване на ролята на CPN при транслокация в ядрото. Това е така, защото SV40 има малък геном (5000 бази).

Доказано е, че транспортирането на вирусна ДНК се улеснява от протеините от обвивката на вируса, които защитават вируса, докато стигне до ядрото.

елементи

CPN е вграден в ядрената обвивка и се състои приблизително от 500 до 1000 Nups. Тези протеини се организират в структурни подкомплекси или модули, които си взаимодействат помежду си.

Първият модул е ​​централен компонент или пръстен в пората във формата на часовник, която е ограничена от друг пръстен с диаметър 120 nm от двете страни, вътреядрен и цитоплазмен. Вторият модул са ядрени и цитоплазмени пръстени (120 nm в диаметър всеки), разположени около компонента във формата на часовници.

Третият модул е ​​осем нишки, които излизат от 120 nm пръстена в нуклеоплазмата и образуват структура във формата на кошница. Четвъртият модул е ​​съставен от нишките, които стърчат към страната на цитоплазмата.

Y-образният комплекс, съставен от шест Nups и протеините Seh 1 и Sec 13, е най-големият и най-добре характеризиран комплекс от CNP. Този комплекс е основната единица, която е част от скелето на CPN.

Въпреки ниското сходство между последователностите на Nups, скелето на CPN е силно запазено във всички еукариоти.

Препратки

1. Бек, М., Хърт, Е. 2016. Ядреният порен комплекс: разбиране на неговата функция чрез структурен прозрение. Nature Reviews, Molecular Cell Biology, Doi: 10.1038 / nrm.2016.147.
2. Ibarra, A., Hetzer, MW 2015. Ядрени пори протеини и контролът върху функциите на генома. Гени и развитие, 29, 337–349.
3. Kabachinski, G., Schwartz, TU 2015. Ядреният порен комплекс - структура и функция от един поглед. Journal of Cell Science, 128, 423–429.
4. Knockenhauer, KE, Schwartz, TU 2016. Ядреният порен комплекс като гъвкава и динамична порта. Клетка, 164, 1162-1171.
5. Ptak, C., Aitchison, JD, Wozniak, RW 2014. Многофункционалният ядрен порен комплекс: платформа за контрол на генната експресия. Настоящо становище за клетъчната биология, DOI: 10.1016 / j.ceb.2014.02.001.
6. Stawicki, SP, Steffen, J. 2017. Републикация: комплексът за ядрени пори - изчерпателен преглед на структурата и функцията. International Journal of Academic Medicine, 3, 51–59.
7. Tran, EJ, Wente, SR 2006. Динамични комплекси от ядрени пори: животът на ръба. Клетка, 125, 1041-1053.