KERNEPORE: EGENSKABER, FUNKTIONER, KOMPONENTER - BIOLOGI

Den nukleare pore (fra det græske, porer = passage eller transit) er "porten" til kernen, der tillader det meste af transporten mellem nukleoplasmaet og cytoplasmaet. Den nukleare pore forbinder de indre og ydre membraner af kernen til dannelse af kanaler, der tjener til at transportere proteiner og RNA.

Ordet pore afspejler ikke kompleksiteten af den aktuelle struktur. På grund af dette foretrækkes det at henvise til nukleær porekompleks (CPN) snarere end nukleær pore. CPN kan gennemgå ændringer i dens struktur under transport eller cellecyklustilstande.

Kilde: RS Shaw på engelsk Wikipedia.

For nylig blev det opdaget, at nukleoporiner, proteiner, der udgør CPN, spiller en vigtig rolle i reguleringen af genekspression. Når der forekommer mutationer, der påvirker funktionen af nukleoporiner, forekommer patologier hos mennesker, såsom autoimmune sygdomme, kardiomyopatier, virusinfektioner og kræft.

egenskaber

Ved hjælp af elektronstomografi blev det bestemt, at CPN havde en tykkelse på 50 nm, en udvendig diameter mellem 80 og 120 nm og en indre diameter på 40 nm. Store molekyler såsom den store ribosomsubenhed (MW 1590 kDa) kan eksporteres ud af kernen gennem CPN. Det estimeres, at der er mellem 2.000 og 4.000 NPC'er pr. Kerne.

Molekylvægten af en individuel CPN er ca. mellem 120 og 125 MDa (1 MDa = ¹⁰⁶ Da) i hvirveldyr. I modsætning hertil er CPN mindre i gær, hvor den er cirka 60 MDa. På trods af den enorme størrelse af CPN er nucleoporiner stærkt konserveret i alle eukaryoter.

Translokation gennem CPN er en hurtig proces, hvis hastighed er 1000 translokationer / sekund. CPN bestemmer imidlertid ikke selv retningen på transportstrømmen.

Det afhænger af RanGTP-gradienten, som er større i kernen end i cytosol. Denne gradient opretholdes af en guaninudvekslingsfaktor Ran.

I løbet af cellecyklussen gennemgår CPN'er monterings- og uafhængighedscykler af deres komponenter. Montering sker ved grænsefladen og umiddelbart efter mitose.

Funktioner

Ribonukleinsyre (lille nuklear RNA, messenger RNA, transfer RNA), proteiner og ribonucleoproteiner (RNP'er) skal transporteres aktivt gennem CPN. Dette betyder, at energien fra hydrolyse af ATP og GTP er påkrævet. Hvert molekyle transporteres på en bestemt måde.

Generelt er RNA-molekyler pakket med proteiner, der danner RNP-komplekser, der eksporteres på denne måde. I modsætning hertil skal proteiner, der aktivt transporteres til kernen, have en nukleuslokaliseringssignalsekvens (SLN) og have positivt ladede aminosyrerester (f.eks. KKKRK).

Proteiner, der eksporteres til kernen, skal have et nucleus export signal (NES), der er rig på aminosyren leucin.

Ud over at lette transport mellem kernen og cytoplasmaet er CPN'er involveret i organiseringen af kromatin, reguleringen af genekspression og DNA-reparation. Nucleoporins (Nups) fremmer aktivering eller undertrykkelse af transkription, uanset tilstanden af celleproliferation.

I gær findes Nups i CNP på kernekonvolutten. I metazoer findes de inde. De udfører de samme funktioner i alle eukaryoter.

Import af stoffer

Gennem CPN er der passiv diffusion af små molekyler i begge retninger og aktiv transport, import af proteiner, eksport af RNA og ribonukleoproteiner (RNP'er) og den tovejs skyttel af molekyler. Sidstnævnte inkluderer RNA, RNP og proteiner involveret i signalering, biogenese og omsætning.

Importen af proteiner i kernen foregår i to trin: 1) binding af proteinet til den cytoplasmatiske side af CPN; 2) ATP-afhængig translokation gennem CPN. Denne proces kræver hydrolyse af ATP og udvekslingen af GTP / BNP mellem kernen og cytoplasmaet.

I henhold til en transportmodel bevæger receptor-proteinkomplekset sig langs kanalen ved at fastgøre, dissociere og genbindes til de gentagne FG-sekvenser af nucleoporiner. På denne måde bevæger komplekset sig fra en nukleoporin til en anden inden for CPN.

Eksport af stoffer

Det ligner import. Ran GTPase håndhæver retning ved transport gennem CNP. Ran er en molekylær switch med to konformationelle tilstande, afhængigt af om det er bundet til BNP eller GTP.

To Ran-specifikke regulatoriske proteiner udløser omdannelsen mellem de to tilstande: 1) cytosolisk GTPase-aktivatorprotein (GAP), som forårsager GTP-hydrolyse og således omdanner Ran-GTP til Ran-BNP; og 2) nuklear guaninudvekslingsfaktor (GEF), som fremmer udvekslingen af BNP for GTP og konverterer Ran-BNP til Ran-GTP.

Cytosolen indeholder hovedsageligt Ran-BNP. Kernen indeholder hovedsageligt Ran-GTP. Denne gradient af de to konformationelle former af Ran dirigerer transporten i den passende retning.

Import af receptoren, der er knyttet til lasten, letter det ved fastgørelse til FG-gentagelserne. Hvis den når nukleare siden af CNP, slutter Ran-GTP sig til modtageren for at frigive sin stilling. Således opretter Ran-GTP retningen for importprocessen.

