ลักษณะรูพรุนของนิวเคลียสหน้าที่ส่วนประกอบ - ชีววิทยา

รูขุมขนนิวเคลียร์ (มาจากภาษากรีก, รูขุมขน = ทางเดินหรือการขนส่ง) เป็น "ประตู" ของนิวเคลียสที่ช่วยให้มากที่สุดของการขนส่งระหว่างนิวคลีโอพลาสซึมและพลาสซึมที่ รูขุมขนนิวเคลียร์เชื่อมต่อกับเยื่อภายในและภายนอกของนิวเคลียสเพื่อสร้างช่องทางซึ่งทำหน้าที่ขนส่งโปรตีนและ RNA

คำว่ารูขุมขนไม่ได้สะท้อนถึงความซับซ้อนของโครงสร้างที่เป็นปัญหา ด้วยเหตุนี้จึงควรอ้างถึงนิวเคลียร์พอร์คอมเพล็กซ์ (CPN) มากกว่ารูขุมขนนิวเคลียร์ CPN สามารถเปลี่ยนแปลงโครงสร้างระหว่างการขนส่งหรือสถานะของวัฏจักรของเซลล์

ที่มา: RS Shaw จาก English Wikipedia

เมื่อเร็ว ๆ นี้มีการค้นพบว่านิวคลีโอพอรินซึ่งเป็นโปรตีนที่ประกอบเป็น CPN มีส่วนสำคัญในการควบคุมการแสดงออกของยีน ดังนั้นเมื่อเกิดการกลายพันธุ์ที่ส่งผลต่อการทำงานของนิวคลีโอพอรินพยาธิสภาพจึงเกิดขึ้นในมนุษย์เช่นโรคแพ้ภูมิตัวเองคาร์ดิโอไมโอพาธีการติดเชื้อไวรัสและมะเร็ง

ลักษณะเฉพาะ

โดยการตรวจเอกซเรย์อิเล็กตรอนพบว่า CPN มีความหนา 50 นาโนเมตรเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกระหว่าง 80 ถึง 120 นาโนเมตรและเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 40 นาโนเมตร โมเลกุลขนาดใหญ่เช่นหน่วยย่อยของไรโบโซมขนาดใหญ่ (MW 1590 kDa) สามารถส่งออกจากนิวเคลียสผ่าน CPN คาดว่าจะมี NPC อยู่ระหว่าง 2,000 ถึง 4,000 NPC ต่อนิวเคลียส

น้ำหนักโมเลกุลของ CPN แต่ละตัวอยู่ที่ประมาณระหว่าง 120 ถึง 125 MDa (1 MDa = 10 ⁶ Da) ในสัตว์มีกระดูกสันหลัง ในทางตรงกันข้าม CPN มีขนาดเล็กกว่าในยีสต์ซึ่งมีขนาดประมาณ 60 MDa แม้ CPN จะมีขนาดมหึมา แต่นิวคลีโอพอรินยังได้รับการอนุรักษ์อย่างมากในยูคาริโอตทั้งหมด

การโยกย้ายผ่าน CPN เป็นกระบวนการที่รวดเร็วซึ่งมีความเร็ว 1,000 การแปล / วินาที อย่างไรก็ตาม CPN ไม่ได้กำหนดทิศทางของการขนส่ง

ขึ้นอยู่กับการไล่ระดับสีของ RanGTP ซึ่งมีค่าในนิวเคลียสมากกว่าในไซโตซอล การไล่ระดับสีนี้ได้รับการดูแลโดยปัจจัยการแลกเปลี่ยน guanine Ran

ในระหว่างวัฏจักรเซลล์ CPN จะผ่านการประกอบและวงจรการแตกแยกของส่วนประกอบ การชุมนุมเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานและทันทีหลังจากไมโทซิส

คุณสมบัติ

กรดไรโบนิวคลีอิก (RNA นิวเคลียร์ขนาดเล็ก, อาร์เอ็นเอของสาร, อาร์เอ็นเอที่ถ่ายโอน), โปรตีนและไรโบนิวคลีโอโปรตีน (RNPs) ต้องถูกขนส่งผ่าน CPN อย่างแข็งขัน ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องใช้พลังงานจากการย่อยสลายของ ATP และ GTP แต่ละโมเลกุลถูกขนส่งด้วยวิธีที่เฉพาะเจาะจง

