НУКЛЕАРНЕ ПОРЕ: КАРАКТЕРИСТИКЕ, ФУНКЦИЈЕ, КОМПОНЕНТЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

Нуклеарна пора (од грчког, пора = пролаз или транзит) је "капија" језгра која омогућава већи део саобраћаја између једров и цитоплазме. Нуклеарна пора повезује се са унутрашњом и спољном мембраном језгра да би формирала канале, који служе за транспорт протеина и РНК.

Реч поре не одражава сложеност структуре о којој је реч. Због тога је пожељније помињати комплекс нуклеарних пора (ЦПН), а не нуклеарне поре. ЦПН може претрпети промене у својој структури током транспорта или стања ћелијског циклуса.

Извор: РС Схав на енглеској Википедији.

Недавно је откривено да нуклеопорини, протеини који чине ЦПН, имају важну улогу у регулацији експресије гена. Дакле, када се појаве мутације које утичу на функцију нуклеопорина, код људи се јављају патологије, попут аутоимуних болести, кардиомиопатија, вирусних инфекција и рака.

карактеристике

Помоћу електронске томографије утврђено је да ЦПН има дебљину од 50 нм, спољни пречник између 80 и 120 нм и унутрашњи пречник 40 нм. Велики молекули попут велике подјединице рибосома (МВ 1590 кДа) могу се извести из нуклеуса кроз ЦПН. Процјењује се да постоји између 2.000 и 4.000 НПЦ-а по језгри.

Молекуларна тежина појединог ЦПН је приближно између 120 и 125 МДа (1 МДа = 10 ⁶ Да) у кичмењака. Супротно томе, ЦПН је мањи у квасцу, при чему износи око 60 МДа. Упркос огромној величини ЦПН-а, нуклеопорини су високо очувани у свим еукариотама.

Транслокација путем ЦПН-а је брз процес, чија је брзина 1000 транслокација / секунди. Међутим, ЦПН сам не одређује правац транспортног тока.

Зависи о градијенту РанГТП, који је већи у језгру него у цитосолу. Овај градијент одржава фактор мењања гванина Ран.

Током ћелијског циклуса, ЦПН-и пролазе циклусе склапања и растављања компоненти. Састављање се одвија на интерфејсу и одмах након митозе.

Карактеристике

Рибонуклеинска киселина (мала нуклеарна РНА, гласник РНА, РНА за пренос), протеини и рибонуклеопротеини (РНП) морају се активно транспортовати кроз ЦПН. То значи да је потребна енергија хидролизе АТП-а и ГТП-а. Сваки се молекул преноси на специфичан начин.

Генерално, молекули РНК су препуни протеина који формирају РНП комплексе, који се извозе на овај начин. Супротно томе, протеини који се активно преносе у језгро морају да поседују сигнални редослед локализације језгра (СЛН), који поседују позитивно наелектрисане аминокиселинске остатке (нпр. КККРК).

Протеини који се извозе у језгро морају имати сигнал извоза нуклеуса (НЕС) богат аминокиселинским леуцином.

Осим што олакшавају транспорт између језгра и цитоплазме, ЦПН су укључени у организацију хроматина, регулацију експресије гена и обнављање ДНК. Нуклеопорини (Нупс) потичу активацију или супресију транскрипције, без обзира на стање ћелијске пролиферације.

У квасцима се Нупс налазе у ЦНП-у нуклеарне овојнице. У метазоама се налазе унутар. Они обављају исте функције код свих еукариота.

Увоз супстанци

Кроз ЦПН долази до пасивне дифузије малих молекула у оба смера и активног транспорта, увоза протеина, извоза РНК и рибонуклеопротеина (РНП) и двосмерног прекривања молекула. Ово последње укључује РНК, РНП и протеине који учествују у сигнализацији, биогенези и промету.

Увоз протеина у језгро одвија се у два корака: 1) везање протеина на цитоплазматску страну ЦПН; 2) Транслокација зависна од АТП-а кроз ЦПН. Овај процес захтева хидролизу АТП-а и размену ГТП / БДП-а између језгра и цитоплазме.

Према транспортном моделу, рецептор-протеин комплекс креће се дуж канала вежући, дисоцијацију и поновно спајање на ФГ поновљене секвенце нуклеопорина. На овај начин, комплекс прелази из једног нуклеопорина у други унутар ЦПН-а.

Извоз супстанци

Слично је и са увозом. Ран ГТПасе примењује смер у транспорту путем ЦНП-а. Ран је молекуларна склопка са два конформациона стања, у зависности да ли је везана за БДП или ГТП.

Два регулаторна протеина специфична за Ранге покрећу конверзију између два стања: 1) протеин који активира цитосолну ГТПазу (ГАП), што изазива ГТП хидролизу и на тај начин претвара Ран-ГТП у Ран-ГДП; и 2) фактор за размену нуклеарног гванина (ГЕФ), који промовише размену БДП-а за ГТП и претвара Ран-БДП у Ран-ГТП.

Цитосол садржи углавном Ран-БДП. Језгро углавном садржи Ран-ГТП. Овај градијент два конформациона облика Рана усмерава транспорт у одговарајућем правцу.

Увоз рецептора, причвршћеног на терет, олакшан је везањем за ФГ-понављања. Ако дође до нуклеарне стране ЦНП-а, Ран-ГТП се придружује пријемнику ослобађајући своју позицију. Тако Ран-ГТП креира правац процеса увоза.

