PORI NUKLEAR: CIRI, FUNGSI, KOMPONEN - BIOLOGI - 2026

The liang nuklear (dari bahasa Yunani, liang-liang = laluan atau transit) adalah "pintu" nukleus yang membolehkan sebahagian besar daripada pengangkutan di antara nucleoplasm dan sitoplasma. Pori nuklear bergabung dengan membran dalam dan luar nukleus untuk membentuk saluran, yang berfungsi untuk mengangkut protein dan RNA.

Kata pori tidak menggambarkan kerumitan struktur yang dimaksudkan. Oleh kerana itu, lebih baik merujuk kepada kompleks pori nuklear (CPN), daripada pori nuklear. CPN boleh mengalami perubahan strukturnya semasa pengangkutan atau keadaan kitaran sel.

Sumber: RS Shaw di Wikipedia Inggeris.

Baru-baru ini, ditemukan bahawa nukleoporin, protein yang membentuk CPN, memiliki peranan penting dalam pengaturan ekspresi gen. Oleh itu, apabila berlaku mutasi yang mempengaruhi fungsi nukleoporin, patologi berlaku pada manusia, seperti penyakit autoimun, kardiomiopati, jangkitan virus dan barah.

ciri-ciri

Dengan menggunakan tomografi elektron, ditentukan bahawa CPN mempunyai ketebalan 50 nm, diameter luaran antara 80 dan 120 nm, dan diameter dalaman 40 nm. Molekul besar seperti subunit ribosom besar (MW 1590 kDa) dapat dieksport keluar dari nukleus melalui CPN. Dianggarkan terdapat antara 2.000 dan 4.000 NPC per nukleus.

Berat molekul CPN individu kira-kira antara 120 dan 125 MDa (1 MDa = 10 ⁶ Da) pada vertebrata. Sebaliknya, CPN lebih kecil dalam ragi, di mana kira-kira 60 MDa. Walaupun ukuran CPN sangat besar, nukleoporin sangat terpelihara di semua eukariota.

Translokasi melalui CPN adalah proses yang pantas, dengan kelajuan 1000 translokasi / saat. Walau bagaimanapun, CPN sendiri tidak menentukan arah aliran pengangkutan.

Ia bergantung pada kecerunan RanGTP, yang lebih besar pada inti daripada sitosol. Kecerunan ini dikekalkan oleh faktor pertukaran guanine Ran.

Semasa kitaran sel, CPN menjalani kitaran pemasangan dan perpecahan komponennya. Pemasangan berlaku di antara muka dan sejurus selepas mitosis.

ciri-ciri

Asid ribonukleik (RNA nuklear kecil, RNA messenger, RNA pemindahan), protein, dan ribonukleoprotein (RNP) mesti diangkut secara aktif melalui CPN. Ini bermaksud bahawa tenaga dari hidrolisis ATP dan GTP diperlukan. Setiap molekul diangkut dengan cara tertentu.

Secara umum, molekul RNA dibungkus dengan protein yang membentuk kompleks RNP, yang dieksport dengan cara ini. Sebaliknya, protein yang secara aktif diangkut ke nukleus mesti mempunyai urutan isyarat penyetempatan nukleus (SLN), yang mempunyai residu asid amino bermuatan positif (contohnya, KKKRK).

Protein yang dieksport ke nukleus mesti mempunyai isyarat eksport nukleus (NES) yang kaya dengan leukin asid amino.

Selain memfasilitasi pengangkutan antara inti dan sitoplasma, CPN terlibat dalam organisasi kromatin, pengaturan ekspresi gen, dan perbaikan DNA. Nucleoporins (Nups) mempromosikan pengaktifan atau penindasan transkripsi, tanpa mengira keadaan percambahan sel.

Dalam ragi, Nup terdapat di CNP sampul nuklear. Dalam metazoa mereka terdapat di dalam. Mereka menjalankan fungsi yang sama di semua eukariota.

Import bahan

Melalui CPN terdapat penyebaran pasif molekul kecil di kedua arah dan pengangkutan aktif, import protein, eksport RNA dan ribonukleoprotein (RNP), dan molekul dua arah. Yang terakhir ini merangkumi RNA, RNP, dan protein yang terlibat dalam pemberian isyarat, biogenesis, dan perolehan.

