JEDRSKE PORE: ZNAČILNOSTI, FUNKCIJE, KOMPONENTE - BIOLOGIJA - 2026

Jedrske por (iz grške besede, pore = prehod ali tranzit) je "vrata" iz jedra, ki omogoča večji del prometa med nucleoplasm in citoplazmo. Jedrska pora se pridruži notranji in zunanji membrani jedra in tvori kanale, ki služijo za prevoz beljakovin in RNK.

Beseda pore ne odraža kompleksnosti zadevne strukture. Zaradi tega se raje nanaša na jedrski pore kompleks (CPN), ne pa na jedrske pore. CPN se lahko spremeni v svoji strukturi med prevozom ali staničnim ciklom.

Vir: RS Shaw na angleški Wikipediji.

V zadnjem času so odkrili, da imajo nukleoporini, beljakovine, ki sestavljajo CPN, pomembno vlogo pri uravnavanju genske ekspresije. Tako se ob pojavu mutacij, ki vplivajo na delovanje nukleoporinov, pri ljudeh pojavijo patologije, kot so avtoimunske bolezni, kardiomiopatije, virusne okužbe in rak.

značilnosti

S pomočjo elektronske tomografije smo ugotovili, da ima CPN debelino 50 nm, zunanji premer med 80 in 120 nm in notranji premer 40 nm. Velike molekule, kot je velika podenota ribosoma (MW 1590 kDa), se lahko preko CPN izvozijo iz jedra. Ocenjujejo, da je med 2.000 in 4.000 NPC na jedro.

Molekularna teža posameznega CPN je pri vretenčarjih približno med 120 in 125 MDa (1 MDa = 10 ⁶ Da). V nasprotju s tem je CPN manjši pri kvasovkah, v katerem znaša približno 60 MDa. Kljub ogromni velikosti CPN so nukleoporini zelo ohranjeni pri vseh evkariotih.

Prenos preko CPN je hiter postopek, katerega hitrost je 1000 translokacij / sekundo. Vendar CPN sam ne določa smeri transportnega toka.

Odvisno je od gradienta RanGTP, ki je v jedru večji kot v citosolu. Ta gradient vzdržuje faktor izmenjave gvanina Ran.

Med celicnim ciklom se CPN cikli sestavljanja in odklapljanja njihovih komponent. Sestavljanje poteka na vmesniku in takoj po mitozi.

Lastnosti

Ribonukleinska kislina (majhna jedrska RNA, sporočilna RNA, prenosna RNA), beljakovine in ribonukleoproteini (RNP) se morajo aktivno prenašati skozi CPN. To pomeni, da je potrebna energija iz hidrolize ATP in GTP. Vsaka molekula se prevaža na specifičen način.

Na splošno so molekule RNA polnjene z beljakovinami, ki tvorijo RNP komplekse, ki se izvozijo na ta način. V nasprotju s tem morajo beljakovine, ki se aktivno transportirajo v jedro, imeti signalno zaporedje lokalizacije jedra (SLN) in imeti pozitivno nabite ostanke aminokislin (npr. KKKRK).

Beljakovine, ki se izvozijo v jedro, morajo imeti signal za izvoz jedra (NES), bogat z aminokislinskim levcinom.

Poleg tega, da olajšajo prevoz med jedrom in citoplazmo, so CPN vključeni v organizacijo kromatina, uravnavanje genske ekspresije in popravljanje DNK. Nukleoporini (Nups) spodbujajo aktiviranje ali zatiranje transkripcije, ne glede na stanje celične proliferacije.

V kvasovkah se Nups nahaja v CNP jedrske ovojnice. V metazojih jih najdemo v notranjosti. V vseh evkariontih opravljajo enake funkcije.

Uvoz snovi

Skozi CPN poteka pasivna difuzija majhnih molekul v obeh smereh in aktivni transport, uvoz beljakovin, izvoz RNK in ribonukleoproteinov (RNP) ter dvosmerni shuttle molekul. Slednje vključuje RNA, RNP in beljakovine, ki sodelujejo v signalizaciji, biogenezi in prometu.

