- Característiques
- funcions
- Importació de substàncies
- Exportació de substàncies
- Transport d'ARN
- El complex de porus nuclear i el control de l'expressió de gens
- El complex de porus nuclear i la virologia
- components
- referències
El porus nuclear (de el grec, porus = pas o trànsit) és la "porta" de l'nucli que permet la major part de l'transport entre el nucleoplasma i el citoplasma. El porus nuclear uneix les membranes interna i externa de l'nucli per formar canals, els quals serveixen per al transport de proteïnes i ARN.
La paraula porus no reflecteix la complexitat de l'estructura en qüestió. A causa d'això, és preferible referir-se a el complex de l'porus nuclear (CPN), en lloc de porus nuclear. El CPN pot experimentar canvis en la seva estructura durant el transport o estats de l'cicle cel·lular.
Font: RS Shaw at English Wikipedia.
Recentment, s'ha descobert que les nucleoporinas, proteïnes que conformen el CPN, tenen un paper important en la regulació de l'expressió dels gens. Així, quan ocorren mutacions que afecten la funció de les nucleoporinas, es produeixen patologies en els humans, com les malalties autoimmunes, cardiomiopaties, infeccions virals i càncer.
Característiques
Mitjançant tomografia d'electrons es va determinar que el CPN té un gruix de 50 nm, un diàmetre extern entre 80 i 120 nm, i un diàmetre intern de 40 nm. Les molècules grans com ara la subunitat gran dels ribosomes (PM 1590 kDa) poden ser exportades fora de l'nucli a través de l'CPN. S'estima que hi ha entre 2000 i 4000 CPN per nucli.
El pes molecular d'un CPN individual és aproximadament entre 120 i 125 MDa (1 MDa = 10 6 Da) en els vertebrats. En contrast, el CPN és més petit en els llevats, en les quals té aproximadament 60 MDa. Tot i l'enorme grandària de l'CPN, les nucleoporinas estan altament conservades en tots els eucariotes.
La translocalización a través del CPN és un procés ràpid, la velocitat és 1000 translocalizaciones / segon. No obstant això, el CPN no determina per si mateix la direcció de l'flux de transport.
Aquesta dependende de el gradient de RanGTP, el qual és major en el nucli que en el citosol. Aquest gradient és mantingut per un factor intercanviador de guanina Ran.
Durant el cicle cel·lular, els CPN experimenten cicles acoblament i desunió dels seus components. L'acoblament succeeix a la interfase i immediatament després de la mitosi.
funcions
L'àcid ribonucleic (ARN nuclear petit, ARN missatger, ARN de transferència), les proteïnes i les ribonucleoproteínas (RNP) han de ser transportadon activament a través de CPN. En aquest cas es requereix l'energia de la hidròlisi de l'ATP i GTP. Cada molècula és transportada d'una manera específica.
En general, les molècules d'ARN són empacades amb proteïnes formant complexos RNP, sent exportades d'aquesta manera. En contrast, les proteïnes que són transportades activament cap al nucli han de tenir una seqüència senyal de localització en el nucli (SLN), posseïdora de residus d'aminoàcids amb càrrega positiva (per exemple, KKKRK).
Les proteïnes que són exportades a l'nucli han de tenir un senyal d'exportació a l'nucli (NES) rica en l'aminoàcid leucina.
A més de facilitar el transport entre el nucli i el citoplasma, els CPN estan implicats en l'organització de la cromatina, la regulació de l'expressió de gens i la reparació de l'ADN. Les nucleoporinas (Nups) promouen l'activació o repressió de la transcripció, independentment de l'estat de proliferació cel·lular.
En els llevats, les Nups es troben al CNP de l'embolcall nuclear. En els metazoarios es troben a l'interior. Porten a terme les mateixes funcions en tots els eucariotes.
