المسام النووية: الخصائص والوظائف والمكونات - مادة الاحياء - 2026

و المسام النووي (من اليونانية، المسام = مرور أو العبور) هو "بوابة" النواة التي تسمح معظم النقل بين جبلة النواة والسيتوبلازم. ينضم المسام النووي إلى الأغشية الداخلية والخارجية للنواة لتشكيل قنوات تعمل على نقل البروتينات والحمض النووي الريبي.

كلمة مسام لا تعكس تعقيد الهيكل المعني. لهذا السبب ، من الأفضل الإشارة إلى مجمع المسام النووي (CPN) ، بدلاً من المسام النووية. يمكن أن يخضع CPN لتغييرات في هيكله أثناء النقل أو حالات دورة الخلية.

المصدر: RS Shaw في ويكيبيديا الإنجليزية.

في الآونة الأخيرة ، تم اكتشاف أن النيوكليوبورينات ، وهي البروتينات التي تشكل CPN ، لها دور مهم في تنظيم التعبير الجيني. وهكذا ، عندما تحدث طفرات تؤثر على وظيفة النيوكليوبورينات ، تحدث الأمراض لدى البشر ، مثل أمراض المناعة الذاتية ، واعتلال عضلة القلب ، والالتهابات الفيروسية والسرطان.

مميزات

باستخدام التصوير المقطعي الإلكتروني ، تم تحديد أن CPN يبلغ سمكها 50 نانومتر ، وقطرها الخارجي بين 80 و 120 نانومتر ، وقطرها الداخلي 40 نانومتر. يمكن تصدير الجزيئات الكبيرة مثل الوحدة الفرعية الريبوسومية الكبيرة (MW 1590 كيلو دالتون) من النواة عبر CPN. تشير التقديرات إلى أن هناك ما بين 2000 و 4000 شخصية غير قابلة للعب في كل نواة.

يتراوح الوزن الجزيئي لـ CPN الفردي تقريبًا بين 120 و 125 MDa (1 MDa = 10 ⁶ Da) في الفقاريات. في المقابل ، يكون CPN أصغر في الخميرة ، حيث يبلغ حوالي 60 MDa. على الرغم من الحجم الهائل لـ CPN ، إلا أن النيوكليوبورينات محفوظة بشكل كبير في جميع حقيقيات النوى.

تعتبر عملية النقل من خلال CPN عملية سريعة ، وسرعتها هي 1000 ترجمة / ثانية. ومع ذلك ، فإن CPN لا تحدد بنفسها اتجاه تدفق النقل.

يعتمد ذلك على التدرج اللوني RanGTP ، والذي يكون أكبر في النواة منه في العصارة الخلوية. يتم الحفاظ على هذا التدرج من خلال عامل تبادل الجوانين Ran.

خلال دورة الخلية ، تخضع شبكات CPN لدورات التجميع والتفكك لمكوناتها. يحدث التجميع في الواجهة وبعد الانقسام مباشرة.

المميزات

يجب نقل الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي الصغير ، الحمض النووي الريبي المرسال ، الحمض النووي الريبي) والبروتينات والبروتينات الريبية (RNPs) بشكل فعال من خلال CPN. هذا يعني أن الطاقة من التحلل المائي لـ ATP و GTP مطلوبة. يتم نقل كل جزيء بطريقة معينة.

بشكل عام ، جزيئات الحمض النووي الريبي مليئة بالبروتينات التي تشكل مجمعات RNP ، ويتم تصديرها بهذه الطريقة. في المقابل ، يجب أن تمتلك البروتينات التي يتم نقلها بنشاط إلى النواة تسلسل إشارة توطين النواة (SLN) ، التي تمتلك بقايا حمض أميني موجبة الشحنة (على سبيل المثال ، KKKRK).

يجب أن تحتوي البروتينات التي يتم تصديرها إلى النواة على إشارة تصدير النواة (NES) الغنية بالحمض الأميني ليسين.

بالإضافة إلى تسهيل النقل بين النواة والسيتوبلازم ، تشارك شبكات CPN في تنظيم الكروماتين ، وتنظيم التعبير الجيني ، وإصلاح الحمض النووي. تعزز Nucleoporins (Nups) تنشيط أو قمع النسخ ، بغض النظر عن حالة تكاثر الخلايا.

في الخميرة ، تم العثور على Nups في CNP للغلاف النووي. في metazoans تم العثور عليها في الداخل. يؤدون نفس الوظائف في جميع حقيقيات النوى.

