NÜKLEER GÖZENEK: ÖZELLIKLER, FONKSIYONLAR, BILEŞENLER - BIYOLOJI - 2025

Nükleer gözenek çekirdek plazması ile sitoplazma arasındaki ulaşım en veriyor çekirdeğinin "kapısı" dır (Yunancadan, = geçit veya transit geçiş gözenek). Nükleer gözenek, proteinleri ve RNA'yı taşımaya hizmet eden kanallar oluşturmak için çekirdeğin iç ve dış zarlarını birleştirir.

Gözenek kelimesi, söz konusu yapının karmaşıklığını yansıtmamaktadır. Bu nedenle, nükleer gözenek yerine nükleer gözenek kompleksine (CPN) atıfta bulunmak tercih edilir. CPN, taşıma veya hücre döngüsünün durumları sırasında yapısında değişikliklere uğrayabilir.

Kaynak: İngilizce Wikipedia'da RS Shaw.

Son zamanlarda, CPN'yi oluşturan proteinler olan nükleoporinlerin, gen ekspresyonunun düzenlenmesinde önemli bir role sahip olduğu keşfedilmiştir. Bu nedenle, nükleoporinlerin işlevini etkileyen mutasyonlar meydana geldiğinde, insanlarda otoimmün hastalıklar, kardiyomiyopatiler, viral enfeksiyonlar ve kanser gibi patolojiler ortaya çıkar.

karakteristikleri

Elektron tomografisi kullanılarak CPN'nin 50 nm kalınlığa, 80-120 nm dış çapa ve 40 nm iç çapa sahip olduğu belirlendi. Büyük ribozom alt birimi (MW 1590 kDa) gibi büyük moleküller, CPN aracılığıyla çekirdekten dışarı aktarılabilir. Çekirdek başına 2.000 ila 4.000 NPC olduğu tahmin edilmektedir.

Bağımsız bir CPN moleküler ağırlığı yaklaşık 120 ve 125 MDa (1 MDa = 10 ⁶ omurgalılarda Da). Aksine, CPN, yaklaşık 60 MDa olan mayada daha küçüktür. CPN'nin muazzam boyutuna rağmen, nükleoporinler tüm ökaryotlarda yüksek oranda korunur.

CPN aracılığıyla translokasyon, hızı 1000 translokasyon / saniye olan hızlı bir işlemdir. Bununla birlikte, CPN, taşıma akışının yönünü kendisi belirlemez.

Çekirdekte sitozolden daha büyük olan RanGTP gradyanına bağlıdır. Bu gradyan, bir guanin değişim faktörü Ran ile korunur.

Hücre döngüsü sırasında, CPN'ler bileşenlerinin birleşme ve ayrılma döngülerine girer. Montaj arayüzde ve mitozdan hemen sonra gerçekleşir.

Özellikleri

Ribonükleik asit (küçük nükleer RNA, haberci RNA, transfer RNA), proteinler ve ribonükleoproteinler (RNP'ler) CPN yoluyla aktif olarak taşınmalıdır. Bu, ATP ve GTP'nin hidrolizinden gelen enerjinin gerekli olduğu anlamına gelir. Her molekül belirli bir şekilde taşınır.

Genelde RNA molekülleri, bu şekilde ihraç edilen RNP komplekslerini oluşturan proteinlerle paketlenir. Aksine, çekirdeğe aktif olarak taşınan proteinler, pozitif yüklü amino asit kalıntılarına (örneğin, KKKRK) sahip bir çekirdek lokalizasyon sinyal dizisine (SLN) sahip olmalıdır.

Çekirdeğe ihraç edilen proteinler, amino asit lösin açısından zengin bir çekirdek ihracat sinyaline (NES) sahip olmalıdır.

Çekirdek ve sitoplazma arasındaki taşınmayı kolaylaştırmaya ek olarak, CPN'ler kromatinin organizasyonunda, gen ekspresyonunun düzenlenmesinde ve DNA onarımında rol oynar. Nükleoporinler (Nups), hücre proliferasyonunun durumuna bakılmaksızın transkripsiyonun aktivasyonunu veya baskılanmasını destekler.

Mayada, Nup'lar nükleer zarfın CNP'sinde bulunur. Metazoanlarda içlerinde bulunurlar. Tüm ökaryotlarda aynı işlevleri yerine getirirler.

Maddelerin ithalatı

CPN aracılığıyla, küçük moleküllerin her iki yönde pasif difüzyonu ve aktif taşıma, protein ithalatı, RNA ve ribonükleoproteinlerin (RNP'ler) ihracatı ve moleküllerin iki yönlü mekiği vardır. İkincisi, RNA, RNP ve sinyal verme, biyogenez ve dönüşümle ilgili proteinleri içerir.