Importació de substàncies
Mitjançant el CPN hi ha difusió passiva de molècules petites en les dues direccions i transport actiu, importació de proteïnes, exportació d'ARN i ribonucleoproteínas (RNPs), i la llançadora de molècules bidireccional. Això últim inclou ARN, RNP i proteïnes implicades en l'assenyalament, biogènesi i recanvi.
La importació de proteïnes dins de l'nucli succeeix en dos passos: 1) unió de la proteïna a la banda citoplasmàtic de l'CPN; 2) translocalización dependent d'ATP a través del CPN. Aquest procés necessita la hidròlisi d'ATP i l'intercanvi de GTP / GDP entre el nucli i el citoplasma.
D'acord amb un model de transport, el complex receptor-proteïna es mou al llarg de l'canal mitjançant la unió, dissociació i unió novament a les seqüències repetides de FG de les nucleoporinas. D'aquesta manera, el complex es mou d'una nucleoporina a una altra a l'interior de l'CPN.
Exportació de substàncies
És similar a la importació. Ran GTPasa imposa la direccionalitat sobre el transport a través de CNP. Ran és un interruptor molecular amb dos estats conformacionals, depenent si està unit a l'GDP o a l'GTP.
Dues proteïnes reguladores específiques de Ran disparen la conversió entre els dos estats: 1) proteïna activadora de GTPasa citosòlica (GAP), que produeix la hidròlisi de GTP i així converteix Ran-GTP a Ran-GDP; i 2) factor intercanviador de guanina nuclear (GEF), que promou l'intercanvi de GDP per GTP i converteix Ran-GDP a Ran-GTP.
El citosol conté principalment Ran-GDP. El nucli conté principalment Ran-GTP. Aquest gradient de les dues formes conformacionals de Ran dirigeix el transport a la direcció apropiada.
La importació de el receptor, unit a l'càrrec, és facilitat per la unió a les repeticions-FG. Si arriba al costat nuclear d'el CNP, Ran-GTP s'uneix a l'receptor perquè alliberi el seu càrrec. Així, Ran-GTP crea la direcció de l'procés d'importació.
L'exportació nuclear és similar. No obstant això, Ran-GTP al nucli promou la unió de l'càrrec el receptor exportació. Quan el receptor d'exportació es mou a través de l'porus cap al citosol, es troba amb Ran-GAP, el qual indueix la hidròlisi de GTP a GDP. Finalment, s'allibera el receptor del seu càrrec i Ran-GDP en el citosol.
Transport d'ARN
L'exportació d'algunes classes d'ARN és similar a l'exportació de proteïnes. Per exemple, l'ARNt i ARNns (nuclear petit) usen el gradient RanGTP i són transportats a través del CPN mitjançant carioferina exportina-t i CRM, respectivament. L'exportació de ribosomes madurs també és depenent de el gradient RanGTP.
L'ARNm és exportat d'una manera molt diferent a el de les proteïnes i altres ARN. Per a la seva exportació, l'ARNm forma un complex de RNP missatger (RNPm), en el qual una molècula d'ARNm està envoltada de centenars de molècules de proteïnes. Aquestes proteïnes tenen com a funció el processament, capping, entroncament i poliadenilació de l'ARNm.
La cèl·lula ha de ser capaç de distingir entre RNPm amb ARNm madur i RNPm amb ARNm immadur. L'ARNm, que forma el complex RPNm, podria adoptar topologies que necessiten remodelar per al transport. Abans que RNPm entri al CPN, ocorre un pas de control dut a terme per TRAMP i complexos de proteïna de l'exosoma.
Quan el RNPm madur està acoblat, el RPNm és transportat a través del canal mitjançant un receptor de transport (Nxf1-Nxt1). Aquest receptor necessita la hidròlisi d'ATP (no un gradient RanGTP) per establir la direccionalitat remodelant de l'RNPm, el qual arribarà al citoplasma.
El complex de porus nuclear i el control de l'expressió de gens
Alguns estudis indiquen que els components de l'CPN podrien influenciar la regulació de l'expressió genètica mitjançant el control de l'estructura de la cromatina i la seva accessibilitat als factors de transcripció.
