ANG BUTIL NG NUKLEAR: MGA KATANGIAN, PAG-ANDAR, MGA SANGKAP - BIOLOGY - 2025

Ang butil ng nuklear (mula sa Greek, pores = daanan o transit) ay ang "gate" ng nucleus na nagpapahintulot sa karamihan ng transportasyon sa pagitan ng nucleoplasm at cytoplasm. Ang nuclear pore ay sumali sa panloob at panlabas na lamad ng nucleus upang makabuo ng mga channel, na nagsisilbi sa mga protina at RNA.

Ang salitang pore ay hindi sumasalamin sa pagiging kumplikado ng istruktura na pinag-uusapan. Dahil dito, mas mabuti na sumangguni sa nuclear pore complex (CPN), sa halip na nuclear pore. Ang CPN ay maaaring sumailalim sa mga pagbabago sa istraktura nito sa panahon ng transportasyon o mga estado ng cell cycle.

Pinagmulan: RS Shaw sa English Wikipedia.

Kamakailan lamang, natuklasan na ang mga nucleoporins, mga protina na bumubuo sa CPN, ay may mahalagang papel sa regulasyon ng expression ng gene. Sa gayon, kapag naganap ang mutations na nakakaapekto sa pag-andar ng mga nucleoporins, ang mga pathologies ay nangyayari sa mga tao, tulad ng mga sakit na autoimmune, cardiomyopathies, impeksyon sa virus at kanser.

katangian

Sa pamamagitan ng electron tomography napagpasyahan na ang CPN ay may kapal na 50 nm, isang panlabas na diameter sa pagitan ng 80 at 120 nm, at isang panloob na diameter na 40 nm. Ang mga malalaking molekula tulad ng malaking ribosome subunit (MW 1590 kDa) ay mai-export sa labas ng nucleus sa pamamagitan ng CPN. Tinatayang mayroong sa pagitan ng 2,000 at 4,000 NPCs bawat core.

Ang bigat ng molekular ng isang indibidwal na CPN ay humigit-kumulang sa pagitan ng 120 at 125 MDa (1 MDa = 10 ⁶ Da) sa mga vertebrates. Sa kaibahan, ang CPN ay mas maliit sa lebadura, kung saan ito ay humigit-kumulang na 60 MDa. Sa kabila ng napakalaking sukat ng CPN, ang mga nucleoporins ay lubos na natipid sa lahat ng mga eukaryotes.

Ang pagsasalin sa pamamagitan ng CPN ay isang mabilis na proseso, ang bilis ng kung saan ay 1000 na mga pagsasalin / segundo. Gayunpaman, hindi tinukoy mismo ng CPN ang direksyon ng daloy ng transportasyon.

Depende ito sa gradyante ng RanGTP, na mas malaki sa nucleus kaysa sa cytosol. Ang gradient na ito ay pinananatili ng isang guanine exchange factor Ran.

Sa panahon ng cell cycle, ang mga CPN ay sumasailalim sa mga siklo ng pagpupulong at pagkakaisa sa kanilang mga sangkap. Ang pagpupulong ay nangyayari sa interface at kaagad pagkatapos ng mitosis.

Mga Tampok

Ang ribonucleic acid (maliit na nukleyar na RNA, messenger RNA, transfer RNA), mga protina, at ribonucleoproteins (RNPs) ay dapat na aktibong dalhin sa pamamagitan ng CPN. Nangangahulugan ito na kinakailangan ang enerhiya mula sa hydrolysis ng ATP at GTP. Ang bawat molekula ay dinadala sa isang tiyak na paraan.

Sa pangkalahatan, ang mga molekula ng RNA ay naka-pack na may mga protina na bumubuo ng mga kumplikadong RNP, na-export sa ganitong paraan. Sa kabaligtaran, ang mga protina na aktibong naipadala sa nucleus ay dapat magkaroon ng isang pagkakasunud-sunod ng signal ng pag-localize ng nucleus (SLN), na nagtataglay ng positibong sisingilin ng amino acid residues (halimbawa, KKKRK).

Ang mga protina na na-export sa nucleus ay dapat magkaroon ng signal ng pag-export ng nucleus (NES) na mayaman sa amino acid leucine.

Bilang karagdagan sa pagpapadali ng transportasyon sa pagitan ng nucleus at cytoplasm, ang mga CPN ay kasangkot sa samahan ng chromatin, ang regulasyon ng expression ng gene, at pagkumpuni ng DNA. Itinataguyod ng Nucleoporins (Nups) ang pag-activate o pagsupil sa transkripsyon, anuman ang estado ng paglaganap ng cell.

Sa lebadura, ang Nups ay matatagpuan sa CNP ng nuclear sobre. Sa metazoans sila ay matatagpuan sa loob. Isinasagawa nila ang parehong mga pag-andar sa lahat ng mga eukaryotes.