Proteinlerin çekirdeğe ithal edilmesi iki aşamada gerçekleşir: 1) proteinin CPN'nin sitoplazmik tarafına bağlanması; 2) CPN aracılığıyla ATP'ye bağlı translokasyon. Bu süreç, ATP'nin hidrolizini ve çekirdek ile sitoplazma arasında GTP / GDP değişimini gerektirir.

Bir taşıma modeline göre, reseptör-protein kompleksi, nükleoporinlerin FG tekrar dizilerine bağlanarak, ayrışarak ve yeniden bağlanarak kanal boyunca hareket eder. Bu şekilde kompleks, CPN içinde bir nükleoporinden diğerine hareket eder.

Maddelerin ihracatı

İthalata benzer. Ran GTPase, CNP üzerinden ulaşımda yönlülüğü zorlar. Ran, GDP'ye mi yoksa GTP'ye mi bağlı olduğuna bağlı olarak iki yapısal duruma sahip bir moleküler anahtardır.

İki Ran'a özgü düzenleyici protein, iki durum arasındaki dönüşümü tetikler: 1) GTP hidrolizine neden olan ve böylece Ran-GTP'yi Ran-GDP'ye dönüştüren sitozolik GTPaz aktive edici protein (GAP); ve 2) GTP için GSYİH değişimini teşvik eden ve Ran-GDP'yi Ran-GTP'ye dönüştüren nükleer guanin değişim faktörü (GEF).

Sitozol esas olarak Ran-GDP içerir. Çekirdek esas olarak Ran-GTP'yi içerir. Ran'ın iki konformasyonel formunun bu gradyanı, nakliyeyi uygun yönde yönlendirir.

Yüke bağlı olan alıcının ithalatı, FG tekrarlarına bağlanarak kolaylaştırılır. CNP'nin nükleer tarafına ulaşırsa, Ran-GTP pozisyonunu serbest bırakmak için alıcıya katılır. Böylece Ran-GTP, ithalat sürecinin yönünü oluşturur.

Nükleer ihracat benzer. Bununla birlikte, çekirdekteki Ran-GTP, yükün reseptör ihracatına bağlanmasını destekler. Dışa aktarım reseptörü gözenek içinden sitozole hareket ettiğinde, GTP'nin GDP'ye hidrolizini indükleyen Ran-GAP ile karşılaşır. Son olarak, reseptör postasından ve sitozoldeki Ran-GDP'den serbest bırakılır.

RNA aktarımı

Bazı RNA sınıflarının ihracatı, proteinlerin ihracatına benzer. Örneğin, tRNA ve nsRNA (küçük nükleer), RanGTP gradyanını kullanır ve sırasıyla carioferin exportin-t ve Crm ile CPN aracılığıyla taşınır. Olgun ribozomların ihracı da RanGTP gradyanına bağlıdır.

MRNA, proteinlerden ve diğer RNA'lardan çok farklı bir şekilde ihraç edilir. MRNA, ihracatı için, içinde bir mRNA molekülünün yüzlerce protein molekülü ile çevrili olduğu bir haberci RNP (mRNP) kompleksi oluşturur. Bu proteinler, mRNA'nın işlenmesinden, kapatılmasından, eklenmesinden ve poliadenilasyonundan sorumludur.

Hücre, olgun mRNA ile mRNA ve olgunlaşmamış mRNA ile mRNA arasında ayrım yapabilmelidir. RPNm kompleksini oluşturan mRNA, taşıma için yeniden modellenmesi gereken topolojileri benimseyebilir. MRNP, CPN'ye girmeden önce, TRAMP ve eksozom protein kompleksleri tarafından gerçekleştirilen bir kontrol adımı gerçekleşir.

Olgun RNPm birleştirildiğinde, RPNm kanal boyunca bir taşıma reseptörü (Nxf1-Nxt1) tarafından taşınır. Bu reseptör, sitoplazmaya ulaşacak olan mRNP'nin yeniden şekillenme yönlülüğünü oluşturmak için ATP'nin hidrolizini (bir RanGTP gradyanını değil) gerektirir.

Çekirdek gözenek kompleksi ve gen ifadesinin kontrolü

Bazı çalışmalar, CPN bileşenlerinin, kromatinin yapısını ve transkripsiyon faktörlerine erişilebilirliğini kontrol ederek gen ekspresyonunun düzenlenmesini etkileyebileceğini göstermektedir.

