KJERNEPORE: KJENNETEGN, FUNKSJONER, KOMPONENTER - BIOLOGI - 2026

Den kjernefysiske pore (fra gresk porer = passasje eller transitt) er "gate" av kjernen som gir mesteparten av transporten mellom nukleoplasma og cytoplasmaet. Den kjernefysiske porene føyer seg inn i de indre og ytre membranene i kjernen for å danne kanaler, som tjener til å transportere proteiner og RNA.

Ordet pore gjenspeiler ikke kompleksiteten i den aktuelle strukturen. På grunn av dette er det å foretrekke å referere til kjerneporekompleks (CPN), snarere enn kjernepore. CPN kan gjennomgå endringer i strukturen under transport eller tilstander i cellesyklusen.

Kilde: RS Shaw på engelsk Wikipedia.

Nylig har det blitt oppdaget at nukleoporiner, proteiner som utgjør CPN, har en viktig rolle i reguleringen av genuttrykk. Når det oppstår mutasjoner som påvirker funksjonen til nukleoporiner, forekommer patologier hos mennesker, for eksempel autoimmune sykdommer, kardiomyopatier, virusinfeksjoner og kreft.

kjennetegn

Ved bruk av elektron-tomografi ble det bestemt at CPN hadde en tykkelse på 50 nm, en ytre diameter mellom 80 og 120 nm og en indre diameter på 40 nm. Store molekyler som den store ribosomsubenheten (MW 1590 kDa) kan eksporteres ut av kjernen gjennom CPN. Det er anslått at det er mellom 2000 og 4000 NPC per kjerner.

Molekylvekten til et individ CPN ligger omtrent mellom 120 og 125 MDa (1 MDa = 10 ⁶ Da) i virveldyr. I kontrast er CPN mindre i gjær, hvor den er omtrent 60 MDa. Til tross for den enorme størrelsen på CPN, er nukleoporiner sterkt bevart i alle eukaryoter.

Translokasjon gjennom CPN er en rask prosess, hvis hastighet er 1000 translokasjoner / sekund. CPN bestemmer imidlertid ikke selv retningen på transportstrømmen.

Det avhenger av RanGTP-gradienten, som er større i kjernen enn i cytosol. Denne gradienten opprettholdes av en guaninutvekslingsfaktor Ran.

I løpet av cellesyklusen gjennomgår CPN-er monterings- og demonteringssykluser. Montering skjer ved grensesnittet og umiddelbart etter mitose.

Egenskaper

Ribonukleinsyre (lite kjernefysisk RNA, messenger-RNA, overførings-RNA), proteiner og ribonukleoproteiner (RNPs) må transporteres aktivt gjennom CPN. Dette betyr at energien fra hydrolyse av ATP og GTP er nødvendig. Hvert molekyl transporteres på en spesifikk måte.

Generelt sett er RNA-molekyler pakket med proteiner som danner RNP-komplekser, og blir eksportert på denne måten. I motsetning til dette, proteiner som transporteres aktivt til kjernen, må ha en kjernelokaliseringssignalsekvens (SLN) og ha positivt ladede aminosyrerester (f.eks. KKKRK).

Proteiner som eksporteres til kjernen, må ha et kjernes eksportsignal (NES) rik på aminosyren leucin.

I tillegg til å lette transport mellom kjernen og cytoplasma, er CPN-er involvert i organisering av kromatin, regulering av genuttrykk og DNA-reparasjon. Nukleoporiner (Nups) fremmer aktivering eller undertrykkelse av transkripsjon, uavhengig av tilstanden til celleproliferasjon.

I gjær finnes Nups i CNP på atomkonvolutten. I metazoans finnes de inni. De utfører de samme funksjonene i alle eukaryoter.

Import av stoffer

Gjennom CPN er det passiv diffusjon av små molekyler i begge retninger og aktiv transport, import av proteiner, eksport av RNA og ribonukleoproteiner (RNPs) og den toveis transport av molekyler. Det siste inkluderer RNA, RNP og proteiner involvert i signalering, biogenese og omsetning.

Import av proteiner i kjernen skjer i to trinn: 1) binding av proteinet til den cytoplasmatiske siden av CPN; 2) ATP-avhengig translokasjon gjennom CPN. Denne prosessen krever hydrolyse av ATP og utveksling av GTP / BNP mellom kjernen og cytoplasma.

I henhold til en transportmodell beveger reseptor-proteinkomplekset seg langs kanalen ved å feste, dissosiere og feste til FG-repetisjonssekvensene til nukleoporinene. På denne måten beveger komplekset seg fra ett nukleoporin til et annet innenfor CPN.

Eksport av stoffer

Det ligner på import. Ran GTPase håndhever retning i transport gjennom CNP. Ran er en molekylær bryter med to konformasjonstilstander, avhengig av om den er bundet til BNP eller GTP.

To Ran-spesifikke regulatoriske proteiner utløser konverteringen mellom de to tilstandene: 1) cytosolisk GTPase-aktivatorprotein (GAP), som forårsaker GTP-hydrolyse og dermed konverterer Ran-GTP til Ran-GDP; og 2) kjernefysisk guaninutvekslingsfaktor (GEF), som fremmer utvekslingen av BNP for GTP og konverterer Ran-BNP til Ran-GTP.

Cytosolen inneholder hovedsakelig Ran-BNP. Kjernen inneholder hovedsakelig Ran-GTP. Denne gradienten av de to konformasjonsformene til Ran styrer transporten i riktig retning.

Import av reseptoren, festet til lasten, letter det ved tilknytning til FG-repetisjonene. Hvis den når den nukleære siden av CNP, blir Ran-GTP med i mottakeren når han slipper sin stilling. Dermed skaper Ran-GTP retningen for importprosessen.