โดยทั่วไปโมเลกุลของ RNA จะเต็มไปด้วยโปรตีนที่สร้าง RNP เชิงซ้อนซึ่งจะถูกส่งออกด้วยวิธีนี้ ในทางตรงกันข้ามโปรตีนที่เคลื่อนย้ายไปยังนิวเคลียสต้องมีลำดับสัญญาณการแปลนิวเคลียส (SLN) ซึ่งมีกรดอะมิโนตกค้างที่มีประจุบวก (เช่น KKKRK)

โปรตีนที่ส่งออกไปยังนิวเคลียสต้องมีสัญญาณส่งออกนิวเคลียส (NES) ที่อุดมไปด้วยกรดอะมิโนลิวซีน

นอกเหนือจากการอำนวยความสะดวกในการขนส่งระหว่างนิวเคลียสและไซโทพลาสซึมแล้ว CPN ยังมีส่วนเกี่ยวข้องกับการจัดระเบียบของโครมาตินการควบคุมการแสดงออกของยีนและการซ่อมแซมดีเอ็นเอ นิวคลีโอพอริน (Nups) ส่งเสริมการกระตุ้นหรือการปราบปรามการถอดความโดยไม่คำนึงถึงสถานะของการเพิ่มจำนวนเซลล์

ในยีสต์ Nups พบใน CNP ของซองนิวเคลียร์ ใน metazoans จะพบภายใน พวกมันทำหน้าที่เหมือนกันในยูคาริโอตทั้งหมด

การนำเข้าสาร

ผ่าน CPN จะมีการแพร่กระจายแบบพาสซีฟของโมเลกุลขนาดเล็กทั้งสองทิศทางและการขนส่งแบบแอคทีฟการนำเข้าโปรตีนการส่งออกอาร์เอ็นเอและไรโบนิวคลีโอโปรตีน (RNPs) และกระสวยแบบสองทิศทางของโมเลกุล อย่างหลัง ได้แก่ RNA, RNP และโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการส่งสัญญาณการสร้างทางชีวภาพและการหมุนเวียน

การนำโปรตีนเข้าสู่นิวเคลียสเกิดขึ้นใน 2 ขั้นตอน: 1) การจับโปรตีนกับด้านไซโตพลาสซึมของ CPN; 2) การโยกย้ายขึ้นอยู่กับ ATP ผ่าน CPN กระบวนการนี้ต้องการการไฮโดรไลซิสของ ATP และการแลกเปลี่ยน GTP / GDP ระหว่างนิวเคลียสกับไซโทพลาสซึม

ตามแบบจำลองการขนส่งคอมเพล็กซ์ของโปรตีนตัวรับจะเคลื่อนที่ไปตามช่องทางโดยการเชื่อมต่อแยกตัวออกและติดกลับเข้ากับลำดับ FG ซ้ำของนิวคลีโอพอริน ด้วยวิธีนี้คอมเพล็กซ์จะเคลื่อนที่จากนิวคลีโอโปรินหนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่งภายใน CPN

การส่งออกสาร

มันคล้ายกับการนำเข้า Ran GTPase บังคับทิศทางในการขนส่งผ่าน CNP Ran เป็นสวิตช์โมเลกุลที่มีสถานะตามรูปแบบสองสถานะขึ้นอยู่กับว่ามันถูกผูกไว้กับ GDP หรือ GTP

โปรตีนกฎข้อบังคับเฉพาะ Ran สองตัวทำให้เกิดการแปลงระหว่างสองสถานะ: 1) โปรตีนกระตุ้นการทำงานของ cytosolic GTPase (GAP) ซึ่งทำให้เกิดการไฮโดรไลซิส GTP และแปลง Ran-GTP เป็น Ran-GDP และ 2) นิวเคลียร์กัวนีนแลกเปลี่ยนแฟกเตอร์ (GEF) ซึ่งส่งเสริมการแลกเปลี่ยน GDP สำหรับ GTP และแปลง Ran-GDP เป็น Ran-GTP

cytosol ประกอบด้วย Ran-GDP เป็นหลัก เคอร์เนลส่วนใหญ่ประกอบด้วย Ran-GTP การไล่ระดับสีของรูปแบบที่สอดคล้องกันสองรูปแบบของ Ran จะชี้นำการขนส่งไปในทิศทางที่เหมาะสม

การนำเข้าของตัวรับที่แนบมากับสินค้าจะอำนวยความสะดวกโดยการแนบ FG-repeat ถ้ามันไปถึงด้านนิวเคลียร์ของ CNP Ran-GTP จะเข้าร่วมกับผู้รับในการปลดตำแหน่งของเขา ดังนั้น Ran-GTP จึงสร้างทิศทางของกระบวนการนำเข้า

