KODOLPORAS: RAKSTURLIELUMI, FUNKCIJAS, KOMPONENTI - BIOLOĢIJA - 2025

Kodolenerģijas poru (no grieķu, poras = fragments vai tranzīta) ir "vārti" uz kodola, kas ļauj lielāko daļu no transporta starp nucleoplasm un citoplazmā. Kodola pora pievienojas kodola iekšējai un ārējai membrānai, veidojot kanālus, kas kalpo olbaltumvielu un RNS transportēšanai.

Vārds pore neatspoguļo attiecīgās struktūras sarežģītību. Tāpēc ir vēlams atsaukties uz kodolu poru kompleksu (CPN), nevis uz kodolu porām. CPN var mainīties tā struktūrā šūnu cikla transportēšanas vai stāvokļu laikā.

Avots: RS Shaw angļu Vikipēdijā.

Nesen tika atklāts, ka nukleoporīniem, olbaltumvielām, kas veido CPN, ir svarīga loma gēnu ekspresijas regulēšanā. Tādējādi, kad notiek mutācijas, kas ietekmē nukleoporīnu darbību, cilvēkiem rodas tādas patoloģijas kā autoimūnas slimības, kardiomiopātijas, vīrusu infekcijas un vēzis.

raksturojums

Izmantojot elektronu tomogrāfiju, tika noteikts, ka CPN biezums ir 50 nm, ārējais diametrs ir no 80 līdz 120 nm un iekšējais diametrs ir 40 nm. Lielas molekulas, piemēram, lielo ribosomu subvienību (MW 1590 kDa), var izvest no kodola caur CPN. Tiek lēsts, ka vienā kodolā ir no 2000 līdz 4000 NPC.

Atsevišķa CPN molekulmasa ir aptuveni no 120 līdz 125 MDa (1 MDa = 10 ⁶ Da) mugurkaulniekiem. Turpretī CPN ir mazāks raugā, kurā tas ir aptuveni 60 MDa. Neskatoties uz milzīgo CPN lielumu, nukleoporīni ir ļoti konservēti visos eikariotos.

Translokācija caur CPN ir ātrs process, kura ātrums ir 1000 pārvietojumu sekundē. Tomēr CPN pats nenosaka transporta plūsmas virzienu.

Tas ir atkarīgs no RanGTP gradienta, kas kodolā ir lielāks nekā citosolā. Šo gradientu uztur ar guanīna apmaiņas koeficientu Ran.

Šūnu cikla laikā CPN notiek to sastāvdaļu montāžas un atdalīšanas cikli. Montāža notiek saskarnē un tūlīt pēc mitozes.

Iespējas

Ribonukleīnskābe (maza kodola RNS, Messenger RNS, pārneses RNS), olbaltumvielas un ribonukleoproteīni (RNP) ir aktīvi jāpārvadā caur CPN. Tas nozīmē, ka ir nepieciešama ATP un GTP hidrolīzes enerģija. Katra molekula tiek transportēta noteiktā veidā.

Parasti RNS molekulas ir pildītas ar olbaltumvielām, kas veido RNP kompleksus, tiek eksportētas šādā veidā. Turpretī olbaltumvielām, kuras tiek aktīvi transportētas uz kodolu, jābūt kodola lokalizācijas signāla secībai (SLN) ar pozitīvi lādētu aminoskābju atlikumiem (piemēram, KKKRK).

Olbaltumvielām, kuras tiek eksportētas uz kodolu, jābūt kodola eksporta signālam (NES), kas bagāts ar aminoskābi leicīnu.

Papildus pārvietošanās atvieglošanai starp kodolu un citoplazmu CPN ir iesaistīti hromatīna organizācijā, gēnu ekspresijas regulēšanā un DNS atjaunošanā. Nukleoporīni (Nups) veicina transkripcijas aktivizēšanu vai nomākšanu neatkarīgi no šūnu proliferācijas stāvokļa.

Raugā Nups ir atrodams kodolenerģijas aploksnes CNP. Metazoānos tie ir atrodami iekšpusē. Viņi veic vienādas funkcijas visos eikariotos.