Atomeksport er lignende. Ran-GTP i kernen fremmer imidlertid bindingen af last til receptoreksport. Når eksportreceptoren bevæger sig gennem poren ind i cytosolen, støder den på Ran-GAP, som inducerer hydrolyse af GTP til BNP. Endelig frigives receptoren fra sin post og Ran-BNP i cytosolen.

RNA-transport

Eksporten af nogle klasser af RNA svarer til eksporten af proteiner. For eksempel bruger tRNA og nsRNA (lille nuklear) RanGTP-gradienten og transporteres gennem CPN med henholdsvis carioferin-eksportin-t og Crm. Eksporten af modne ribosomer er også afhængig af RanGTP-gradienten.

MRNA eksporteres på en meget anden måde end proteiner og andre RNA'er. Til sin eksport danner mRNA et kompleks af messenger RNP (mRNP), hvor et mRNA-molekyle er omgivet af hundreder af proteinmolekyler. Disse proteiner er ansvarlige for behandling, afdækning, splejsning og polyadenylering af mRNA.

Cellen skal være i stand til at skelne mellem mRNA med modent mRNA og mRNA med umoden mRNA. MRNA, der danner RPNm-komplekset, kunne anvende topologier, der skal ombygges til transport. Før mRNP kommer ind i CPN, forekommer et kontroltrin udført af TRAMP og eksosom proteinkomplekser.

Når den modne RNPm samles, transporteres RPNm gennem kanalen med en transportreceptor (Nxf1-Nxt1). Denne receptor kræver hydrolyse af ATP (ikke en RanGTP-gradient) for at etablere remodelleringsretningen for mRNP, som vil nå cytoplasmaet.

Det nukleare porekompleks og kontrollen af genekspression

Nogle undersøgelser indikerer, at CPN-komponenter kunne påvirke reguleringen af genekspression ved at kontrollere strukturen af kromatin og dens tilgængelighed til transkriptionsfaktorer.

I mere nyligt udviklede eukaryoter er heterochromatin fortrinsvis lokaliseret ved periferien af kernen. Dette område afbrydes af euchromatin-kanaler, som opretholdes af kernekurven i CPN. Den nukleare kurvassociation med euchromatin er relateret til gentranskription.

F.eks. Involverer aktivering af transkription på CPN-niveau interaktionen af komponenter i den nukleare kurv med proteiner, såsom histone SAGA-acetyltransferase og RNA-eksportfaktorer.

Kernekurven er således en platform for adskillige stærkt transkriberede husholdningsgener og gener, der er kraftigt fremkaldt af ændringer i miljøforholdene.

Det nukleare porekompleks og virologi

Viral infektion af eukaryote celler afhænger af CPN. I hvert tilfælde af virusinfektion afhænger dens succes af DNA, RNA eller RPN, der passerer gennem CPN for at nå sit endelige mål, som er virusreplikation.

Simianvirussen 40 (SV40) har været en af de mest studerede modeller til at undersøge CPN's rolle i translokation i kernen. Dette skyldes, at SV40 har et lille genom (5.000 baser).

Det er blevet vist, at transporten af virus-DNA er lettet med viruscoatproteiner, der beskytter virussen, indtil den når kernen.

komponenter

CPN er indlejret i den nukleare konvolut og består af mellem 500 og 1000 Nups, ca. Disse proteiner er organiseret i strukturelle subkomplekser eller moduler, der interagerer med hinanden.

Det første modul er en central komponent eller ring i den timeglasformede pore, som er begrænset af en anden ring, der er 120 nm i diameter på begge sider, intranukleær og cytoplasmisk. Det andet modul er kerne- og cytoplasmaringene (hver 120 nm i diameter) placeret omkring den timeglasformede komponent.

Det tredje modul er otte filamenter, der rager ud fra 120 nm-ringen ind i nukleoplasmaet og danner en kurvformet struktur. Det fjerde modul består af filamenterne, der rager ud mod cytoplasmaens side.

Det Y-formede kompleks, der består af seks Nups og proteinerne Seh 1 og Sec 13, er det største og bedst karakteriserede kompleks af CNP. Dette kompleks er den essentielle enhed, der er en del af stilladset af CPN.

På trods af den lave lighed mellem sekvenserne af Nups er CPN-stilladset stærkt konserveret i alle eukaryoter.

Referencer

Beck, M., Hurt, E. 2016. Atomporekomplekset: forstå dens funktion gennem strukturel indsigt. Nature Reviews, Molecular Cell Biology, Doi: 10.1038 / nrm.2016.147.
Ibarra, A., Hetzer, MW 2015. Kerneporeproteiner og kontrol med genomfunktioner. Gener og udvikling, 29, 337–349.
Kabachinski, G., Schwartz, TU 2015. Atomporekomplekset - struktur og funktion med et øjeblik. Journal of Cell Science, 128, 423–429.
Knockenhauer, KE, Schwartz, TU 2016. Atomporekomplekset som en fleksibel og dynamisk port. Cell, 164, 1162-1171.
Ptak, C., Aitchison, JD, Wozniak, RW 2014. Det multifunktionelle nukleære porekompleks: en platform til kontrol af genekspression. Nuværende udtalelse om cellebiologi, DOI: 10.1016 / j.ceb.2014.02.001.
Stawicki, SP, Steffen, J. 2017. Republik: det nukleare porekompleks - en omfattende gennemgang af struktur og funktion. International Journal of Academic Medicine, 3, 51–59.
Tran, EJ, Wente, SR 2006. Dynamiske nukleære porekomplekser: liv på kanten. Cell, 125, 1041-1053.

KERNEPORE: EGENSKABER, FUNKTIONER, KOMPONENTER - BIOLOGI - 2025