การส่งออกนิวเคลียร์มีความคล้ายคลึงกัน อย่างไรก็ตาม Ran-GTP ในนิวเคลียสส่งเสริมการผูกของสินค้ากับการส่งออกตัวรับ เมื่อตัวรับการส่งออกเคลื่อนผ่านรูพรุนเข้าไปในไซโตซอลจะพบกับ Ran-GAP ซึ่งทำให้เกิดการย่อยสลายของ GTP เป็น GDP ในที่สุดตัวรับจะถูกปล่อยออกจากตำแหน่งและ Ran-GDP ในไซโตซอล

การขนส่ง RNA

การส่งออก RNA บางคลาสคล้ายกับการส่งออกโปรตีน ตัวอย่างเช่น tRNA และ nsRNA (นิวเคลียร์ขนาดเล็ก) ใช้การไล่ระดับของ RanGTP และถูกขนส่งผ่าน CPN โดย carioferin exportin-t และ Crm ตามลำดับ การส่งออกไรโบโซมที่โตเต็มที่ยังขึ้นอยู่กับการไล่ระดับสีของ RanGTP

MRNA ถูกส่งออกด้วยวิธีที่แตกต่างจากโปรตีนและ RNA อื่น ๆ สำหรับการส่งออก mRNA จะสร้างสาร RNP (mRNP) ที่ซับซ้อนซึ่งโมเลกุล mRNA หนึ่งตัวถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลโปรตีนหลายร้อยโมเลกุล โปรตีนเหล่านี้มีหน้าที่ในการประมวลผลการปิดผนึกการเชื่อมต่อและการทำโพลีอะดีไนเลชันของ mRNA

เซลล์ต้องสามารถแยกความแตกต่างระหว่าง mRNA กับ mRNA ที่โตเต็มที่และ mRNA กับ mRNA ที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะ mRNA ซึ่งเป็นรูปแบบ RPNm complex สามารถใช้โทโพโลยีที่จำเป็นต้องได้รับการออกแบบใหม่สำหรับการขนส่ง ก่อนที่ mRNP จะเข้าสู่ CPN ขั้นตอนการควบคุมจะเกิดขึ้นโดย TRAMP และ exosome protein complexes

เมื่อประกอบ RNPm ที่ครบกำหนดแล้ว RPNm จะถูกส่งผ่านช่องสัญญาณโดยตัวรับการขนส่ง (Nxf1-Nxt1) ตัวรับนี้ต้องการการไฮโดรไลซิสของ ATP (ไม่ใช่ RanGTP gradient) เพื่อกำหนดทิศทางการเปลี่ยนแปลงของ mRNP ซึ่งจะไปถึงไซโตพลาสซึม

รูขุมขนนิวเคลียร์ที่ซับซ้อนและการควบคุมการแสดงออกของยีน

การศึกษาบางชิ้นระบุว่าส่วนประกอบของ CPN อาจมีอิทธิพลต่อการควบคุมการแสดงออกของยีนโดยการควบคุมโครงสร้างของโครมาตินและความสามารถในการเข้าถึงปัจจัยการถอดความ

ในยูคาริโอตที่มีการพัฒนาเมื่อเร็ว ๆ นี้เฮเทอโรโครมาตินจะอยู่ที่รอบนอกของนิวเคลียส อาณาเขตนี้ถูกขัดจังหวะด้วยช่อง euchromatin ซึ่งดูแลโดยตะกร้านิวเคลียร์ของ CPN การเชื่อมโยงตะกร้านิวเคลียร์กับ euchromatin เกี่ยวข้องกับการถอดยีน

ตัวอย่างเช่นการกระตุ้นการถอดเสียงในระดับ CPN เกี่ยวข้องกับการทำงานร่วมกันของส่วนประกอบของตะกร้านิวเคลียร์กับโปรตีนเช่นฮิสโตน SAGA acetyltransferase และปัจจัยการส่งออก RNA

ดังนั้นตะกร้านิวเคลียร์จึงเป็นแพลตฟอร์มสำหรับยีนและยีนการดูแลทำความสะอาดที่ได้รับการถ่ายทอดสูงจำนวนมากซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม

รูขุมขนนิวเคลียร์ซับซ้อนและไวรัสวิทยา

การติดเชื้อไวรัสของเซลล์ยูคาริโอตขึ้นอยู่กับ CPN ในแต่ละกรณีของการติดเชื้อไวรัสความสำเร็จของมันขึ้นอยู่กับ DNA, RNA หรือ RPN ที่ผ่าน CPN เพื่อให้บรรลุเป้าหมายสูงสุดซึ่งก็คือการจำลองแบบของไวรัส