En eucariotes d'evolució més recent, l'heterocromatina està localitzada preferencialment a la perifèria de l'nucli. Aquest territori és interromput per canals d'eucromatina, els quals són mantinguts per la cistella nuclear d'el CPN. L'associació cistella nuclear amb eucromatina està relacionada amb la transcripció de gens.
Per exemple, l'activació de la transcripció a nivell de l'CPN implica la interacció dels components de la cistella nuclear amb proteïnes com ara la SAGA acetiltransferasa de la histona i factors d'exportació de l'ARN.
Així, la cistella nuclear és una plataforma per nombrosos gens de manteniment (housekeeping) altament transcrits i gens induïts fortament per canvis en les condicions mediambientals.
El complex de porus nuclear i la virologia
La infecció viral de cèl·lules eucariotes depèn de l'CPN. En cada cas d'infecció viral, el seu èxit depèn de que l'ADN, l'ARN o l'RPN passi a través del CPN per aconseguir el seu objectiu final, que és la replicació de virus.
El virus de simi 40 (SV40) ha estat un dels models més estudiats per investigar la funció de l'CPN en la translocalización dins el nucli. Això es deu al fet que SV40 posseeix un genoma petit (5.000 bases).
S'ha demostrat que el transport de l'ADN de virus és facilitat proteïnes de la coberta de virus, que protegeixen el virus fins que arriba al nucli.
components
El CPN està encastat a l'interior de l'embolcall nuclear i està conformat per entre 500 i 1000 Nups, aproximadament. Aquestes proteïnes estan organitzades en subcomplejos estructurals o mòduls, els quals interactuen entre ells.
El primer mòdul és un component central, o anell, a l'interior d'el porus amb forma de rellotge de sorra, que està limitat per un altre anell de 120 nm de diàmetre sobre les dues cares, intranuclear i citoplasmàtica. El segon mòdul són els anells de el nucli i el citoplasma (120 nm de diàmetre cadascun) localitzats al voltant de l'component en forma de rellotge de sorra.
El tercer mòdul són vuit filaments que es projecten des de l'anell de 120 nm dins el nucleoplasma i forma una estructura en forma de cistella. El quart mòdul els conformen els filaments que es projecten cap al costat de l'citoplasma.
El complex en forma d'I, constituït per sis Nups i les proteïnes Seh 1 i Sec 13, és el complex més gran i millor caracteritzat de el CNP. Aquest complex és la unitat essencial que forma part de la bastida de l'CPN.
Tot i la baixa similitud entre les seqüències de les Nups, la bastida de l'CPN està altament conservat en tots els eucariotes.
referències
- Beck, M., Hurt, I. 2016. The nuclear pore complex: understanding its function through structural insight. Nature Reviews, Molecular Cell Biology, Doi: 10.1038 / nrm.2016.147.
- Ibarra, A., Hetzer, MW 2015. Nuclear pore proteins and the control of genome functions. Gens and Development, 29, 337-349.
- Kabachinski, G., Schwartz, TU 2015. The nuclear pore complex - structure and function at una mirada. Journal of Cell Science, 128, 423-429.
- Knockenhauer, KE, Schwartz, TU 2016. The nuclear pore complex es a flexible and dynamic gate. Cell, 164, 1162-1171.
- Ptak, C., Aitchison, JD, Wozniak, RW 2014. The Multifunctional nuclear pore complex: a platform for controlling gene expression. Current Opinion of Cell Biology, DOI: 10.1016 / j.ceb.2014.02.001.
- Stawicki, SP, Steffen, J. 2017. Republication: the nuclear pore complex - a comprehensive review of structure and function. International Journal of Academic Medicine, 3, 51-59.
- Tran, EJ, Wente, Sr. 2006. Dynamic nuclear pore complexes: life on the edge. Cell, 125, 1041-1053.