ЯДЕРНІ ПОРИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦІЇ, КОМПОНЕНТИ - БІОЛОГІЯ

Ядерні пір (від грецького, пор = канал або транзит) є «воротами» ядра , що дозволяє більшу частину транспорту між Нуклеоплазма і цитоплазмою. Ядерна пора приєднується до внутрішньої та зовнішньої мембран ядра, утворюючи канали, які служать для транспортування білків та РНК.

Слово пор не відображає складності структури, про яку йдеться. Через це переважно посилатися на комплекс ядерних пор (CPN), а не на ядерні пори. CPN може зазнавати змін у своїй структурі під час транспортування або станів клітинного циклу.

Джерело: RS Shaw в англійській Вікіпедії.

Нещодавно було виявлено, що нуклеопорини, білки, що входять до складу CPN, відіграють важливу роль у регуляції експресії генів. Таким чином, коли виникають мутації, що впливають на функцію нуклеопоринів, у людини виникають такі патології, як аутоімунні захворювання, кардіоміопатії, вірусні інфекції та рак.

характеристики

За допомогою електронної томографії було встановлено, що CPN має товщину 50 нм, зовнішній діаметр між 80 і 120 нм та внутрішній діаметр 40 нм. Великі молекули, такі як велика субодиниця рибосоми (МВт 1590 кДа), можуть вивозитися з ядра через CPN. За оцінками, на ядро припадає від 2000 до 4000 NPC.

Молекулярна маса окремих CPN у хребетних приблизно становить від 120 до 125 МДа (1 МДа = 10 ⁶ Да). На відміну від цього, дріжджі CPN менші, в яких він становить приблизно 60 МДа. Незважаючи на величезний розмір CPN, нуклеопорини високо консервуються у всіх еукаріотів.

Транслокація через CPN - швидкий процес, швидкість якого становить 1000 транслокацій в секунду. Однак CPN сам не визначає напрямок транспортного потоку.

Це залежить від градієнта RanGTP, який більше в ядрі, ніж у цитозолі. Цей градієнт підтримується коефіцієнтом обміну гуаніну Ran.

Під час клітинного циклу ЦПН проходять цикли складання та роз'єднання їх компонентів. Збірка відбувається на межі інтерфейсу і відразу після мітозу.

Особливості

Рибонуклеїнова кислота (мала ядерна РНК, месенджерна РНК, передавальна РНК), білки та рибонуклеопротеїни (РНП) повинні активно транспортуватися через CPN. Це означає, що необхідна енергія на гідроліз АТФ та ГТФ. Кожна молекула транспортується певним чином.

Взагалі молекули РНК упаковані білками, що утворюють комплекси РНП, експортуючись таким чином. На противагу цьому білки, які активно транспортуються до ядра, повинні володіти сигнальною послідовністю ядра (SLN), володіючи позитивно зарядженими амінокислотними залишками (наприклад, KKKRK).

Білки, які експортуються до ядра, повинні мати сигнал експорту ядра (NES), багатий амінокислотою лейцином.

Окрім полегшення транспорту між ядром та цитоплазмою, CPN беруть участь в організації хроматину, регуляції експресії генів та відновленні ДНК. Нуклеопорини (Nups) сприяють активації або пригніченню транскрипції, незалежно від стану клітинної проліферації.

У дріжджах Nups знаходяться в CNP ядерної оболонки. У метазоях вони виявляються всередині. Вони виконують однакові функції у всіх еукаріотів.

Імпорт речовин

Через CPN відбувається пасивна дифузія малих молекул в обох напрямках та активний транспорт, імпорт білків, експорт РНК та рибонуклеопротеїнів (РНП) та двонаправлений човник молекул. Останній включає РНК, РНП та білки, які беруть участь у сигналізації, біогенезі та обороті.

Імпорт білків у ядро відбувається в два етапи: 1) зв'язування білка з цитоплазматичною стороною CPN; 2) АТФ-залежна транслокація через CPN. Цей процес вимагає гідролізу АТФ та обміну GTP / ВВП між ядром і цитоплазмою.

Відповідно до транспортної моделі, рецепторно-білковий комплекс рухається по каналу шляхом приєднання, дисоціації та повторного приєднання до повторюваних послідовностей FG нуклеопоринів. Таким чином комплекс переходить від одного нуклеопорину до іншого в межах CPN.

Експорт речовин

Це схоже на імпорт. Ran GTPase забезпечує спрямованість транспорту через CNP. Ran - це молекулярний перемикач з двома конформаційними станами, залежно від того, пов'язаний він із ВВП чи GTP.

Два регуляторні білки, специфічні для Ran, викликають конверсію між двома станами: 1) цитозольний білок, що активує цитозольну GTPазу (GAP), який викликає гідроліз GTP і, таким чином, перетворює Ran-GTP в Ran-ВВП; та 2) коефіцієнт обміну ядерного гуаніну (GEF), який сприяє обміну ВВП на GTP і перетворює діапазон ВВП на Ran-GTP.

Цитозол містить в основному ВВП. Ядро в основному містить Ran-GTP. Цей градієнт двох конформаційних форм Ran спрямовує транспорт у відповідному напрямку.

Імпорт рецептора, прикріпленого до вантажу, полегшується приєднанням до FG-повторів. Якщо вона досягне ядерної сторони ЦНАПу, Ran-GTP приєднується до приймача, звільняючи своє положення. Таким чином, Ran-GTP створює напрямок процесу імпорту.