ไวรัสซิเมียน 40 (SV40) เป็นหนึ่งในแบบจำลองที่ได้รับการศึกษามากที่สุดในการตรวจสอบบทบาทของ CPN ในการย้ายตำแหน่งภายในนิวเคลียส เนื่องจาก SV40 มีจีโนมขนาดเล็ก (5,000 ฐาน)

แสดงให้เห็นว่าการขนส่งดีเอ็นเอของไวรัสได้รับการอำนวยความสะดวกโดยโปรตีนเคลือบไวรัสซึ่งจะปกป้องไวรัสจนกว่าจะถึงนิวเคลียส

ส่วนประกอบ

CPN ฝังอยู่ในซองนิวเคลียร์และประกอบด้วยระหว่าง 500 ถึง 1,000 Nups โดยประมาณ โปรตีนเหล่านี้จัดเป็นโครงสร้างย่อยหรือโมดูลซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน

โมดูลแรกเป็นส่วนประกอบกลางหรือวงแหวนภายในรูพรุนรูปนาฬิกาทรายซึ่งถูก จำกัด ด้วยวงแหวนอีกเส้นที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 120 นาโนเมตรบนใบหน้าทั้งสองข้างทั้งในนิวเคลียสและไซโทพลาสซึม โมดูลที่สองคือวงแหวนนิวเคลียสและไซโทพลาสซึม (เส้นผ่านศูนย์กลาง 120 นาโนเมตร) อยู่รอบ ๆ ส่วนประกอบรูปนาฬิกาทราย

โมดูลที่สามคือเส้นใยแปดเส้นที่ฉายจากวงแหวน 120 นาโนเมตรเข้าไปในนิวคลีโอพลาสซึมและสร้างโครงสร้างรูปตะกร้า โมดูลที่สี่ประกอบด้วยเส้นใยที่ยื่นออกไปทางด้านข้างของไซโทพลาสซึม

คอมเพล็กซ์รูปตัว Y ประกอบด้วย Nups หกตัวและโปรตีน Seh 1 และ Sec 13 เป็นคอมเพล็กซ์ CNP ที่ใหญ่ที่สุดและดีที่สุด คอมเพล็กซ์นี้เป็นหน่วยสำคัญที่เป็นส่วนหนึ่งของนั่งร้านของ CPN

แม้จะมีความคล้ายคลึงกันต่ำระหว่างลำดับ Nups แต่โครงนั่งร้าน CPN ได้รับการอนุรักษ์อย่างมากในยูคาริโอตทั้งหมด

อ้างอิง

Beck, M. , Hurt, E. 2016. คอมเพล็กซ์รูขุมขนนิวเคลียร์: ทำความเข้าใจการทำงานของมันผ่านความเข้าใจเชิงโครงสร้าง บทวิจารณ์ธรรมชาติอณูชีววิทยาเซลล์ดอย: 10.1038 / nrm.2016.147.
Ibarra, A. , Hetzer, MW 2015 โปรตีนรูขุมขนนิวเคลียร์และการควบคุมการทำงานของจีโนม. ยีนและพัฒนาการ, 29, 337–349
Kabachinski, G. , Schwartz, TU 2015 ความซับซ้อนของรูขุมขนนิวเคลียร์ - โครงสร้างและหน้าที่ได้อย่างรวดเร็ว วารสารเซลล์วิทยา, 128, 423–429
Knockenhauer, KE, Schwartz, TU 2016 คอมเพล็กซ์รูขุมขนนิวเคลียร์เป็นประตูที่ยืดหยุ่นและมีพลวัต เซลล์, 164, 1162-1171
Ptak, C. , Aitchison, JD, Wozniak, RW 2014 คอมเพล็กซ์รูขุมขนนิวเคลียร์แบบมัลติฟังก์ชั่น: แพลตฟอร์มสำหรับควบคุมการแสดงออกของยีน ความคิดเห็นปัจจุบันเกี่ยวกับชีววิทยาของเซลล์ DOI: 10.1016 / j.ceb.2014.02.001
Stawicki, SP, Steffen, J. 2017 รีพับลิกัน: คอมเพล็กซ์รูขุมขนนิวเคลียร์ - การทบทวนโครงสร้างและหน้าที่อย่างครอบคลุม International Journal of Academic Medicine, 3, 51–59
Tran, EJ, Wente, SR 2006 คอมเพล็กซ์รูขุมขนนิวเคลียร์แบบไดนามิก: ชีวิตบนขอบ เซลล์ 125, 1041-1053

ลักษณะรูพรุนของนิวเคลียสหน้าที่ส่วนประกอบ - ชีววิทยา - 2026