pori nuklir (dari bahasa Yunani, pori-pori = bagian atau transit) adalah “pintu gerbang” dari inti yang memungkinkan sebagian besar transportasi antara nukleoplasma dan sitoplasma. Pori nukleus bergabung dengan membran dalam dan luar nukleus untuk membentuk saluran, yang berfungsi untuk mengangkut protein dan RNA.
Kata pori tidak mencerminkan kompleksitas struktur yang dimaksud. Karena itu, lebih baik merujuk ke kompleks pori nuklir (CPN), daripada pori nuklir. CPN dapat mengalami perubahan dalam strukturnya selama transportasi atau keadaan siklus sel.
Sumber: RS Shaw di Wikipedia bahasa Inggris. [CC BY-SA 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)]
Baru-baru ini, nukleoporin, protein yang membentuk CPN, telah ditemukan memainkan peran penting dalam mengatur ekspresi gen. Jadi, ketika terjadi mutasi yang mempengaruhi fungsi nukleoporin, patologi terjadi pada manusia, seperti penyakit autoimun, kardiomiopati, infeksi virus, dan kanker.
Indeks artikel
Karakteristik
Melalui tomografi elektron, ditentukan bahwa CPN memiliki ketebalan 50 nm, diameter luar antara 80 dan 120 nm, dan diameter dalam 40 nm. Molekul besar seperti subunit ribosom besar (MW 1590 kDa) dapat dikeluarkan dari nukleus melalui CPN. Diperkirakan ada antara 2.000 dan 4.000 NPC per nukleus.
molekul berat dari CPN individu adalah sekitar antara 120 dan 125 MDA (1 MDA = 10 6 Da) di vertebrata . Sebaliknya, CPN pada ragi lebih kecil, yaitu sekitar 60 MDa. Meskipun ukuran CPN sangat besar, nukleoporin sangat terkonservasi di semua eukariota.
Translokasi melalui CPN adalah proses yang cepat, kecepatannya adalah 1000 translokasi / detik. Namun, CPN itu sendiri tidak menentukan arah aliran transportasi.
Itu tergantung pada gradien RanGTP, yang lebih besar di nukleus daripada di sitosol. Gradien ini dipertahankan oleh faktor pertukaran guanin Ran.
Selama siklus sel, CPN menjalani siklus perakitan dan pembongkaran komponennya. Perakitan terjadi pada antarmuka dan segera setelah mitosis.
Fitur
Asam ribonukleat (RNA inti kecil, RNA pembawa pesan, RNA transfer), protein, dan ribonukleoprotein (RNP) harus diangkut secara aktif melalui CPN. Ini berarti bahwa energi dari hidrolisis ATP dan GTP diperlukan. Setiap molekul diangkut dengan cara tertentu.
Secara umum, molekul RNA dikemas dengan protein yang membentuk kompleks RNP, yang diekspor dengan cara ini. Sebaliknya, protein yang secara aktif diangkut ke nukleus harus memiliki urutan sinyal lokalisasi nukleus (SLN), yang memiliki residu asam amino bermuatan positif (misalnya, KKKRK).
Protein yang diekspor ke nukleus harus memiliki sinyal ekspor nukleus (SPN) yang kaya akan asam amino leusin.
Selain memfasilitasi transportasi antara nukleus dan sitoplasma, CPN terlibat dalam organisasi kromatin, regulasi ekspresi gen, dan perbaikan DNA . Nukleoporin (Nups) mempromosikan aktivasi atau represi transkripsi, terlepas dari keadaan proliferasi sel.
Dalam ragi, Nups ditemukan di CNP amplop nuklir. Dalam metazoa mereka ditemukan di pedalaman. Mereka melakukan fungsi yang sama di semua eukariota.
Impor zat
Melalui CPN ada difusi pasif molekul kecil di kedua arah dan transpor aktif, impor protein, ekspor RNA dan ribonukleoprotein (RNP), dan antar-jemput dua arah molekul. Yang terakhir termasuk RNA, RNP, dan protein yang terlibat dalam pensinyalan, biogenesis, dan pergantian.