Atomeksport er lik. Imidlertid fremmer Ran-GTP i kjernen bindingen av last til reseptoreksport. Når eksportreseptoren beveger seg gjennom porene inn i cytosol, møter den Ran-GAP, som induserer hydrolyse av GTP til BNP. Til slutt frigjøres reseptoren fra posten og Ran-BNP i cytosol.

RNA-transport

Eksporten av noen klasser av RNA tilsvarer eksporten av proteiner. For eksempel bruker tRNA og nsRNA (lite kjernefysisk) RanGTP-gradienten og blir transportert gjennom CPN av henholdsvis carioferin exportin-t og Crm. Eksporten av modne ribosomer er også avhengig av RanGTP-gradienten.

MRNA eksporteres på en veldig annen måte enn proteiner og andre RNA. For sin eksport danner mRNA et kompleks av messenger RNP (mRNP), der ett mRNA-molekyl er omgitt av hundrevis av proteinmolekyler. Disse proteinene er ansvarlige for prosessering, avdekking, skjøting og polyadenylering av mRNA.

Cellen må kunne skille mellom mRNA med modent mRNA og mRNA med umoden mRNA. MRNA, som danner RPNm-komplekset, kan ta i bruk topologier som må ombygges for transport. Før mRNP går inn i CPN, oppstår et kontrolltrinn utført av TRAMP og eksosome proteinkomplekser.

Når den modne RNPm er satt sammen, transporteres RPNm gjennom kanalen av en transportreseptor (Nxf1-Nxt1). Denne reseptoren krever hydrolyse av ATP (ikke en RanGTP-gradient) for å etablere remodelleringsretningen for mRNP, som vil nå cytoplasmaet.

Det nukleære porekomplekset og kontrollen av genuttrykk

Noen studier indikerer at CPN-komponenter kan påvirke reguleringen av genuttrykk ved å kontrollere strukturen til kromatin og dens tilgjengelighet til transkripsjonsfaktorer.

I mer nylig utviklede eukaryoter er heterokromatin fortrinnsvis lokalisert ved periferien av kjernen. Dette territoriet blir avbrutt av eukromatinkanaler, som opprettholdes av kjernekurven til CPN. Den kjernefysiske kurven assosiasjon med euchromatin er relatert til gentranskripsjon.

For eksempel involverer aktivering av transkripsjon på CPN-nivå samspillet mellom komponenter i kjernekurven med proteiner som histon SAGA-acetyltransferase og RNA-eksportfaktorer.

Dermed er atomkurven en plattform for mange høyt transkriberte husholdningsgener og gener som er sterkt indusert av endringer i miljøforholdene.

Det kjernefysiske porekomplekset og virologien

Viral infeksjon av eukaryote celler er avhengig av CPN. I hvert tilfelle av virusinfeksjon avhenger suksessen av at DNA, RNA eller RPN passerer gjennom CPN for å oppnå sitt endelige mål, som er virusreplikasjon.

Simian virus 40 (SV40) har vært en av de mest studerte modellene for å undersøke CPNs rolle i translokasjon i kjernen. Dette fordi SV40 har et lite genom (5000 baser).

Det har blitt vist at transport av virus-DNA er muliggjort av virusfrakkproteiner, som beskytter viruset til det når kjernen.

komponenter

CPN er innebygd i atomkonvolutten og består av mellom 500 og 1000 Nups, omtrent. Disse proteinene er organisert i strukturelle subkomplekser eller moduler, som samvirker med hverandre.

Den første modulen er en sentral komponent eller ring i timeglassformet pore, som er begrenset av en annen ring med en diameter på 120 nm på begge sider, intranukleær og cytoplasmisk. Den andre modulen er kjernen og cytoplasmaringene (hver 120 nm i diameter) lokalisert rundt den timeglassformede komponenten.

Den tredje modulen er åtte filamenter som strekker seg fra 120 nm-ringen inn i nukleoplasma og danner en kurvformet struktur. Den fjerde modulen består av glødetrådene som rager ut mot cytoplasma-siden.

Det Y-formede komplekset, bestående av seks Nups og proteinene Seh 1 og Sec 13, er det største og best karakteriserte komplekset med CNP. Dette komplekset er den essensielle enheten som er en del av stillasene til CPN.

Til tross for den lave likheten mellom sekvensene til Nups, er CPN-stillaset høyt bevart i alle eukaryoter.

referanser

1. Beck, M., Hurt, E. 2016. Atomporekomplekset: forstå dens funksjon gjennom strukturell innsikt. Nature Reviews, Molecular Cell Biology, Doi: 10.1038 / nrm.2016.147.
2. Ibarra, A., Hetzer, MW 2015. Kjerneporeproteiner og kontroll av genomfunksjoner. Gener og utvikling, 29, 337–349.
3. Kabachinski, G., Schwartz, TU 2015. Atomporekomplekset - struktur og funksjon på et øyeblikk. Journal of Cell Science, 128, 423–429.
4. Knockenhauer, KE, Schwartz, TU 2016. Atomporekomplekset som en fleksibel og dynamisk port. Cell, 164, 1162-1171.
5. Ptak, C., Aitchison, JD, Wozniak, RW 2014. Det multifunksjonelle kjerneporekomplekset: en plattform for å kontrollere genuttrykk. Current Opinion of Cell Biology, DOI: 10.1016 / j.ceb.2014.02.001.
6. Stawicki, SP, Steffen, J. 2017. Republikk: atomkraftkomplekset - en omfattende gjennomgang av struktur og funksjon. International Journal of Academic Medicine, 3, 51–59.
7. Tran, EJ, Wente, SR 2006. Dynamiske kjernefysiske porekomplekser: livet på kanten. Cell, 125, 1041-1053.