YDINHUOKOS: OMINAISUUDET, TOIMINNOT, KOMPONENTIT - BIOLOGIA - 2026

Tumahuokoskompleksin (Kreikan, huokoset = kanavan tai kauttakulku) on "portti" ytimen, joka mahdollistaa useimmat liikenteen välillä nucleoplasm ja sytoplasmaan. Ydinhuokos liittyy ytimen sisä- ja ulkokalvoihin muodostaen kanavia, jotka toimivat proteiinien ja RNA: n kuljettamiseksi.

Sana pore ei heijasta kyseisen rakenteen monimutkaisuutta. Tämän vuoksi on edullista viitata ydinhuokoskompleksiin (CPN) kuin ydinhuokosiin. CPN voi muuttua rakenteessaan solusyklin kuljetuksen tai tilan aikana.

Lähde: RS Shaw englanniksi Wikipediassa.

Äskettäin on havaittu, että nukleoporiineilla, proteiineilla, jotka muodostavat CPN: n, on tärkeä rooli geeniekspression säätelyssä. Siten, kun tapahtuu nukleoporiinien toimintaan vaikuttavia mutaatioita, ihmisillä esiintyy patologioita, kuten autoimmuunisairaudet, kardiomyopatiat, virusinfektiot ja syöpä.

ominaisuudet

Elektronitomografiaa käyttämällä määritettiin, että CPN: n paksuus on 50 nm, ulkohalkaisija välillä 80 - 120 nm ja sisähalkaisija 40 nm. Suuret molekyylit, kuten suuri ribosomi-alayksikkö (MW 1590 kDa), voidaan viedä ytimestä CPN: n kautta. Arvioidaan, että ydintä kohti on 2 000 - 4 000 NPC: tä.

Molekyylipaino yksittäisen CPN on noin välillä 120 ja 125 MDa (1 MDa = 10 ⁶ Da) selkärankaisissa. Päinvastoin, CPN on pienempi hiivassa, jossa se on noin 60 MDa. Huolimatta CPN: n valtavasta koosta, nukleoporiinit ovat erittäin konservoituneita kaikissa eukaryooteissa.

Translokaatio CPN: n kautta on nopea prosessi, jonka nopeus on 1000 translokaatiota sekunnissa. CPN ei kuitenkaan itse määrittele kuljetusvirran suuntaa.

Se riippuu RanGTP-gradientista, joka on ytimessä suurempi kuin sytosolissa. Tätä gradienttia ylläpitää guaniininvaihtokerroin Ran.

Solusyklin aikana CPN: t kootaan kokoonpanoon ja purkamiseen. Kokoonpano tapahtuu rajapinnalla ja heti mitoosin jälkeen.

ominaisuudet

Ribonukleiinihappo (pieni ydin-RNA, lähetti-RNA, siirto-RNA), proteiinit ja ribonukleoproteiinit (RNP) on kuljetettava aktiivisesti CPN: n kautta. Tämä tarkoittaa, että tarvitaan ATP: n ja GTP: n hydrolyysistä saatavaa energiaa. Jokainen molekyyli kuljetetaan tietyllä tavalla.

Yleensä RNA-molekyylit on pakattu proteiineilla, jotka muodostavat RNP-komplekseja, ja viedään tällä tavalla. Sitä vastoin proteiineissa, jotka kuljetetaan aktiivisesti ytimeen, on oltava ytimen lokalisaatiosignaalisekvenssi (SLN), jossa on positiivisesti varautuneet aminohappotähteet (esim. KKKRK).

Ytimeen vietävillä proteiineilla on oltava ytimen vientisignaali (NES), joka on rikas aminohappoleusiinilla.

Ydin- ja sytoplasman välisen kuljetuksen helpottamisen lisäksi CPN: t osallistuvat kromatiinin organisointiin, geeniekspression säätelyyn ja DNA: n korjaamiseen. Nukleoporiinit (Nupit) edistävät transkription aktivointia tai tukahduttamista solujen lisääntymisen tilasta riippumatta.

Hiivassa Nupsia löytyy ydinvaipan CNP: stä. Metakoodeissa ne löytyvät sisältä. Ne suorittavat samat toiminnot kaikissa eukaryooteissa.

Aineiden tuonti

CPN: n kautta tapahtuu pienten molekyylien passiivinen diffuusio molempiin suuntiin ja aktiivinen kuljetus, proteiinien tuonti, RNA: n ja ribonukleoproteiinien (RNP) vienti ja molekyylien kaksisuuntainen sukkula. Jälkimmäiseen sisältyy RNA, RNP ja proteiinit, jotka osallistuvat signalointiin, biogeneesiin ja vaihtuvuuteen.