Mga import ng mga sangkap

Sa pamamagitan ng CPN mayroong pasibo na pagsasabog ng mga maliliit na molekula sa parehong direksyon at aktibong transportasyon, pag-import ng mga protina, pag-export ng RNA at ribonucleoproteins (RNPs), at ang bidirectional shuttle ng mga molekula. Kasama sa huli ang RNA, RNP, at mga protina na kasangkot sa pag-sign, biogenesis, at turnover.

Ang pag-import ng mga protina sa nucleus ay nangyayari sa dalawang hakbang: 1) na nagbubuklod ng protina sa cytoplasmic na bahagi ng CPN; 2) ATP na nakasalalay sa pagsasalin sa pamamagitan ng CPN. Ang prosesong ito ay nangangailangan ng hydrolysis ng ATP at ang pagpapalitan ng GTP / GDP sa pagitan ng nucleus at cytoplasm.

Ayon sa isang modelo ng transportasyon, ang komplikadong receptor-protein ay gumagalaw sa kanal sa pamamagitan ng paglakip, pag-ihiwalay, at muling pag-utos sa paulit-ulit na mga pagkakasunud-sunod ng FG ng mga nucleoporins. Sa ganitong paraan, ang kumplikado ay lumilipat mula sa isang nucleoporin patungo sa isa pa sa loob ng CPN.

Pag-export ng mga sangkap

Ito ay katulad ng pag-import. Ipinapatupad ng Ran GTPase ang direksyon sa transportasyon sa pamamagitan ng CNP. Ang Ran ay isang molekular na switch na may dalawang mga estado ng conformational, depende sa kung ito ay nakasalalay sa GDP o GTP.

Dalawang protina ng regulasyon ng Ran na tiyak na nag-trigger ng pagbabalik sa pagitan ng dalawang estado: 1) ang cytosolic GTPase na nag-activate ng protina (GAP), na nagiging sanhi ng GTP hydrolysis at sa gayon ay nagko-convert ang Ran-GTP sa Ran-GDP; at 2) nuclear guanine exchange factor (GEF), na nagtataguyod ng pagpapalitan ng GDP para sa GTP at nagpalit ng Ran-GDP sa Ran-GTP.

Ang cytosol ay naglalaman ng pangunahing Ran-GDP. Ang kernel ay pangunahing naglalaman ng Ran-GTP. Ang gradient ng dalawang conformational form ng Ran ay nagdirekta sa transportasyon sa naaangkop na direksyon.

Ang pag-import ng receptor, na nakakabit sa kargamento, ay pinadali sa pamamagitan ng pag-attach sa FG-repeats. Kung naabot nito ang nukleyar na bahagi ng CNP, si Ran-GTP ay sumali sa tatanggap sa paglabas ng kanyang posisyon. Kaya, lumilikha ang Ran-GTP ng direksyon ng proseso ng pag-import.

Ang pag-export ng nuklear ay magkatulad. Gayunpaman, ang Ran-GTP sa nucleus ay nagtataguyod ng pagbubuklod ng kargamento sa pag-export ng receptor. Kapag ang export receptor ay gumagalaw sa pamamagitan ng butas sa cytosol, nakatagpo nito ang Ran-GAP, na nagpapahiwatig ng hydrolysis ng GTP sa GDP. Sa wakas, ang receptor ay pinakawalan mula sa post nito at Ran-GDP sa cytosol.

RNA transportasyon

Ang pag-export ng ilang mga klase ng RNA ay katulad ng pag-export ng mga protina. Halimbawa, ang TRNA at nsRNA (maliit na nukleyar) ay gumagamit ng grady ng RanGTP at dinadala sa pamamagitan ng CPN ng carioferin exportin-t at Crm, ayon sa pagkakabanggit. Ang pag-export ng mga mature na ribosom ay nakasalalay din sa gradyante ng RanGTP.

Ang MRNA ay nai-export sa ibang paraan kaysa sa mga protina at iba pang mga RNA. Para sa pag-export, ang mRNA ay bumubuo ng isang komplikadong RNP (mRNP) kumplikado, kung saan ang isang molekulang mRNA ay napapalibutan ng daan-daang mga molekula ng protina. Ang mga protina na ito ay may pananagutan sa pagproseso, capping, splicing at polyadenylation ng mRNA.

Ang cell ay dapat na makilala sa pagitan ng mRNA na may mature mRNA at mRNA na may hindi pa mRNA. Ang mRNA, na bumubuo sa kumplikadong RPNm, ay maaaring magpatibay ng mga topolohiya na kailangang mai-remodeled para sa transportasyon. Bago pumasok ang mRNP sa CPN, isang hakbang na kontrol ang naganap na isinasagawa ng TRAMP at exosome protein complex.

Kapag ang mature na RNPm ay tipunin, ang RPNm ay dinadala sa pamamagitan ng channel ng isang receptor ng transportasyon (Nxf1-Nxt1). Ang receptor na ito ay nangangailangan ng hydrolysis ng ATP (hindi isang RanGTP gradient) upang maitaguyod ang direktoryo ng pag-remodeling ng mRNP, na maabot ang cytoplasm.