Impor protein ke dalam nukleus terjadi dalam dua langkah: 1) pengikatan protein ke sisi sitoplasma CPN; 2) Translokasi yang bergantung pada ATP melalui CPN. Proses ini membutuhkan hidrolisis ATP dan pertukaran GTP/PDB antara nukleus dan sitoplasma.
Menurut caral transpor, kompleks reseptor-protein bergerak di sepanjang saluran dengan mengikat, memisahkan, dan menempel kembali ke urutan FG nukleoporin yang berulang. Dengan cara ini, kompleks bergerak dari satu nukleoporin ke nukleoporin lainnya di dalam CPN.
Ekspor zat
Ini mirip dengan impor. Ran GTPase memaksakan arah pada transportasi melalui CNP. Ran adalah sakelar molekuler dengan dua status konformasi, tergantung pada apakah ia terikat pada GDP atau GTP.
Dua protein pengatur spesifik Ran memicu konversi antara dua keadaan: 1) protein pengaktif GTPase sitosol (GAP), yang menyebabkan hidrolisis GTP dan dengan demikian mengubah Ran-GTP menjadi Ran-GDP; dan 2) faktor pertukaran guanin nuklir (GEF), yang mendorong pertukaran PDB untuk GTP dan mengubah Ran-GDP menjadi Ran-GTP.
Sitosol terutama mengandung Ran-GDP. Kernel terutama berisi Ran-GTP. Gradien dari dua bentuk konformasi Ran ini mengarahkan transpor ke arah yang sesuai.
Impor reseptor, yang melekat pada kargo, difasilitasi oleh lampiran pada pengulangan FG. Jika dia mencapai sisi inti CNP, Ran-GTP bergabung dengan penerima untuk melepaskan posisinya. Dengan demikian, Ran-GTP menciptakan arah proses impor.
Ekspor nuklir serupa. Namun, Ran-GTP dalam nukleus mendorong pengikatan kargo ke ekspor reseptor. Ketika reseptor ekspor bergerak melalui pori-pori ke sitosol, ia bertemu Ran-GAP, yang menginduksi hidrolisis GTP menjadi PDB. Akhirnya, reseptor dilepaskan dari posnya dan Ran-GDP di sitosol.
transportasi RNA
Ekspor beberapa kelas RNA mirip dengan ekspor protein. Misalnya, tRNA dan nsRNA (nuklir kecil) menggunakan gradien RanGTP dan diangkut melalui CPN masing-masing oleh carioferin exportin-t dan Crm. Ekspor ribosom dewasa juga bergantung pada gradien RanGTP.
MRNA diekspor dengan cara yang sangat berbeda dari protein dan RNA lainnya. Untuk ekspornya, mRNA membentuk kompleks messenger RNP (mRNP), di mana satu molekul mRNA dikelilingi oleh ratusan molekul protein. Protein ini bertanggung jawab untuk pemrosesan, pembatasan , penyambungan, dan poliadenilasi mRNA.
Sel harus mampu membedakan antara mRNA dengan mRNA matur dan mRNA dengan mRNA imatur. MRNA, yang membentuk kompleks RPNm, dapat mengadopsi topologi yang perlu dicaral ulang untuk transportasi. Sebelum mRNP memasuki CPN, terjadi langkah kontrol yang dilakukan oleh TRAMP dan kompleks protein eksosom.
Ketika RNPm matang dirakit, RPNm diangkut melalui saluran oleh reseptor transpor (Nxf1-Nxt1). Reseptor ini memerlukan hidrolisis ATP (bukan gradien RanGTP) untuk menetapkan arah recaraling mRNP, yang akan mencapai sitoplasma.
Kompleks pori nukleus dan kontrol ekspresi gen
Beberapa penelitian menunjukkan bahwa komponen CPN dapat mempengaruhi regulasi ekspresi gen dengan mengontrol struktur kromatin dan aksesibilitasnya terhadap faktor transkripsi.