Proteiinien tuonti ytimeen tapahtuu kahdessa vaiheessa: 1) proteiinin sitoutuminen CPN: n sytoplasmiseen puoleen; 2) ATP-riippuvainen translokaatio CPN: n kautta. Tämä prosessi vaatii ATP: n hydrolyysin ja GTP / GDP: n vaihdon ytimen ja sytoplasman välillä.

Kuljetusmallin mukaan reseptori-proteiinikompleksi liikkuu kanavaa pitkin kiinnittämällä, dissosioitumalla ja kiinnittymällä uudelleen nukleoporiinien toistuviin FG-sekvensseihin. Tällä tavalla kompleksi siirtyy yhdestä nukleoporiinista toiseen CPN: n sisällä.

Aineiden vienti

Se on samanlainen kuin tuonti. Ran GTPase varmistaa suuntaavuuden kuljetuksissa CNP: n kautta. Ran on molekyylikytkin, jolla on kaksi konformaatiotilaa riippuen siitä onko se sitoutunut BKT: hen vai GTP: hen.

Kaksi Ran-spesifistä säätelyproteiinia laukaisee konversion kahden tilan välillä: 1) sytosolinen GTPaasia aktivoiva proteiini (GAP), joka aiheuttaa GTP-hydrolyysin ja muuntaa siten Ran-GTP: n Ran-GDP: ksi; ja 2) ydin guaniininvaihtokerroin (GEF), joka edistää BKT: n vaihtoa GTP: lle ja muuntaa Ran-BK: n Ran-GTP: ksi.

Sytosoli sisältää pääasiassa Ran-GDP: tä. Ydin sisältää pääasiassa Ran-GTP: tä. Tämä Ran: n kahden muodonmuodon kaltevuus ohjaa kuljetusta oikeaan suuntaan.

Rahtiin kiinnitetyn reseptorin tuontia helpottaa kiinnittyminen FG-toistoihin. Jos se saavuttaa CNP: n ydinpuolen, Ran-GTP liittyy vastaanottimeen vapauttamalla asemansa. Siten Ran-GTP luo tuontiprosessin suunnan.

Ydinalan vienti on samanlaista. Ytimen Ran-GTP edistää kuitenkin lastin sitoutumista reseptorien vientiin. Kun vientireseptori siirtyy huokosen läpi sytosoliin, se kohtaa Ran-GAP: n, joka indusoi GTP: n hydrolyysin BKT: ksi. Lopuksi reseptori vapautuu postistaan ​​ja Ran-GDP: stä sytosolissa.

RNA-kuljetus

Joidenkin RNA-luokkien vienti on samanlainen kuin proteiinien vienti. Esimerkiksi tRNA ja nsRNA (pieni ydin) käyttävät RanGTP-gradienttia ja kuljetetaan CPN: n läpi vastaavasti karioferiinin exportin-t ja Crm. Kypsien ribosomien vienti on myös riippuvainen RanGTP-gradientista.

MRNA viedään hyvin eri tavalla kuin proteiinit ja muut RNA: t. Vientiä varten mRNA muodostaa lähetti-RNP: n (mRNP) kompleksin, jossa yhtä mRNA-molekyyliä ympäröivät sadat proteiinimolekyylit. Nämä proteiinit ovat vastuussa mRNA: n prosessoinnista, peittämisestä, silmukoinnista ja polyadenylaatiosta.

Solun on kyettävä erottamaan kypsä mRNA: ta sisältävä mRNA ja epäkypsän mRNA: n mRNA: n välillä. MRNA, joka muodostaa RPNm-kompleksin, voisi omaksua topologiat, jotka on uusittava kuljetusta varten. Ennen kuin mRNP tulee CPN: ään, tapahtuu kontrollivaihe, jonka suorittavat TRAMP ja eksosomiproteiinikompleksit.

Kun kypsä RNPm on koottu, RPNm kuljetetaan kanavan kautta kuljetusreseptorilla (Nxf1-Nxt1). Tämä reseptori vaatii ATP: n (ei RanGTP-gradientin) hydrolyysin sytoplasmaan saavuttavan mRNP: n uudelleenmuodostussuunnan määrittämiseksi.

Ydinhuokoskompleksi ja geeniekspression hallinta

Jotkut tutkimukset osoittavat, että CPN-komponentit voivat vaikuttaa geeniekspression säätelyyn hallitsemalla kromatiinin rakennetta ja sen saatavuutta transkriptiotekijöihin.