Ядерний експорт схожий. Однак Ran-GTP в ядрі сприяє зв'язуванню вантажу з експортом рецепторів. Коли експортний рецептор переміщується через пори в цитозоль, він стикається з Ran-GAP, який індукує гідроліз GTP до ВВП. Нарешті, рецептор вивільняється з посади та Ran-ВВП у цитозолі.

Транспорт РНК

Експорт деяких класів РНК аналогічний експорту білків. Наприклад, тРНК і nsRNA (малий ядерний) використовують градієнт RanGTP і транспортуються через CPN шляхом експорту каріоферину-t і Crm відповідно. Експорт зрілих рибосом також залежить від градієнта RanGTP.

МРНК експортується зовсім по-іншому, ніж білки та інші РНК. Для свого експорту мРНК утворює комплекс месенджерних RNP (mRNP), в якому одна молекула мРНК оточена сотнями білкових молекул. Ці білки відповідають за обробку, укупорювання, сплайсинг та поліаденілювання мРНК.

Клітина повинна вміти розрізняти мРНК зі зрілою мРНК та мРНК із незрілою мРНК. МРНК, яка утворює комплекс RPNm, може прийняти топології, які потрібно переробити для транспортування. Перед тим, як mRNP потрапляє в CPN, відбувається етап контролю, який здійснюють комплекси білків TRAMP та екзосоми.

Коли зрілий RNPm зібраний, RPNm транспортується через канал транспортним рецептором (Nxf1-Nxt1). Цей рецептор потребує гідролізу АТФ (не градієнта RanGTP) для встановлення спрямованості ремоделювання мРНП, яка досягне цитоплазми.

Комплекс ядерних пор та контроль експресії генів

Деякі дослідження показують, що компоненти CPN можуть впливати на регуляцію експресії генів, контролюючи структуру хроматину та його доступність до факторів транскрипції.

У нещодавно розвинених еукаріотів гетерохроматин переважно розташований на периферії ядра. Ця територія переривається еухроматиновими каналами, які підтримуються ядерним кошиком CPN. Асоціація ядерного кошика з еухроматином пов'язана з транскрипцією генів.

Наприклад, активація транскрипції на рівні CPN передбачає взаємодію компонентів ядерного кошика з білками, такими як гістон SAGA ацетилтрансфераза та фактори експорту РНК.

Таким чином, ядерний кошик є платформою для численних високо транскрибованих генів ведення господарства та генів, сильно спричинених змінами екологічних умов.

Комплекс ядерних пор та вірусологія

Вірусна інфекція еукаріотичних клітин залежить від CPN. У кожному випадку вірусної інфекції її успіх залежить від ДНК, РНК або РПН, що проходять через СРН для досягнення своєї кінцевої мети - реплікації вірусу.

Вірус simian 40 (SV40) був однією з найбільш вивчених моделей дослідження ролі CPN у транслокації всередині ядра. Це тому, що SV40 має невеликий геном (5000 баз).

Показано, що транспортування вірусної ДНК полегшується білками вірусної оболонки, які захищають вірус до досягнення ядра.

Компоненти

CPN вбудовується всередині ядерної оболонки і складається приблизно від 500 до 1000 ядер. Ці білки організовані в структурні підкомплекси або модулі, які взаємодіють між собою.

Перший модуль являє собою центральний компонент або кільце в порі пісочного годинника, яке обмежене іншим кільцем діаметром 120 нм на обох гранях, внутрішньоядерному та цитоплазматичному. Другий модуль - це кільця ядра та цитоплазми (діаметром 120 нм кожне), розташовані навколо складової форми пісочного годинника.

Третій модуль - вісім ниток, які виступають з 120 нм кільця в нуклеоплазму і утворюють кошикоподібну структуру. Четвертий модуль складається з ниток, які виступають у бік цитоплазми.

Y-подібний комплекс, що складається з шести Nups та білків Seh 1 і Sec 13, є найбільшим і найкращим чином характеризується комплексом CNP. Цей комплекс є найважливішим підрозділом, який є частиною будівельних лісів CPN.

Незважаючи на низьку схожість між послідовностями Nups, каркас CPN високо зберігається у всіх еукаріотів.

Список літератури

Бек, М., Херт, Е. 2016. Комплекс ядерних пор: розуміння його функції за допомогою структурного розуміння. Nature Reviews, Molecular Cell Biology, Doi: 10.1038 / nrm.2016.147.
Ibarra, A., Hetzer, MW 2015. Ядерні пори білків та контроль функцій геному. Гени та розвиток, 29, 337–349.
Кабачинський, Г., Шварц, ТУ 2015. Ядерний пористий комплекс - структура та функціонування на перший погляд. Journal of Cell Science, 128, 423–429.
Knockenhauer, KE, Schwartz, TU 2016. Ядерний пористий комплекс як гнучка та динамічна ворота. Сот., 164, 1162-1171.
Ptak, C., Aitchison, JD, Wozniak, RW 2014. Багатофункціональний комплекс ядерних пор: платформа для контролю експресії генів. Поточна думка з біології клітин, DOI: 10.1016 / j.ceb.2014.02.001.
Stawicki, SP, Steffen, J. 2017. Республіка: комплекс ядерних пор - всебічний огляд структури та функції. Міжнародний журнал академічної медицини, 3, 51–59.
Tran, EJ, Wente, SR 2006. Динамічні комплекси ядерних пор: життя на межі. Сот., 125, 1041-1053.

ЯДЕРНІ ПОРИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦІЇ, КОМПОНЕНТИ - БІОЛОГІЯ - 2025