Нуклеарни извоз је сличан. Међутим, Ран-ГТП у језгру промовише везивање терета за извоз рецептора. Када се извозни рецептор креће кроз поре у цитосолу, наилази на Ран-ГАП, који индукује хидролизу ГТП-а у БДП. Коначно, рецептор се ослобађа из положаја и Ран-ГДП у цитосолу.

РНА транспорт

Извоз неких класа РНА сличан је извозу протеина. На пример, тРНА и нсРНА (мали нуклеарни) користе градијент РанГТП и преносе се преко ЦПН цариоферин екпортин-т, односно Црм, респективно. Извоз зрелих рибосома такође зависи од РанГТП градијента.

МРНА се извози на потпуно другачији начин од протеина и других РНА. За свој извоз, мРНА формира комплекс мессенгер РНП (мРНП), у коме је један молекул мРНА окружен стотинама молекула протеина. Ови протеини су одговорни за обраду, облагање, спајање и полиаденилацију мРНА.

Ћелија мора бити у могућности да разликује мРНА са зрелом мРНА и мРНА са незрелом мРНА. МРНА, која формира РПНм комплекс, могла би усвојити топологије које је потребно преправити за транспорт. Пре него што мРНП уђе у ЦПН, долази до контролног корака који проводе ТРАМП и егзозомски протеински комплекси.

Када се зрели РНПм састави, РПНм се транспортује кроз канал преко транспортног рецептора (Нкф1-Нкт1). Овај рецептор захтева хидролизу АТП (није РанГТП градијент) да би се утврдила смер ремоделирања мРНП, који ће достићи цитоплазму.

Комплекс нуклеарних пора и контрола експресије гена

Нека истраживања показују да компоненте ЦПН могу утицати на регулацију експресије гена контролом структуре кроматина и његове доступности факторима транскрипције.

У новијим еволуцијама еукариота, хетерохроматин је пожељно смештен на периферији језгра. Ову територију прекидају еукроматински канали, које одржава нуклеарна корпа ЦПН. Асоцијација нуклеарне корпе са еухроматином повезана је са транскрипцијом гена.

На пример, активирање транскрипције на нивоу ЦПН укључује интеракцију компоненти нуклеарне корпе са протеинима као што су хистон САГА ацетилтрансфераза и фактори извоза РНА.

Дакле, нуклеарна корпа је платформа за бројне високо преписане генере за домаћинство и гене који су снажно изазвани променама у окружењу.

Комплекс нуклеарних пора и вирологија

Вирусна инфекција еукариотских ћелија зависи од ЦПН-а. У сваком случају вирусне инфекције, њен успех зависи од ДНК, РНК или РПН који пролазе кроз ЦПН да би се постигао крајњи циљ, а то је репликација вируса.

Симим вирус 40 (СВ40) био је један од најгледанијих модела за истраживање улоге ЦПН у транслокацији унутар језгра. То је зато што СВ40 има мали геном (5.000 база).

Показано је да је транспорт ДНК вируса олакшан протеинима вируса који штите вирус док не дође до језгре.

Компоненте

ЦПН је уграђен унутар нуклеарне овојнице и састоји се од отприлике 500 до 1000 Нупса. Ови протеини су организовани у структуралне подкомплексе или модуле који међусобно делују.

Први модул је централна компонента, или прстен, у порама у облику сата, који је на обе стране ограничен још једним прстеном пречника 120 нм, интрануклеарним и цитоплазматским. Други модул су прстенови језгра и цитоплазме (пречника 120 нм) који се налазе око компоненте у облику пешчаног сата.

Трећи модул је осам филамената који из 120 нм прстена стрше у нуклеоплазму и формирају структуру у облику корпе. Четврти модул чине филаменти који стрше у страну цитоплазме.

Комплекс у облику слова И, сачињен од шест Нупс и протеина Сех 1 и Сец 13, је највећи и најбоље окарактерисан комплекс НПП-а. Овај комплекс је суштинска јединица која је део скела ЦПН-а.

Упркос малој сличности између секвенци Нупс-а, ​​скела ЦПН је високо очувана код свих еукариота.

Референце

1. Бецк, М., Хурт, Е. 2016. Комплекс нуклеарних пора: разумевање његове функције структуралним увидом. Натуре Ревиевс, Молецулар Целл Биологи, Дои: 10.1038 / нрм.2016.147.
2. Ибарра, А., Хетзер, МВ 2015. Нуклеарни протеински протеини и контрола функција генома. Гени и развој, 29, 337–349.
3. Кабацхински, Г., Сцхвартз, ТУ 2015. Нуклеарни комплекс пора - структура и функција на први поглед. Јоурнал оф Целл Сциенце, 128, 423–429.
4. Кноцкенхауер, КЕ, Сцхвартз, ТУ 2016. Комплекс нуклеарних пора као флексибилна и динамична врата. Ћелија, 164, 1162-1171.
5. Птак, Ц., Аитцхисон, ЈД, Возниак, РВ 2014. Вишенаменски комплекс нуклеарних пора: платформа за контролу експресије гена. Тренутно мишљење о ћелијској биологији, ДОИ: 10.1016 / ј.цеб.2014.02.001.
6. Ставицки, СП, Стеффен, Ј. 2017. Репутација: комплекс нуклеарних пора - свеобухватан преглед структуре и функције. Интернатионал Јоурнал оф Ацадемиц Медицине, 3, 51–59.
7. Тран, ЕЈ, Венте, СР 2006. Динамични нуклеарни комплекси пора: живот на ивици. Ћелија, 125, 1041-1053.