Uvoz beljakovin v jedro poteka v dveh korakih: 1) vezava proteina na citoplazemsko stran CPN; 2) ATP-odvisna premestitev prek CPN. Ta postopek zahteva hidrolizo ATP in izmenjavo GTP / BDP med jedrom in citoplazmo.

Po transportnem modelu se receptorsko-beljakovinski kompleks giblje vzdolž kanala s pritrditvijo, disociacijo in pripenjanjem na FG ponavljajoče sekvence nukleoporinov. Na ta način kompleks prehaja iz enega nukleoporina v drugega znotraj CPN.

Izvoz snovi

Podobno je pri uvozu. Ran GTPase uveljavlja usmerjenost pri prevozu prek CNP. Ran je molekularno stikalo z dvema konformacijskima stanjem, odvisno od tega, ali je vezano na BDP ali GTP.

Dva regulativna proteina, specifična za Ran, sprožata pretvorbo med dvema stanjama: 1) citosolni GTPase aktivatorski protein (GAP), ki povzroči hidrolizo GTP in tako pretvori Ran-GTP v Ran-BDP; in 2) faktor izmenjave jedrskega gvanina (GEF), ki spodbuja izmenjavo BDP za GTP in pretvori BDP iz Ranga v Ran-GTP.

Citosol vsebuje v glavnem BDP BDP. Jedro vsebuje predvsem Ran-GTP. Ta naklon obeh konformacijskih oblik Ran usmeri transport v ustrezno smer.

Uvoz receptorja, pritrjenega na tovor, je olajšan s pritrditvijo na ponovitve FG. Če doseže jedrsko stran CNP, se Ran-GTP pridruži sprejemniku in sprosti svoj položaj. Tako Ran-GTP ustvari smer postopka uvoza.

Jedrski izvoz je podoben. Vendar pa Ran-GTP v jedru spodbuja vezavo tovora na izvoz receptorjev. Ko se izvozni receptor premakne skozi pore v citosol, naleti na Ran-GAP, ki povzroči hidrolizo GTP v BDP. Končno se receptor sprosti iz svojega mesta in Ran-BDP v citosolu.

RNA prevoz

Izvoz nekaterih razredov RNA je podoben izvozu beljakovin. Na primer, tRNA in nsRNA (majhna jedrska) uporabljata gradient RanGTP in se skozi CPN prevažata s carioferin exportin-t in Crm. Izvoz zrelih ribosomov je odvisen tudi od gradienta RanGTP.

MRNA se izvozi na povsem drugačen način kot beljakovine in druge RNA. Za svoj izvoz mRNA tvori kompleks messengerja RNP (mRNP), v katerem je ena molekula mRNA obdana s stotinami beljakovinskih molekul. Ti proteini so odgovorni za predelavo, omejevanje, spajanje in poliadenilacijo mRNA.

Celica mora biti sposobna razlikovati med mRNA z zrelo mRNA in mRNA z nezrelo mRNA. MRNA, ki tvori kompleks RPNm, bi lahko sprejela topologije, ki jih je treba prenastaviti za prevoz. Preden mRNP vstopi v CPN, pride do kontrolnega koraka, ki ga izvedejo TRAMP in eksosomski proteinski kompleksi.

Ko je zrel RNPm sestavljen, se RPNm skozi kanal prevaža s transportnim receptorjem (Nxf1-Nxt1). Ta receptor potrebuje hidrolizo ATP (ne gradient RanGTP), da ugotovi smer remodeliranja mRNP, ki bo dosegel citoplazmo.

Kompleks jedrskih por in nadzor genske ekspresije

Nekatere študije kažejo, da lahko komponente CPN vplivajo na uravnavanje ekspresije genov z nadzorom strukture kromatina in njegove dostopnosti do transkripcijskih faktorjev.