استيراد المواد

من خلال CPN ، هناك انتشار سلبي للجزيئات الصغيرة في كلا الاتجاهين والنقل النشط ، واستيراد البروتينات ، وتصدير RNA والبروتينات الريبية (RNPs) ، والمكوك ثنائي الاتجاه للجزيئات. يتضمن الأخير RNA و RNP والبروتينات المشاركة في التأشير والتكوين الحيوي والدوران.

يتم استيراد البروتينات إلى النواة في خطوتين: 1) ربط البروتين بالجانب السيتوبلازمي من CPN. 2) الانتقال المعتمد على ATP من خلال CPN. تتطلب هذه العملية التحلل المائي لـ ATP وتبادل GTP / الناتج المحلي الإجمالي بين النواة والسيتوبلازم.

وفقًا لنموذج النقل ، يتحرك معقد مستقبلات البروتين على طول القناة عن طريق ربط ، وفصل ، وإعادة ربط تسلسل FG المتكرر للنيوكليوبورينات. بهذه الطريقة ، ينتقل المركب من نوكليوبورين إلى آخر داخل الـ CPN.

تصدير المواد

إنه مشابه للاستيراد. يفرض Ran GTPase الاتجاهية على النقل عبر CNP. Ran عبارة عن مفتاح جزيئي مع حالتين توافقيتين ، اعتمادًا على ما إذا كان مرتبطًا بـ GDP أو GTP.

يعمل اثنان من البروتينات التنظيمية الخاصة بـ Ran على التحويل بين الحالتين: 1) بروتين منشط GTPase الخلوي (GAP) ، والذي يسبب التحلل المائي GTP وبالتالي يحول Ran-GTP إلى Ran-GDP ؛ 2) عامل تبادل الجوانين النووي (GEF) ، الذي يشجع تبادل الناتج المحلي الإجمالي لـ GTP ويحول Ran-GDP إلى Ran-GTP.

يحتوي العصارة الخلوية بشكل أساسي على الناتج المحلي الإجمالي Ran. تحتوي النواة بشكل أساسي على Ran-GTP. هذا التدرج في الشكلين المطابقين لـ Ran يوجه النقل في الاتجاه المناسب.

يتم تسهيل استيراد المستقبل ، المرتبط بالشحنة ، من خلال التعلق بتكرار FG. إذا وصلت إلى الجانب النووي من CNP ، ينضم Ran-GTP إلى المتلقي في الإفراج عن موقعه. وبالتالي ، فإن Ran-GTP ينشئ اتجاه عملية الاستيراد.

التصدير النووي مشابه. ومع ذلك ، فإن Ran-GTP في النواة يعزز ربط البضائع بتصدير المستقبلات. عندما يتحرك مستقبل التصدير عبر المسام إلى العصارة الخلوية ، فإنه يواجه Ran-GAP ، الذي يحفز التحلل المائي لـ GTP إلى الناتج المحلي الإجمالي. أخيرًا ، يتم تحرير المستقبل من وظيفته و Ran-GDP في العصارة الخلوية.

نقل RNA

تصدير بعض أصناف الرنا مشابه لتصدير البروتينات. على سبيل المثال ، يستخدم الحمض الريبي النووي النقال و nsRNA (النووي الصغير) التدرج RanGTP ويتم نقلهما عبر CPN بواسطة carioferin exportin-t و Crm ، على التوالي. يعتمد تصدير الريبوسومات الناضجة أيضًا على تدرج RanGTP.

يتم تصدير MRNA بطريقة مختلفة تمامًا عن البروتينات والـ RNAs الأخرى. للتصدير ، يشكل mRNA مركب RNP (mRNP) الرسول ، حيث يُحاط جزيء mRNA بمئات من جزيئات البروتين. هذه البروتينات هي المسؤولة عن المعالجة والتغطية والتضفير والبولي أدينيل من الرنا المرسال.

يجب أن تكون الخلية قادرة على التمييز بين mRNA مع mRNA الناضج و mRNA مع mRNA غير الناضج. يمكن أن يعتمد mRNA ، الذي يشكل مجمع RPNm ، طبولوجيا تحتاج إلى إعادة تشكيل للنقل. قبل أن يدخل mRNP إلى CPN ، تحدث خطوة تحكم بواسطة TRAMP ومجمعات البروتين الخارجي.

عندما يتم تجميع RNPm الناضج ، يتم نقل RPNm عبر القناة بواسطة مستقبل نقل (Nxf1-Nxt1). يحتاج هذا المستقبل إلى التحلل المائي لـ ATP (وليس تدرج RanGTP) لإنشاء اتجاه إعادة تشكيل mRNP ، والذي سيصل إلى السيتوبلازم.

مجمع المسام النووي والتحكم في التعبير الجيني

تشير بعض الدراسات إلى أن مكونات CPN يمكن أن تؤثر على تنظيم التعبير الجيني عن طريق التحكم في بنية الكروماتين وإمكانية وصوله إلى عوامل النسخ.