Pada eukariota yang lebih baru berkembang, heterokromatin lebih disukai terletak di pinggiran nukleus. Wilayah ini terganggu oleh saluran eukromatin, yang dikelola oleh keranjang nuklir CPN. Asosiasi keranjang nuklir dengan eukromatin terkait dengan transkripsi gen.
Misalnya, aktivasi transkripsi pada tingkat CPN melibatkan interaksi komponen keranjang inti dengan protein seperti histone SAGA acetyltransferase dan faktor ekspor RNA.
Dengan demikian, keranjang nuklir adalah platform untuk banyak gen rumah tangga yang sangat ditranskripsi dan gen yang sangat diinduksi oleh perubahan kondisi lingkungan.
Kompleks pori nuklir dan virologi
Infeksi virus sel eukariotik tergantung pada CPN. Dalam setiap kasus infeksi virus, keberhasilannya tergantung pada DNA, RNA, atau RPN yang melewati CPN untuk mencapai tujuan akhirnya, yaitu replikasi virus.
Virus simian 40 (SV40) telah menjadi salah satu caral yang paling banyak dipelajari untuk menyelidiki peran CPN dalam translokasi di dalam nukleus. Ini karena SV40 memiliki genom kecil (5.000 basa).
Telah ditunjukkan bahwa pengangkutan DNA virus difasilitasi oleh protein mantel virus, yang melindungi virus hingga mencapai nukleus.
Komponen
CPN tertanam di dalam amplop nuklir dan terdiri dari antara 500 dan 1000 Nups, kira-kira. Protein ini diatur ke dalam subkompleks atau modul struktural, yang berinteraksi satu sama lain.
Modul pertama adalah komponen pusat, atau cincin, di dalam pori berbentuk jam pasir, yang dibatasi oleh cincin lain dengan diameter 120 nm di kedua sisi, intranuklear dan sitoplasma. Modul kedua adalah nukleus dan cincin sitoplasma (berdiameter 120 nm masing-masing) yang terletak di sekitar komponen berbentuk jam pasir.
Modul ketiga adalah delapan filamen yang menonjol dari cincin 120 nm ke dalam nukleoplasma dan membentuk struktur berbentuk keranjang. Modul keempat terdiri dari filamen yang menonjol ke arah sisi sitoplasma.
Kompleks berbentuk Y, terdiri dari enam Nups dan protein Seh 1 dan Sec 13, adalah kompleks CNP yang terbesar dan berkarakteristik terbaik. Kompleks ini adalah unit penting yang merupakan bagian dari perancah CPN.
Meskipun kesamaan yang rendah antara urutan Nups, perancah CPN sangat dilestarikan di semua eukariota.
Referensi
- Beck, M., Hurt, E. 2016. Kompleks pori nuklir: memahami fungsinya melalui wawasan struktural. Tinjauan Alam, Biologi Sel Molekuler, Doi: 10.1038 / nrm.2016.147.
- Ibarra, A., Hetzer, MW 2015. Protein pori nuklir dan kontrol fungsi genom. Gen dan Perkembangan, 29, 337–349.
- Kabachinski, G., Schwartz, TU 2015. Kompleks pori nuklir – struktur dan fungsi sekilas. Jurnal Ilmu Sel, 128, 423-429.
- Knockenhauer, KE, Schwartz, TU 2016. Kompleks pori nuklir sebagai gerbang yang fleksibel dan dinamis. Sel, 164, 1162-1171.
- Ptak, C., Aitchison, JD, Wozniak, RW 2014. Kompleks pori nuklir multifungsi: platform untuk mengendalikan ekspresi gen. Opini Saat Ini tentang Biologi Sel, DOI: 10.1016 / j.ceb.2014.02.001.
- Stawicki, SP, Steffen, J. 2017. Republik: kompleks pori nuklir – tinjauan komprehensif struktur dan fungsi. Jurnal Internasional Kedokteran Akademik, 3, 51-59.
- Tran, EJ, Weente, SR 2006. Kompleks pori nuklir dinamis: kehidupan di tepi. Sel, 125, 1041-1053.