Pengimportan protein ke dalam nukleus berlaku dalam dua langkah: 1) pengikatan protein ke sisi sitoplasma CPN; 2) Transokasi bergantung ATP melalui CPN. Proses ini memerlukan hidrolisis ATP dan pertukaran GTP / GDP antara nukleus dan sitoplasma.

Menurut model pengangkutan, kompleks reseptor-protein bergerak di sepanjang saluran dengan melampirkan, memisahkan, dan memasang kembali ke urutan FG nukleoporin berulang. Dengan cara ini, kompleks bergerak dari satu nukleoporin ke yang lain dalam CPN.

Eksport bahan

Ia serupa dengan import. Ran GTPase menguatkan arahan pada pengangkutan melalui CNP. Ran adalah suis molekul dengan dua keadaan konformasi, bergantung kepada sama ada ia terikat dengan GDP atau GTP.

Dua protein pengatur khusus Ran mencetuskan penukaran antara dua keadaan: 1) protein pengaktifan GTPase sitosolik (GAP), yang menyebabkan hidrolisis GTP dan dengan itu mengubah Ran-GTP menjadi Ran-GDP; dan 2) faktor pertukaran guanin nuklear (GEF), yang mendorong pertukaran GDP untuk GTP dan menukar Ran-GDP ke Ran-GTP.

Sitosol mengandungi terutamanya Ran-GDP. Kernel terutamanya mengandungi Ran-GTP. Kecerunan kedua bentuk konformasi Ran ini mengarahkan pengangkutan ke arah yang sesuai.

Pengimportan reseptor, dilekatkan pada kargo, difasilitasi dengan melekat pada FG-repeats. Sekiranya mencapai sisi nuklear CNP, Ran-GTP bergabung dengan penerima dalam melepaskan kedudukannya. Oleh itu, Ran-GTP mencipta arah proses import.

Eksport nuklear serupa. Walau bagaimanapun, Ran-GTP dalam nukleus mendorong pengikatan kargo ke eksport reseptor. Apabila reseptor eksport bergerak melalui liang ke sitosol, ia menemui Ran-GAP, yang mendorong hidrolisis GTP ke PDB. Akhirnya, reseptor dibebaskan dari posnya dan Ran-GDP di sitosol.

Pengangkutan RNA

Eksport beberapa kelas RNA serupa dengan eksport protein. Sebagai contoh, tRNA dan nsRNA (nuklear kecil) menggunakan kecerunan RanGTP dan diangkut melalui CPN masing-masing oleh carioferin exportin-t dan Crm. Eksport ribosom matang juga bergantung pada kecerunan RanGTP.

MRNA dieksport dengan cara yang sangat berbeza daripada protein dan RNA lain. Untuk eksportnya, mRNA membentuk kompleks messenger RNP (mRNP), di mana satu molekul mRNA dikelilingi oleh ratusan molekul protein. Protein ini bertanggungjawab untuk memproses, menutup, menyambung dan poliadenilasi mRNA.

Sel mesti dapat membezakan antara mRNA dengan mRNA matang dan mRNA dengan mRNA belum matang. MRNA, yang membentuk kompleks RPNm, dapat mengadopsi topologi yang perlu diubahsuai untuk pengangkutan. Sebelum mRNP memasuki CPN, langkah kawalan dilakukan oleh TRAMP dan kompleks protein eksosom.

Apabila RNPm yang matang dipasang, RPNm diangkut melalui saluran oleh reseptor pengangkutan (Nxf1-Nxt1). Reseptor ini memerlukan hidrolisis ATP (bukan kecerunan RanGTP) untuk menentukan arah pembentukan semula mRNP, yang akan mencapai sitoplasma.

Kompleks liang nuklear dan kawalan ekspresi gen

Beberapa kajian menunjukkan bahawa komponen CPN dapat mempengaruhi pengaturan ekspresi gen dengan mengendalikan struktur kromatin dan aksesibilitasnya terhadap faktor transkripsi.