Daha yakın zamanda evrimleşmiş ökaryotlarda heterokromatin, tercihen çekirdeğin çevresinde bulunur. Bu bölge, CPN'nin nükleer sepeti tarafından sürdürülen ökromatin kanalları tarafından kesintiye uğrar. Ökromatin ile nükleer sepet ilişkisi, gen transkripsiyonu ile ilgilidir.

Örneğin, CPN seviyesinde transkripsiyonun aktivasyonu, nükleer sepet bileşenlerinin histon SAGA asetiltransferaz ve RNA verme faktörleri gibi proteinlerle etkileşimini içerir.

Bu nedenle, nükleer sepet, çevresel koşullardaki değişikliklerle güçlü bir şekilde indüklenen çok sayıda yüksek düzeyde kopyalanmış temizlik genleri ve genleri için bir platformdur.

Nükleer gözenek kompleksi ve viroloji

Ökaryotik hücrelerin viral enfeksiyonu CPN'ye bağlıdır. Her bir viral enfeksiyon durumunda başarısı, nihai hedefi olan virüs replikasyonuna ulaşmak için CPN'den geçen DNA, RNA veya RPN'ye bağlıdır.

Simian virüsü 40 (SV40), CPN'nin çekirdek içindeki translokasyondaki rolünü araştırmak için en çok çalışılan modellerden biri olmuştur. Bunun nedeni, SV40'ın küçük bir genoma (5,000 baz) sahip olmasıdır.

Virüs DNA'sının taşınmasının, virüsü çekirdeğe ulaşana kadar koruyan virüs kat proteinleri tarafından kolaylaştırıldığı gösterilmiştir.

Bileşenler

CPN, nükleer zarfın içine yerleştirilmiştir ve yaklaşık olarak 500 ila 1000 Nup'tan oluşur. Bu proteinler, birbirleriyle etkileşime giren yapısal alt kompleksler veya modüller halinde düzenlenir.

Birinci modül, kum saati şeklindeki gözenek içindeki merkezi bir bileşen veya halkadır ve her iki yüzde de intranükleer ve sitoplazmik olarak 120 nm çapında başka bir halka ile sınırlıdır. İkinci modül, kum saati şeklindeki bileşenin etrafına yerleştirilmiş çekirdek ve sitoplazma halkalarıdır (her biri 120 nm çapında).

Üçüncü modül, 120 nm halkadan nükleoplazmaya çıkıntı yapan ve sepet şeklinde bir yapı oluşturan sekiz filamenttir. Dördüncü modül, sitoplazmanın yan tarafına doğru çıkıntı yapan liflerden oluşur.

Altı Nup ve Seh 1 ve Sec 13 proteinlerinden oluşan Y şeklindeki kompleks, CNP'nin en büyük ve en iyi karakterize edilmiş kompleksidir. Bu kompleks, CPN'nin iskelesinin bir parçası olan temel birimdir.

Nup dizileri arasındaki düşük benzerliğe rağmen, CPN iskelesi tüm ökaryotlarda yüksek oranda korunmuştur.

Referanslar

1. Beck, M., Hurt, E. 2016. Nükleer gözenek kompleksi: yapısal anlayışla işlevini anlamak. Doğa İncelemeleri, Moleküler Hücre Biyolojisi, Doi: 10.1038 / nrm.2016.147.
2. Ibarra, A., Hetzer, MW 2015. Nükleer gözenek proteinleri ve genom fonksiyonlarının kontrolü. Genler ve Gelişim, 29, 337–349.
3. Kabachinski, G., Schwartz, TU 2015. Nükleer gözenek kompleksi - bir bakışta yapı ve işlev. Journal of Cell Science, 128, 423–429.
4. Knockenhauer, KE, Schwartz, TU 2016. Esnek ve dinamik bir kapı olarak nükleer gözenek kompleksi. Celi, 164, 1162-1171.
5. Ptak, C., Aitchison, JD, Wozniak, RW 2014. Çok işlevli nükleer gözenek kompleksi: gen ifadesini kontrol etmek için bir platform. Güncel Hücre Biyolojisi Görüşü, DOI: 10.1016 / j.ceb.2014.02.001.
6. Stawicki, SP, Steffen, J. 2017. Cumhuriyet: nükleer gözenek kompleksi - yapı ve fonksiyonun kapsamlı bir incelemesi. Uluslararası Akademik Tıp Dergisi, 3, 51–59.
7. Tran, EJ, Wente, SR 2006. Dinamik nükleer gözenek kompleksleri: sınırda hayat. Celi, 125, 1041-1053.