PORI INTI: KARAKTERISTIK, FUNGSI, KOMPONEN - BIOLOGI - 2025

The 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 inti bergabung dengan membran dalam dan luar inti untuk membentuk saluran, yang berfungsi untuk mengangkut protein dan RNA.

Kata pori tidak mencerminkan kompleksitas struktur yang dimaksud. Oleh karena itu, lebih disukai mengacu pada kompleks pori inti (CPN) daripada pori inti. CPN dapat mengalami perubahan dalam strukturnya selama pengangkutan atau keadaan siklus sel.

Sumber: RS Shaw di Wikipedia bahasa Inggris.

Baru-baru ini, ditemukan bahwa nukleoporin, protein yang menyusun CPN, memiliki peran penting dalam pengaturan ekspresi gen. Dengan demikian, ketika terjadi mutasi yang mempengaruhi fungsi nukleoporin, patologi terjadi pada manusia, seperti penyakit autoimun, kardiomiopati, infeksi virus, dan kanker.

karakteristik

Dengan menggunakan 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.

Berat molekul CPN individu kira-kira antara 120 dan 125 MDa (1 MDa = 10 ⁶ Da) pada vertebrata. Sebaliknya CPN lebih kecil pada yeast yaitu sekitar 60 MDa. Terlepas dari ukuran CPN yang sangat besar, nukleoporin sangat terkonservasi di semua eukariota.

Translokasi melalui CPN adalah proses yang cepat, kecepatannya 1000 translokasi / detik. Namun, CPN sendiri tidak menentukan arah aliran transpor.

Itu tergantung pada gradien RanGTP, yang lebih besar di dalam nukleus daripada di sitosol. Gradien ini dipertahankan oleh faktor pertukaran guanin Ran.

Selama siklus sel, CPN menjalani siklus perakitan dan disunitas komponennya. Perakitan terjadi di antarmuka dan segera setelah mitosis.

fitur

Asam ribonukleat (RNA inti kecil, RNA pembawa pesan, RNA transfer), protein, dan ribonukleoprotein (RNP) harus secara aktif diangkut melalui CPN. Artinya dibutuhkan energi dari hidrolisis ATP dan GTP. 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 sekuens sinyal lokalisasi inti (SLN), yang memiliki residu asam amino bermuatan positif (misalnya, KKKRK).

Protein yang diekspor ke nukleus harus memiliki sinyal ekspor nukleus (NES) yang kaya akan asam amino leusin.

Selain memfasilitasi transportasi antara nukleus dan sitoplasma, CPN terlibat dalam pengorganisasian kromatin, pengaturan ekspresi gen, dan perbaikan DNA. Nukleoporin (Nups) mendorong aktivasi atau represi transkripsi, terlepas dari keadaan proliferasi sel.

Dalam ragi, Nup ditemukan di CNP amplop inti. Dalam metazoa, mereka ditemukan di dalam. Mereka melakukan fungsi yang sama di semua eukariota.

Impor zat

Melalui CPN terdapat difusi pasif molekul kecil di kedua arah dan transpor aktif, impor protein, ekspor RNA dan ribonukleoprotein (RNP), dan pengalihan molekul dua arah. 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 dari CPN; 2) Translokasi yang bergantung pada ATP melalui CPN. Proses ini membutuhkan hidrolisis ATP dan pertukaran GTP / GDP antara nukleus dan sitoplasma.

Menurut model transpor, kompleks reseptor-protein bergerak di sepanjang saluran dengan menempel, berdisosiasi, dan menempel kembali ke urutan FG berulang nukleoporin. Dengan cara ini, kompleks berpindah dari satu nukleoporin ke nukleoporin lainnya di dalam CPN.

Ekspor zat

Ini mirip dengan impor. Menjalankan GTPase memberlakukan pengarahan pada transportasi melalui CNP. Ran adalah sakelar molekuler dengan dua keadaan 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 mempromosikan pertukaran PDB untuk GTP dan mengubah Ran-PDB menjadi Ran-GTP.

Sitosol terutama mengandung PDB Ran. Kernel utamanya berisi Ran-GTP. Gradien dari dua bentuk konformasi Ran ini mengarahkan pengangkutan ke arah yang sesuai.

Impor reseptor, yang melekat pada kargo, difasilitasi oleh lampiran pada pengulangan FG. Jika mencapai sisi nuklir CNP, Ran-GTP bergabung dengan penerima untuk melepaskan posisinya. Jadi, Ran-GTP menciptakan arah proses impor.

Ekspor nuklir serupa. Namun, Ran-GTP di dalam nukleus mempromosikan pengikatan kargo ke ekspor reseptor. Ketika reseptor ekspor bergerak melalui pori ke dalam sitosol, ia bertemu dengan 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, capping, splicing dan polyadenylation mRNA.