Pada eukariota yang baru berkembang, heterokromatin terletak di pinggir nukleus. Wilayah ini terganggu oleh saluran euchromatin, yang dipelihara oleh keranjang nuklear CPN. Hubungan bakul nuklear dengan euchromatin berkaitan dengan transkripsi gen.

Sebagai contoh, pengaktifan transkripsi pada tahap CPN melibatkan interaksi komponen keranjang nuklear dengan protein seperti histone SAGA acetyltransferase dan faktor eksport RNA.

Oleh itu, keranjang nuklear adalah platform untuk banyak gen dan gen pengemasan yang sangat ditranskripsikan disebabkan oleh perubahan keadaan persekitaran.

Kompleks liang nuklear dan virologi

Jangkitan virus sel eukariotik bergantung pada CPN. Dalam setiap kes jangkitan virus, keberhasilannya bergantung pada DNA, RNA, atau RPN yang melewati CPN untuk mencapai tujuan utamanya, iaitu replikasi virus.

Virus simian 40 (SV40) telah menjadi salah satu model yang paling banyak dikaji untuk menyiasat peranan CPN dalam translokasi dalam nukleus. Ini kerana SV40 mempunyai genom kecil (5,000 asas).

Telah ditunjukkan bahawa pengangkutan DNA virus difasilitasi oleh protein lapisan virus, yang melindungi virus hingga sampai ke inti.

Komponen

CPN tertanam di dalam sampul nuklear dan terdiri dari antara 500 dan 1000 Nup, kira-kira. Protein ini disusun menjadi subkompleks struktur atau modul, yang saling berinteraksi.

Modul pertama adalah komponen pusat, atau cincin, dalam liang berbentuk jam pasir, yang dibatasi oleh cincin lain yang berdiameter 120 nm pada kedua muka, intranuklear dan sitoplasma. Modul kedua adalah cincin inti dan sitoplasma (masing-masing berdiameter 120 nm) yang terletak di sekitar komponen berbentuk jam pasir.

Modul ketiga ialah lapan filamen yang memproyeksikan dari cincin 120 nm ke dalam nukleoplasma dan membentuk struktur berbentuk bakul. Modul keempat terdiri dari filamen yang memproyeksikan ke arah sisi sitoplasma.

Kompleks berbentuk Y, terdiri daripada enam Nup dan protein Seh 1 dan Sec 13, adalah kompleks CNP yang terbesar dan paling baik. Kompleks ini adalah unit penting yang merupakan sebahagian daripada perancah CPN.

Walaupun terdapat persamaan yang rendah antara urutan Nup, perancah CPN sangat terpelihara di semua eukariota.

Rujukan

1. Beck, M., Hurt, E. 2016. Kompleks liang nuklear: memahami fungsinya melalui pandangan struktur. Ulasan Alam, Biologi Sel Molekul, Doi: 10.1038 / nrm.2016.147.
2. Ibarra, A., Hetzer, MW 2015. Protein pori nuklear dan kawalan fungsi genom. Gen dan Perkembangan, 29, 337–349.
3. Kabachinski, G., Schwartz, TU 2015. Kompleks liang nuklear - struktur dan fungsi sekilas. Jurnal Sains Sel, 128, 423–429.
4. Knockenhauer, KE, Schwartz, TU 2016. Kompleks liang nuklear sebagai pintu yang fleksibel dan dinamik. Sel, 164, 1162-1171.
5. Ptak, C., Aitchison, JD, Wozniak, RW 2014. Kompleks liang nuklear pelbagai fungsi: platform untuk mengawal ekspresi gen. Pendapat Semasa Biologi Sel, DOI: 10.1016 / j.ceb.2014.02.001.
6. Stawicki, SP, Steffen, J. 2017. Republik: kompleks liang nuklear - tinjauan komprehensif mengenai struktur dan fungsi. Jurnal Antarabangsa Perubatan Akademik, 3, 51-59.
7. Tran, EJ, Wente, SR 2006. Kompleks liang nuklear dinamik: kehidupan di pinggir. Sel, 125, 1041-1053.