Äskettäin kehittyneissä eukaryooteissa heterokromatiini sijaitsee ensisijaisesti ytimen reunalla. Tätä aluetta katkaisevat euchromatin-kanavat, joita ylläpitää CPN: n ydinkori. Ydinkorikorjaukset euchromatiinin kanssa liittyvät geenitranskriptioon.

Esimerkiksi transkription aktivointi CPN-tasolla käsittää ydinkorin komponenttien vuorovaikutuksen proteiinien, kuten histoni-SAGA-asetyylitransferaasin ja RNA-vientitekijöiden kanssa.

Siten ydinkori on alusta lukuisille erittäin transkriptoiduille taloudenhoitogeeneille ja geeneille, jotka ympäristöolosuhteiden muutokset ovat voimakkaasti indusoineet.

Ydinhuokoskompleksi ja virologia

Eukaryoottisolujen virusinfektio on riippuvainen CPN: stä. Kussakin virusinfektiotapauksessa sen onnistuminen riippuu CPN: n läpi kulkevasta DNA: sta, RNA: sta tai RPN: stä lopullisen päämääränsä eli viruksen replikaation saavuttamiseksi.

Simianvirus 40 (SV40) on ollut yksi tutkituimmista malleista tutkia CPN: n roolia ytimen sisäisessä translokaatiossa. Tämä johtuu siitä, että SV40: llä on pieni genomi (5000 emästä).

On osoitettu, että viruksen DNA: n kuljetusta helpottavat viruksen päällysproteiinit, jotka suojaavat virusta, kunnes se saavuttaa ytimen.

komponentit

CPN on upotettu ydinkuoreen ja koostuu noin 500 - 1 000 Nupista. Nämä proteiinit on järjestetty rakenteellisiksi alakomplekseiksi tai moduuleiksi, jotka ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa.

Ensimmäinen moduuli on keskuskomponentti tai rengas tiimalasimuotoisessa huokosessa, jota rajoittaa toinen rengas, jonka halkaisija on 120 nm molemmilla puolilla, intranukleaarinen ja sytoplasminen. Toinen moduuli on ydin- ja sytoplasmarenkaat (halkaisijaltaan 120 nm), jotka sijaitsevat tiimalasimuotoisen komponentin ympärillä.

Kolmas moduuli on kahdeksan filamentaa, jotka ulkonevat 120 nm: n renkaasta nukleoplasmaan ja muodostavat korinmuotoisen rakenteen. Neljäs moduuli koostuu säikeistä, jotka ulkonevat sytoplasman puolelle.

Y-muotoinen kompleksi, joka koostuu kuudesta Nupista ja proteiineista Seh 1 ja Sec 13, on CNP: n suurin ja parhaiten karakterisoitu kompleksi. Tämä kompleksi on välttämätön yksikkö, joka on osa CPN: n telineitä.

Huolimatta Nups-sekvenssien pienestä samankaltaisuudesta, CPN-teline on erittäin konservoitunut kaikissa eukaryooteissa.

Viitteet

1. Beck, M., Hurt, E. 2016. Ydinhuokoskompleksi: sen toiminnan ymmärtäminen rakenteellisen oivalluksen avulla. Luontoarvostelut, molekyylisolubiologia, Doi: 10.1038 / nrm.2016.147.
2. Ibarra, A., Hetzer, MW 2015. Ydinhuokosproteiinit ja genomitoimintojen hallinta. Geenit ja kehitys, 29, 337–349.
3. Kabachinski, G., Schwartz, TU 2015. Ydinhuokoskompleksi - rakenne ja toiminta yhdellä silmäyksellä. Journal of Cell Science, 128, 423–429.
4. Knockenhauer, KE, Schwartz, TU 2016. Ydinhuokoskompleksi joustavana ja dynaamisena porttina. Cell, 164, 1162-1171.
5. Ptak, C., Aitchison, JD, Wozniak, RW 2014. Monitoiminen ydinhuokoskompleksi: alusta geeniekspression hallitsemiseksi. Nykyinen lausunto solubiologiasta, DOI: 10.1016 / j.ceb.2014.02.001.
6. Stawicki, SP, Steffen, J. 2017. Tasoitus: ydinhuokoskompleksi - kattava katsaus rakenteeseen ja toimintaan. International Journal of Academic Medicine, 3, 51–59.
7. Tran, EJ, Wente, SR 2006. Dynaamiset ydinhuokoskompleksit: elämä reunalla. Cell, 125, 1041-1053.