Vielu imports

Caur CPN notiek mazu molekulu pasīva difūzija abos virzienos un aktīvs transports, olbaltumvielu imports, RNS un ribonukleoproteīnu (RNP) eksports un molekulu divvirzienu pārvietošanās. Pēdējā ietilpst RNS, RNP un olbaltumvielas, kas iesaistītas signalizācijā, bioģenēzē un apritē.

Olbaltumvielu importēšana kodolā notiek divos posmos: 1) olbaltumvielu saistīšana ar CPN citoplazmatisko pusi; 2) no ATP atkarīga pārvietošana caur CPN. Šis process prasa ATP hidrolīzi un GTP / IK apmaiņu starp kodolu un citoplazmu.

Saskaņā ar transporta modeli receptoru-olbaltumvielu komplekss pārvietojas pa kanālu, pievienojot, disociējot un atkārtoti piestiprinot nukleoporīnu atkārtotās FG sekvences. Tādā veidā komplekss pārvietojas no viena nukleoporīna uz otru CPN ietvaros.

Vielu eksports

Tas ir līdzīgs importam. Ran GTPase nodrošina virziena noteikšanu transportam caur CNP. Ran ir molekulārs slēdzis ar diviem konformācijas stāvokļiem atkarībā no tā, vai tas ir saistīts ar IKP vai GTP.

Divi Ran-specifiski regulējošie proteīni izraisa pārveidošanos starp diviem stāvokļiem: 1) citosola GTPāzi aktivējošais proteīns (GAP), kas izraisa GTP hidrolīzi un tādējādi Ran-GTP pārvērš Ran-GDP; un 2) kodolenananzīna apmaiņas koeficients (GEF), kas veicina IKP apmaiņu pret GTP un pārveido Ran-GDP par Ran-GTP.

Citosols galvenokārt satur Ran-IKP. Kodols galvenokārt satur Ran-GTP. Šis divu Ran konformācijas formu gradients virza transportu pareizajā virzienā.

Kravai piesaistītā receptora importu atvieglo piestiprināšana FG atkārtojumiem. Ja tas nonāk CNP kodolpusē, Ran-GTP pievienojas uztvērējam, atbrīvojot savu pozīciju. Tādējādi Ran-GTP izveido importēšanas procesa virzienu.

Kodolieroču eksports ir līdzīgs. Tomēr Ran-GTP kodolā veicina kravas saistīšanos ar receptoru eksportu. Kad eksporta receptors pārvietojas caur porām citosolā, tas sastopas ar Ran-GAP, kas inducē GTP hidrolīzi uz IKP. Visbeidzot, receptoru atbrīvo no tā vietas un Ran-GDP atrodas citosolā.

RNS transports

Dažu RNS klašu eksports ir līdzīgs olbaltumvielu eksportam. Piemēram, tRNS un nsRNA (mazais kodols) izmanto RanGTP gradientu un caur CPN tiek transportēti attiecīgi ar karioferīna exportin-t un Crm. Nobriedušu ribosomu eksports ir atkarīgs arī no RanGTP gradienta.

MRNS tiek eksportēts pavisam savādāk nekā olbaltumvielas un citas RNS. Eksportam mRNS veido sūtītāja RNP (mRNP) kompleksu, kurā vienu mRNS molekulu ieskauj simtiem olbaltumvielu molekulu. Šīs olbaltumvielas ir atbildīgas par mRNS apstrādi, pārklāšanu, savienošanu un poliadenilēšanu.

Šūnai jāspēj atšķirt mRNS ar nobriedušu mRNS un mRNS ar nenobriedušu mRNS. MRNS, kas veido RPNm kompleksu, varētu pieņemt topoloģijas, kuras transportēšanai ir jāpārveido. Pirms mRNP nonāk CPN, tiek veikts kontroles posms, ko veic TRAMP un eksosomu olbaltumvielu kompleksi.

Kad nobriedis RNPm ir samontēts, RPNm caur kanālu transportē ar transporta receptoru (Nxf1-Nxt1). Šim receptoram nepieciešama ATP hidrolīze (nevis RanGTP gradients), lai noteiktu mRNP pārveidošanas virzienu, kas sasniegs citoplazmu.

Kodolu poru komplekss un gēnu ekspresijas kontrole

Daži pētījumi norāda, ka CPN komponenti varētu ietekmēt gēnu ekspresijas regulēšanu, kontrolējot hromatīna struktūru un tā pieejamību transkripcijas faktoriem.