Ang nuclear pore complex at ang kontrol ng expression ng gene

Ang ilang mga pag-aaral ay nagpapahiwatig na ang mga sangkap ng CPN ay maaaring maimpluwensyahan ang regulasyon ng expression ng gene sa pamamagitan ng pagkontrol sa istraktura ng chromatin at ang pag-access sa mga kadahilanan ng transkrip.

Sa mga kamakailan-lamang na umusbong na mga eukaryote, ang heterochromatin ay higit na matatagpuan sa periphery ng nucleus. Ang teritoryo na ito ay ginambala ng mga channel ng euchromatin, na pinapanatili ng nuclear basket ng CPN. Ang kaugnayan ng basket ng nukleyar na may euchromatin ay nauugnay sa transkripsyon ng gene.

Halimbawa, ang pag-activate ng transkripsyon sa antas ng CPN ay nagsasangkot ng pakikipag-ugnayan ng mga sangkap ng basket na nuklear na may mga protina tulad ng histone SAGA acetyltransferase at RNA export factor.

Sa gayon, ang basket ng nuklear ay isang platform para sa maraming mga na-transcribe na mga gen ng pag-aalaga sa bahay at mga gene na mariin na naipilit ng mga pagbabago sa mga kondisyon sa kapaligiran.

Ang nuclear pore complex at virology

Ang impeksyon sa virus ng mga eukaryotic cells ay nakasalalay sa CPN. Sa bawat kaso ng impeksyon sa virus, ang tagumpay nito ay nakasalalay sa DNA, RNA, o RPN na dumadaan sa CPN upang makamit ang pangwakas na layunin nito, na ang pagtitiklop ng virus.

Ang simian virus 40 (SV40) ay isa sa mga pinaka-pinag-aralan na modelo upang siyasatin ang papel ng CPN sa pagsasalin sa loob ng nucleus. Ito ay dahil ang SV40 ay may isang maliit na genome (5,000 mga base).

Ipinakita na ang transportasyon ng virus ng virus ay pinadali ng mga protina ng coat ng virus, na pinoprotektahan ang virus hanggang sa maabot nito ang nucleus.

Mga Bahagi

Ang CPN ay naka-embed sa loob ng nuclear sobre at binubuo ng sa pagitan ng 500 at 1000 Nups, humigit-kumulang. Ang mga protina na ito ay isinaayos sa istruktura subcomplexes o module, na nakikipag-ugnay sa bawat isa.

Ang unang module ay isang sentral na sangkap, o singsing, sa loob ng hourglass-hugis na butil, na kung saan ay limitado ng isa pang singsing na 120 nm sa diameter sa parehong mga mukha, intranuclear at cytoplasmic. Ang pangalawang module ay ang nucleus at cytoplasm singsing (120 nm ang diameter bawat isa) na matatagpuan sa paligid ng hourglass na bahagi.

Ang ikatlong module ay walong filament na proyekto mula sa 120 nm singsing sa nucleoplasm at bumubuo ng isang istraktura na may basket. Ang ika-apat na module ay binubuo ng mga filament na proyekto patungo sa gilid ng cytoplasm.

Ang Y-complex complex, na binubuo ng anim na Nups at ang mga protina na Seh 1 at Sec 13, ay ang pinakamalaking at pinakamahusay na nailalarawan na kumplikado ng CNP. Ang kumplikadong ito ay ang mahahalagang yunit na bahagi ng scaffolding ng CPN.

Sa kabila ng mababang pagkakapareho sa pagitan ng mga pagkakasunud-sunod ng Nups, ang scaffold ng CPN ay lubos na natipid sa lahat ng mga eukaryotes.

Mga Sanggunian

1. Beck, M., Hurt, E. 2016. Ang komplikadong pore ng nukleyar: pag-unawa sa pag-andar nito sa pamamagitan ng istrukturang pananaw. Mga Review sa Kalikasan, Molecular Cell Biology, Doi: 10.1038 / nrm.2016.147.
2. Ibarra, A., Hetzer, MW 2015. Ang mga protina ng butil ng nukleyar at ang kontrol ng mga function ng genome. Mga Gen at Pag-unlad, 29, 337–349.
3. Kabachinski, G., Schwartz, TU 2015. Ang komplikadong pore complex - istraktura at pag-andar nang isang sulyap. Journal ng Cell Science, 128, 423–429.
4. Knockenhauer, KE, Schwartz, TU 2016. Ang nukleyar na pore complex bilang isang nababaluktot at dynamic na gate. Cell, 164, 1162-1171.
5. Ptak, C., Aitchison, JD, Wozniak, RW 2014. Ang multifunctional nuclear pore complex: isang platform para sa pagkontrol ng expression ng gene. Kasalukuyang Pagpapalagay ng Cell Biology, DOI: 10.1016 / j.ceb.2014.02.001.
6. Stawicki, SP, Steffen, J. 2017. Republication: ang nuclear pore complex - isang komprehensibong pagsusuri ng istraktura at pag-andar. International Journal of Academic Medicine, 3, 51–59.
7. Tran, EJ, Wente, SR 2006. Mga dinamikong nukleyar na mga komplikadong butas: buhay sa gilid. Cell, 125, 1041-1053.