V novejših evoluiranih evkariotih je prednostno na obrobju jedra heterokromatin. To ozemlje prekinjajo evkromatinski kanali, ki jih vzdržuje jedrska košara CPN. Povezava jedrske košare z evromatinom je povezana z prepisovanjem genov.

Na primer, aktiviranje transkripcije na ravni CPN vključuje interakcijo komponent jedrske košare z beljakovinami, kot so histon SAGA acetiltransferaza in izvozni faktorji RNA.

Tako je jedrska košara platforma številnih visoko prepisanih genov gospodinjstva in genov, ki jih močno vplivajo spremembe okoljskih razmer.

Kompleks jedrskih por in virologija

Virusna okužba evkariontskih celic je odvisna od CPN. V vsakem primeru virusne okužbe je njen uspeh odvisen od DNK, RNA ali RPN, ki prehajajo skozi CPN, da bi dosegli končni cilj, to je razmnoževanje virusa.

Simian virus 40 (SV40) je bil eden najbolj preučenih modelov za raziskovanje vloge CPN pri translokaciji znotraj jedra. To je zato, ker ima SV40 majhen genom (5.000 baz).

Pokazalo se je, da transport virusne DNK olajšajo proteini virusnih oblog, ki ščitijo virus, dokler ne doseže jedra.

Komponente

CPN je vgrajen v jedrsko ovojnico in ga sestavlja približno 500 do 1000 Nups. Ti proteini so organizirani v strukturne podkomplekse ali module, ki medsebojno delujejo.

Prvi modul je osrednja komponenta ali obroč znotraj pore v obliki peščenega stekla, ki je na obeh straneh omejena z drugim obročem premera 120 nm, znotrajjedrnim in citoplazemskim. Drugi modul so obroči jedra in citoplazme (s premerom 120 nm), ki so nameščeni okoli sestavnega dela peščenega stekla.

Tretji modul je osem filamentov, ki iz 120 nm obroča štrlijo v nukleoplazmo in tvorijo strukturo v obliki košare. Četrti modul je sestavljen iz filamentov, ki štrlijo na stran citoplazme.

Kompleks v obliki črke Y, sestavljen iz šestih Nups in proteinov Seh 1 in Sec 13, je največji in najbolje označen kompleks CNP. Ta kompleks je bistvena enota, ki je del odrov CPN.

Kljub nizki podobnosti med sekvencami Nups, je oder CPN zelo ohranjen pri vseh evkariotih.

Reference

1. Beck, M., Hurt, E. 2016. Jedrski poreški kompleks: razumevanje njegove funkcije s strukturnim vpogledom. Nature Reviews, Molecular Cell Biology, Doi: 10.1038 / nrm.2016.147.
2. Ibarra, A., Hetzer, MW 2015. Jedrski pore proteini in nadzor funkcij genoma. Geni in razvoj, 29, 337–349.
3. Kabachinski, G., Schwartz, TU 2015. Jedrski poreški kompleks - zgradba in delovanje na prvi pogled. Journal of Cell Science, 128, 423–429.
4. Knockenhauer, KE, Schwartz, TU 2016. Jedrski poreški kompleks kot prilagodljiva in dinamična vrata. Celica, 164, 1162-1171.
5. Ptak, C., Aitchison, JD, Wozniak, RW 2014. Večnamenski kompleks jedrskih por: platforma za nadzor genske ekspresije. Trenutno mnenje o celični biologiji, DOI: 10.1016 / j.ceb.2014.02.001.
6. Stawicki, SP, Steffen, J. 2017. Reputacija: kompleks jedrskih por - celovit pregled strukture in delovanja. International Journal of Academic Medicine, 3, 51–59.
7. Tran, EJ, Wente, SR 2006. Dinamični jedrski kompleksi pore: življenje na robu. Celica, 125, 1041-1053.