Sel harus mampu membedakan antara mRNA dengan mRNA matang dan mRNA dengan mRNA yang belum matang. MRNA, yang membentuk kompleks RPNm, dapat mengadopsi topologi yang perlu direnovasi untuk transportasi. Sebelum mRNP memasuki CPN, dilakukan langkah kontrol yang dilakukan oleh TRAMP dan kompleks protein eksosom.

Ketika RNPm matang dipasang, RPNm diangkut melalui saluran oleh reseptor transpor (Nxf1-Nxt1). Reseptor ini membutuhkan hidrolisis ATP (bukan gradien RanGTP) untuk menetapkan arah pemodelan ulang mRNP, yang akan mencapai sitoplasma.

Kompleks pori inti 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 baru berevolusi, heterokromatin secara istimewa terletak di pinggiran nukleus. Wilayah ini terganggu oleh saluran eukromatin, yang dikelola oleh keranjang nuklir CPN. Asosiasi keranjang inti dengan eukromatin terkait dengan transkripsi gen.

Misalnya, aktivasi transkripsi pada tingkat CPN melibatkan interaksi komponen keranjang inti dengan protein seperti histon SAGA asetiltransferase dan faktor ekspor RNA.

Dengan demikian, keranjang nuklir adalah platform untuk banyak gen rumah tangga yang sangat ditranskripsi dan gen yang sangat dipengaruhi oleh perubahan kondisi lingkungan.

Kompleks pori nuklir dan virologi

Infeksi virus pada sel eukariotik bergantung pada CPN. Pada setiap kasus infeksi virus, keberhasilannya bergantung pada DNA, RNA, atau RPN yang melewati CPN untuk mencapai tujuan akhirnya, yaitu replikasi virus.

Virus simian 40 (SV40) telah menjadi salah satu model yang paling banyak dipelajari untuk menyelidiki peran CPN dalam translokasi di dalam nukleus. Ini karena SV40 memiliki genom kecil (5.000 basa).

Telah dibuktikan bahwa pengangkutan DNA virus difasilitasi oleh protein mantel virus, yang melindungi virus hingga mencapai nukleus.

Komponen

CPN tertanam di dalam selubung nuklir dan terdiri dari kira-kira antara 500 dan 1000 Nups. Protein ini disusun menjadi subkompleks struktural atau modul, yang berinteraksi satu sama lain.

Modul pertama adalah komponen sentral, atau cincin, di dalam pori berbentuk jam pasir, yang dibatasi oleh cincin lain berdiameter 120 nm di kedua permukaan, intranuklear dan sitoplasma. Modul kedua adalah inti dan cincin sitoplasma (masing-masing berdiameter 120 nm) yang terletak di sekitar komponen berbentuk jam pasir.

Modul ketiga adalah delapan filamen yang memproyeksikan dari cincin 120 nm ke dalam nukleoplasma dan membentuk struktur berbentuk keranjang. Modul keempat terdiri dari filamen yang menjorok ke arah sisi sitoplasma.

Kompleks berbentuk Y, terdiri dari enam Nup dan protein Seh 1 dan Sec 13, adalah kompleks CNP dengan karakteristik terbesar dan terbaik. Kompleks ini merupakan unit esensial yang menjadi bagian dari perancah CPN.

Meskipun kesamaan rendah antara urutan Nups, perancah CPN sangat terkonservasi di semua eukariota.

Referensi

1. Beck, M., Hurt, E. 2016. Kompleks pori nuklir: memahami fungsinya melalui wawasan struktural. Ulasan Alam, Biologi Sel Molekuler, Doi: 10.1038 / nrm. 2016.147.
2. Ibarra, A., Hetzer, MW 2015. Protein pori inti dan kontrol fungsi genom. Genes and Development, 29, 337–349.
3. Kabachinski, G., Schwartz, TU 2015. Kompleks pori inti - struktur dan fungsi sekilas. Jurnal Ilmu Sel, 128, 423–429.
4. Knockenhauer, KE, Schwartz, TU 2016. Kompleks pori nuklir sebagai gerbang yang fleksibel dan dinamis. Sel, 164, 1162-1171.
5. Ptak, C., Aitchison, JD, Wozniak, RW 2014. Kompleks pori inti multifungsi: platform untuk mengontrol ekspresi gen. Pendapat Saat Ini tentang Biologi Sel, DOI: 10.1016 / j.ceb.2014.02.001.
6. Stawicki, SP, Steffen, J. 2017. Replikasi: kompleks pori nuklir - tinjauan komprehensif struktur dan fungsi. Jurnal Internasional Kedokteran Akademik, 3, 51-59.
7. Tran, EJ, Wente, SR 2006. Kompleks pori nuklir dinamis: kehidupan di tepi. Sel, 125, 1041-1053.