4. Struktura jądra interfazowego

Wydzielenie jądra to oddzielenie transkrypcji i translacji. U procaryota nie ma intronów - transkrypcja i translacja prawie równoległe. U eucaryota geny w postaci nieciągłej: pre-mRNA musi przejść proces dojrzewania (dotyczy ono wielu rodzajów RNA...)

Dojrzewanie:

• Nakładanie „Cap” na koniec 5'

• Uwypuklenie fragmentów niekodujących i ich późniejsze wycięcie.

• Połączenie całości RNA przez ligazy.

Wielkość jądra zależy od aktywności komórkowej. Przy dużym metabolizmie stosunek rozmiaru ^jądro/_{reszta komórki} jest duży.

Jądro:

1. Otoczka

2. Matriks (nuklepolazma)

3. Chromatyna

4. Jąderko

1. Otoczka - Nuclear Envelope

Zanika podczas fazy M; nie jest strukturą trwałą. Składa się z 2 błon rozdzielonych przestrzenią perynuklearną:

• Zewnętrzna - zachowuje ciągłość z ER, jest labilna i giętka. Zawiera białka charakterystyczne dla ER (cytochrom p450 i B5). Często ma rybosomy.

• Wewnętrzna - połączona z matriks jądrowym za pomocą lamin (LAP A, B, C), LAP2α i β (w jądrze).

Ogólny skład chemiczny błon otoczki jądrowej cechuje wysoka % zawartość białek (do 70% masy) oraz znaczący udział fosfolipidów odróżniający je od innych błon w komórce. Zidentyfikowano 4 główne klasy białek:

1. Transbłonowa glikoproteina - gp210; zespala wewnętrzną i zewnętrzna błonę otoczki jądrowej; niezbędna dla uformowania kompleksów porowych i ich stabilizacji.

2. Peryferyjne glikoproteiny kompleksu porowego; uczestniczą w wymianie jądrowo-cytoplazmatycznej.

3. Laminy - główne składniki blaszki, należące do rodziny filamentów pośrednich; odgrywają kluczową rolę w utrzymaniu strukturalnej integralności błony.

4. Integralne białka błonowe - specyficzne dla wewnętrznej błony otoczki jądrowej, ściśle zasocjowane z blaszką, receptory dla niektórych lamin.

Morfologia Nuclear Pore Complex:

1. Kompleks szprych wraz z centralnym kompleksem kanałowym

2. Pierścień cytoplazmatyczny

3. Pierścień nukleoplazmatyczny

1. Podstawowy szkielet jądrowego kompleksu porowego; składa się z 8 szprych obejmujących centralny kompleks kanałowy. Jest ulokowany między pierścieniem cytoplazmatycznym i nukleoplazmatycznym.

2. Od strony cytoplazmy zwieńczony 8 krótkimi filamentami będących miejscem dokowania dla białek importowanych do jądra komórkowego. Dzięki zdolności do aktywnego, bądź biernego skracania mogą dostarczać dokowany materiał do centralnego kompleksu kanałowego.

3. Ulokowany na obrzeżu kompleksu porowego od strony nukleoplazmy. Jest połączony z „koszykiem jądrowym” zbudowanym z 8 filamentów. Rozgałęzienia każdego filamentu tworzą pierścień koszyka (odgrywa on rolę w transporcie jądrowo-cytoplazmatycznym)

Transport aktywny:

1. Białko zawierające Nulcear Localisation Signal łączy się z importyną α, potem z β i tworzy z nimi kompleks, który przez importynę β jest przyłączany do filamentów cytoplazmatycznych NPC.

2. W etapie translokacji tego kompleksu uczestniczy RanGDP. Wymiana RanGDP, na GTP warunkuje wiązanie RanGTP z importyną β i dysocjację transportowanej cząstki.

3. Importyna β wraz z RanGTP wraca do cytoplazmy (może też wracać niezależnie). Importyna α wymaga czynnika eksportu Cellular Apoptosis Susceptibility protein oraz RanGTP.

4. RanGTP jest przekształcane w nieaktywną formę RanGDP i oddysocjowuje obie importyny.

Eksport cząsteczek z jądra jest oparty na podobnym mechanizmie; tam jednak zamiast NLS występuje sekwencja Nulear Export Sequence.

2. Matriks

• Blaszka jądrowa - siateczka włókien białkowych wyścielająca wewnętrzną powierzchnie błony jądrowej. Stanowi szkielet dla otoczki jądrowej oraz służy do zakotwiczenia domen chromatynowych (lamina B).

Pojedyncza lamina składa się z 3 domen - rdzeń o strukturze helikalnej

- sekwencja sygnałowa NLS

- miejsce wiązania dla białek LAP

Laminy tworzą filamenty pośrednie; wyścielają błonę i tworzą składniki cytoszkieletu.

• Siateczka wewnątrz jądrowa

• Matriks jąderkowe - białka: B23, nukleolina, fibryllaryna

Białka budujące matriks: Laminy (A - w jądrach komórek zróżnicowanych, B - we wszystkich komórkach, C).