Nesen attīstītos eikariotos heterohromatīns galvenokārt atrodas kodola perifērijā. Šo teritoriju pārtrauc eihromatīnu kanāli, kurus uztur CPN kodolmateriālu grozs. Kodolmateriālu groza asociācija ar eihromatīnu ir saistīta ar gēnu transkripciju.

Piemēram, transkripcijas aktivizēšana CPN līmenī ietver kodola groza komponentu mijiedarbību ar olbaltumvielām, piemēram, histona SAGA acetiltransferāzi un RNS eksporta faktoriem.

Tādējādi kodola grozs ir platforma daudziem augsti transkribētiem mājturības gēniem un gēniem, kurus spēcīgi ietekmē vides apstākļu izmaiņas.

Kodolu poru komplekss un virusoloģija

Eikariotu šūnu vīrusu infekcija ir atkarīga no CPN. Katrā vīrusu infekcijas gadījumā tās panākumi ir atkarīgi no DNS, RNS vai RPN, kas iet caur CPN, lai sasniegtu savu galveno mērķi, proti, vīrusa replikāciju.

Sianijas vīruss 40 (SV40) ir bijis viens no visvairāk pētītajiem modeļiem, lai izpētītu CPN lomu translokācijā kodolā. Tas notiek tāpēc, ka SV40 ir mazs genoms (5000 bāzes).

Ir pierādīts, ka vīrusa DNS transportēšanu atvieglo vīrusa apvalka olbaltumvielas, kas aizsargā vīrusu, līdz tas sasniedz kodolu.

Komponenti

CPN ir iestrādāts kodolieroču apvalkā un sastāv no aptuveni 500 līdz 1000 Nup. Šie proteīni tiek sakārtoti strukturālos subkompleksos vai moduļos, kas mijiedarbojas viens ar otru.

Pirmais modulis ir centrālā sastāvdaļa jeb gredzens smilšu pulksteņa formas porās, kuru abās pusēs ierobežo vēl viens gredzens ar diametru 120 nm, iekšējais kodols un citoplazma. Otrais modulis ir kodola un citoplazmas gredzeni (katrs ar diametru 120 nm), kas atrodas ap smilšu pulksteņa formas komponentu.

Trešais modulis ir astoņi pavedieni, kas no 120 nm gredzena izvirzījas nukleoplazmā un veido groza formas struktūru. Ceturto moduli veido pavedieni, kas izvirzīti citoplazmas pusē.

Y formas komplekss, kas sastāv no sešiem Nup un proteīniem Seh 1 un Sec 13, ir lielākais un vislabāk raksturotais CNP komplekss. Šis komplekss ir būtiska vienība, kas ir daļa no CPN sastatnēm.

Neskatoties uz zemo līdzību starp Nup sekvencēm, CPN sastatnes ir ļoti konservētas visos eikariotos.

Atsauces

1. Beck, M., Hurt, E. 2016. Kodolu poru komplekss: tā funkcijas izpratne caur strukturālo ieskatu. Dabas atsauksmes, molekulāro šūnu bioloģija, Doi: 10.1038 / nrm.2016.147.
2. Ibarra, A., Hetzer, MW 2015. Kodolu poru proteīni un genoma funkciju kontrole. Gēni un attīstība, 29, 337–349.
3. Kabachinski, G., Schwartz, TU 2015. Kodolu poru komplekss - struktūra un funkcijas īsumā. Journal of Cell Science, 128, 423–429.
4. Knockenhauer, KE, Schwartz, TU 2016. Kodolu poru komplekss kā elastīgi un dinamiski vārti. Cell, 164, 1162-1171.
5. Ptak, C., Aitchison, JD, Wozniak, RW 2014. Daudzfunkcionāls kodola poru komplekss: platforma gēnu ekspresijas kontrolei. Pašreizējais šūnu bioloģijas atzinums, DOI: 10.1016 / j.ceb.2014.02.001.
6. Stawicki, SP, Steffen, J. 2017. Republikacija: kodola poru komplekss - visaptverošs struktūras un funkcijas pārskats. Starptautiskais akadēmiskās medicīnas žurnāls, 3, 51–59.
7. Tran, EJ, Wente, SR 2006. Dinamiski kodola poru kompleksi: dzīve uz malas. Cell, 125, 1041-1053.