في حقيقيات النوى التي تم تطويرها مؤخرًا ، يقع مغاير الكروماتين بشكل تفضيلي في محيط النواة. يتم قطع هذه المنطقة بواسطة قنوات euchromatin ، والتي تحتفظ بها السلة النووية لـ CPN. يرتبط ارتباط السلة النووية بالكروماتين الحقيقي بنسخ الجينات.

على سبيل المثال ، يتضمن تنشيط النسخ على مستوى CPN تفاعل مكونات السلة النووية مع البروتينات مثل هيستون SAGA acetyltransferase وعوامل تصدير RNA.

وبالتالي ، فإن السلة النووية هي عبارة عن منصة للعديد من الجينات والجينات التي تم نسخها بشكل كبير في التدبير المنزلي والتي تحدث بقوة بسبب التغيرات في الظروف البيئية.

مجمع المسام النووي وعلم الفيروسات

العدوى الفيروسية للخلايا حقيقية النواة تعتمد على CPN. في كل حالة من حالات العدوى الفيروسية ، يعتمد نجاحها على مرور الحمض النووي ، أو الحمض النووي الريبي ، أو RPN عبر CPN لتحقيق هدفها النهائي ، وهو تكاثر الفيروس.

كان فيروس القرد 40 (SV40) أحد أكثر النماذج التي خضعت للدراسة للتحقق من دور الشبكة العصبية المركزية في الانتقال داخل النواة. هذا لأن SV40 يحتوي على جينوم صغير (5000 قاعدة).

لقد ثبت أن نقل الحمض النووي للفيروس يسهل بواسطة بروتينات غلاف الفيروس ، والتي تحمي الفيروس حتى يصل إلى النواة.

مكونات

يتم تضمين CPN داخل الغلاف النووي ويتكون من 500 و 1000 Nups تقريبًا. يتم تنظيم هذه البروتينات في مجموعات فرعية أو وحدات هيكلية تتفاعل مع بعضها البعض.

الوحدة الأولى هي مكون مركزي ، أو حلقة ، داخل مسام على شكل ساعة رملية ، محدودة بحلقة أخرى بقطر 120 نانومتر على كلا الوجهين ، داخل النواة والهيولي. الوحدة الثانية هي النواة وحلقات السيتوبلازم (قطر كل منهما 120 نانومتر) تقع حول المكون على شكل الساعة الرملية.

الوحدة الثالثة هي ثمانية خيوط تنطلق من الحلقة 120 نانومتر في النواة وتشكل بنية على شكل سلة. تتكون الوحدة الرابعة من الخيوط التي تتجه نحو جانب السيتوبلازم.

المركب على شكل Y ، المكون من ستة Nups والبروتينات Seh 1 و Sec 13 ، هو أكبر مجمع لـ CNP وأفضله تميزًا. هذا المجمع هو الوحدة الأساسية التي هي جزء من سقالات CPN.

على الرغم من التشابه المنخفض بين متواليات Nups ، فإن سقالة CPN محفوظة بشكل كبير في جميع حقيقيات النوى.

المراجع

1. Beck، M.، Hurt، E. 2016. مجمع المسام النووي: فهم وظيفته من خلال البصيرة الهيكلية. مراجعات الطبيعة ، بيولوجيا الخلية الجزيئية ، دوي: 10.1038 / nrm.2016.147.
2. Ibarra، A.، Hetzer، MW 2015. بروتينات المسام النووية والتحكم في وظائف الجينوم. الجينات والتنمية ، 29 ، 337-349.
3. كاباتشينسكي ، جي ، شوارتز ، TU 2015. مجمع المسام النووي - الهيكل والوظيفة في لمحة. مجلة العلوم الخلوية ، 128 ، 423-429.
4. Knockenhauer، KE، Schwartz، TU 2016. مجمع المسام النووي كبوابة مرنة وديناميكية. الخلية ، 164 ، 1162-1171.
5. Ptak ، C. ، Aitchison ، JD ، Wozniak ، RW 2014. مجمع المسام النووي متعدد الوظائف: منصة للتحكم في التعبير الجيني. الرأي الحالي لبيولوجيا الخلية ، DOI: 10.1016 / j.ceb.2014.02.001.
6. Stawicki، SP، Steffen، J. 2017. إعادة النشر: مجمع المسام النووي - مراجعة شاملة للهيكل والوظيفة. المجلة الدولية للطب الأكاديمي ، 3 ، 51-59.
7. Tran، EJ، Wente، SR 2006. معقدات المسام النووية الديناميكية: الحياة على الحافة. الخلية ، 125 ، 1041-1053.