W DNA sekwencje MatrixAssociatedRegion lub Scaffoold Attached Region - sekwencje łączące chromatynę z matriks jądrowym umożliwiające zajęcie despiralizującym chromosomom określonych domen i wyodrębnienie domen odpowiedzialnych za transkrypcję i translację. Niektóre sekwencje MAR mają znaczenie strukturalne i funkcjonalne (ich cechą charakterystyczną 70% sekwencji A + T). W sekwencjach MAR znajdują się rejony inicjujące replikację.

3. Chromatyna

• DNA

• Białka niehistonowe - High Mobility Group - A

- B (w eu i heterochromatynie)

- N (wewnątrz nukleosomów; odkształcanie i skracanie DNA ze względu na duże powinowactwo do białek histonowych)

• snRNA - dojrzewanie transkryptów; składanie (splicing) mRNA, etc.

• Histony

Częstość występowania sekwencji w 2n genomie:

• Unikalne - 2 na jeden 2n genom

• Średnio repetetywne - do 10³ na 2n genom. Sekwencje kodujące - mają geny dla rRNA, tRNA, histonów, białek zapasowych (rośliny). Kodują b. szerokie spektrum białek; nie wchodzą w skład heteromchromatyny.

• Wysocerepetetywne satelitarne DNA - do 10⁵ na 2n genom. W jądrze interfazowym w kondensacji (podobnie do RNA), nie podlegają transkrypcji, despiralizują podczas replikacji.

Stopnie upakowania materiału genetycznego:

1. Podwójna helisa DNA (10 nukleotydów na skręt)

2. Włókno nukleosomowe (6 nukleosomów na skręt)

3. Włókno solenoidowe (50 skrętów na pętlę - każda pętla to jednostka replikacyjna)

4. Chromatyna interfazowa

5. Chromosom metafazowy

Histony - małe, wybitnie zasadowe białka (najbardziej ze wszystkich poznanych). Ich ładunek wypadkowy + przyciąga DNA -.

H1, H2A, H2B - Arginina

H3, H4 - Arginina + Lizyna

Postranslacyjne modyfikacje histonu:

• Acetylacja - odwracalna; następuje podczas transkrypcji i translacji. Proces ten, powodując lokalne zmiany w upakowaniu chromatyny, ułatwia związanie polimeraz oraz innych białek przed rozpoczęciem transkrypcji lub translacji. Rozluźnia chromatynę

• Fosforylacja - odwracalna; zmiany w ufosforylowaniu histonów towarzyszą zjawiskom zachodzącym podczas fazy M: kondensacja chromosomów, rozpad otoczki jądrowej, montaż i wydłużenie wrzeciona podziałowego. Kondensacja i dekondensacja chromatyny.

• Metylacja - z reguły nieodwracalna; dotyczy głównie histonów argininowych H3 i H4. Związana ze strukturalnymi i funkcjonalnymi modyfikacjami w chromatynie po mitozie.

4. Jąderko

Duży stopień kondensacji białek; 3 obszary:

1. Składnik fibrylarny gęsty

2. Składnik granularny (na peryferycznej części) - podjednostki do wyeksportowania

3. Odcinki RNA kodujące rybosomowe RNA

Wakuole jąderkowe - miejsca o większej od otoczenia przejrzystości, związane z wyeksportowaniem pre-rRNA.

W jąderku zachodzi synteza pre-rRNA (fabryka rybosomów); geny dla rRNA występują w formie tandemowej:

- odcinki 18S (mała podjednostka rybosomowa)

- odcinki 28S i 5,8S (duża podjednostka rybosomowa), 5S RNA transkrybowane w matriks.

Jąderko pełni także funkcję więzienia dla białek mających pozostać nieaktywnymi - MDM2. inhibitor p53, w interfazie jest upakowany w jąderku.

Miejsce działania polimeraz:

Polimeraza I - jąderko (18S, 5,8S, 28S)

Polimeraza II - chromatyna (geny kodujące białka snRNA)

Polimeraza III - chromatyna (geny dla tRNA, 5S RNA, geny małych strukturalnych RNA)

Białka jąderkowe:

• B23 - białko „niańka” - ochrania pre-rRNA w trakcie transportu

• Nukleolina - ufosforylowana bierze udział w cięciu pre-RNA → ułatwia przyłączenie białek regulatorowych i endonukleaz

• Fibrylaryna - dojrzewanie

Typy morfologiczne jądra:

• Retikularny - dużo DNA ≈ 100 pikogramów; Barwią się hetero i euchromatyna.

• Duże chromosomy o ułożeniu 2 biegunowym - heterochromatyna przy centromerach

- euchromatyna przy telomerach

• Retikularny z chromocentrami - heterochromatyna w postaci chromocentrów (słabo wybarwiona)

Heterochromatyna fakultatywna - dotyczy chromosomów płciowych. Np. fenotyp męski XX u świerszczy; dla wyrównania poziomu ekspresji genów pomiędzy chromosomami, jeden z nich ulega kondensacji. O kondensacji decyduje stopień zmetylowania związany z transkrypcją genu X Inactive Specific Transcript.

3

---