핵공

Nuclear pore
핵공
Diagram human cell nucleus.svg
인간 세포 핵의 다이어그램.왼쪽 하단에 표시된 핵공
NuclearPore crop.png
핵공.측면도. 1. 핵봉투. 2.바깥 고리. 3. 스포크. 4. 바구니. 5.필라멘트(그림은 전자현미경 이미지를 바탕으로 작성)
세부 사항
식별자
라틴어포러스 뉴클레오리스
메쉬D022022
THH1.00.01.2.01005
FMA63148
해부학 용어

핵 기공은 핵 외피를 덮고 있는 핵 기공 복합체로 알려진 단백질의 큰 복합체의 일부이며, 이것은 진핵 세포 핵을 둘러싼 이중 막이다.척추동물 세포의 핵 외피에는 약 1,000개의 핵공 복합체(NPC)가 있지만, 이 수치는 세포 유형과 라이프 [1]사이클의 단계에 따라 다르다.인간핵공복합체(hNPC)는 110메가달톤(MDA) 구조다.핵공 복합체를 구성하는 단백질은 뉴클레오폴린으로 알려져 있다; 각각의 NPC는 최소 456개의 개별 단백질 분자를 포함하고 34개의 서로 다른 뉴클레오폴린 [2]단백질로 구성되어 있다.핵포린의 약 절반은 일반적으로 솔레노이드 단백질 도메인(알파 솔레노이드 또는 베타 컨트롤러 폴드)을 포함하거나, 경우에 따라서는 둘 다 별개의 구조 도메인으로 포함된다.나머지 절반은 "자연적으로 펼쳐지는" 또는 본질적으로 무질서한 단백질의 전형적인 구조적 특성을 보여준다. 즉, 그들은 질서 있는 3차 [3]구조가 없는 매우 유연한 단백질이다.이러한 무질서한 단백질은 FG 뉴클레오폴린으로, 아미노산 배열이 많은 페닐알라닌(글리신 [4]반복)을 포함하고 있기 때문에 그렇게 불린다.

핵공 복합체는 핵 외피를 가로질러 분자를 운반할 수 있게 한다.이 수송에는 핵에서 세포질로 이동하는 RNA 및 리보솜 단백질과 단백질(DNA 중합효소 및 라민 등), 탄수화물, 신호 분자 및 핵으로 이동하는 지질 등이 포함됩니다.핵공복합체(NPC)는 1초당 1000개의 전위를 활발하게 수행할 수 있는 것이 특징이다.비록 작은 분자가 단순히 모공을 통해 확산되지만, 큰 분자는 특정한 신호 시퀀스에 의해 인식될 수 있고, 그 후 핵으로 또는 핵 밖으로 뉴클레오폴린의 도움으로 확산될 수 있다.최근 이러한 핵모공은 핵모공을 [5][6]통한 분자 수송을 어떻게 조절하는지에 대한 통찰력을 제공하는 특정한 진화적 보존 특징을 가지고 있는 것으로 나타났다.핵포린 매개 운반은 직접 에너지를 필요로 하는 것이 아니라 RAN 사이클과 관련된 농도 구배에 따라 달라진다.실제 모공(외측 고리)을 둘러싼 8개의 단백질 서브유닛 각각은 모공 채널 위에 스포크 모양의 단백질을 투영한다.모공의 중앙은 종종 플러그와 같은 구조를 가지고 있는 것으로 보입니다.이것이 실제 플러그에 해당하는 것인지, 아니면 단순히 운송 중에 잡힌 화물인지에 대해서는 아직 알려지지 않았다.

크기와 복잡성

척추동물의 [7]핵공 복합체 전체 지름은 약 120나노미터이다.이 채널의 지름은 인간의 경우[8] 5.2나노미터에서 개구리의 경우 10.7나노미터에 이르며 깊이는 [9]약 45나노미터입니다. 단가닥인 mRNA는 0.5나노미터에서 [10]1나노미터의 두께를 가지고 있습니다.포유동물 NPC의 분자량은 약 124메가달톤(MDA)[11]이며 각각 여러 개의 [12]복사본으로 이루어진 약 30개의 다른 단백질 성분을 포함하고 있다.반면 사카로미세스 세레비시아이 효모는 질량이 66MDa에 [13]불과해 더 작다.

핵공 복합체를 통한 수송

상세 정보:핵수송
Ran-GTP 사이클, 핵 수입 및 핵 수출
핵공, 라미나 및 염색질

소립자(최대 30~60kDa)는 수동 [14][15]확산에 의해 핵공 복합체를 통과할 수 있다.더 큰 입자는 또한 분자량에 따라 점차 감소하는 속도로 모공의 큰 직경을 통해 수동적으로 확산될 수 있습니다.복합체를 효율적으로 통과하려면 몇 가지 단백질 인자,[16] 특히 핵(importins) 또는 핵(exportins)에 대한 화물 분자에 결합하고 NPC를 통한 전이를 매개하는 핵 수송 수용체가 필요하다.핵수송 수용체의 가장 큰 패밀리는 임포틴과 수출용 패밀리를 모두 포함하는 카리오페린이다. 이 패밀리는 카리오페린-α와 카리오페린-β 서브 패밀리로 더욱 세분된다.다른 핵수송 수용체로는 NTF2와 일부 NTF2 유사 단백질이 있다.

전위 메커니즘을 설명하기 위해 세 가지 모델이 제안되었습니다.

  • 중앙 플러그를 따른 선호도 그라데이션
  • 브라운 친화성 게이트
  • 선택 단계

단백질 수입

주요 기사:핵 위치 측정 신호

핵 국재 신호(NLS)가 노출된 화물은 모공을 통해 빠르고 효율적으로 운송될 것이다.일반적으로 다음과 같은 기본 잔류물과 함께 보존된 배열을 포함하는 여러 NLS 배열이 알려져 있다.PKKRKVNLS가 있는 모든 물질은 핵에 대한 임포틴에 의해 흡수됩니다.

NLS-단백질 수입의 고전적인 방식은 먼저 NLS 배열에 대한 Importin-α 결합에서 시작하여 Importin-β가 부착되는 브리지 역할을 한다.importinβ(importinα)-cargo complex는 핵공으로 향하며 핵공을 통해 확산된다.복합체가 핵에 들어가면 RanGTP는 Importin-β에 결합하고 복합체로부터 이를 치환한다.그런 다음 핵에서 RanGTP에 결합되어 있는 수출물인 세포 아포토시스 감수성 단백질(CAS)이 Importin-α를 화물으로부터 치환한다.따라서 NLS-단백질은 핵질에서 자유롭다.Importinβ-RanGTP 및 Importinα-CAS-RanGTP 복합체는 세포질로 확산되어 GTP가 GDP로 가수분해되어 새로운 NLS-단백질 수입에 이용 가능한 Importinβ 및 Importinα가 방출된다.

화물이 샤페론 단백질의 도움으로 모공을 통과하지만, 모공을 통한 전위는 에너지 의존적이지 않습니다.그러나 전체 수입 사이클은 2개의 GTP의 가수 분해를 필요로 하므로 에너지 의존적이며 활성 수송으로 간주되어야 한다.수입 사이클은 핵-세포질 RanGTP 구배에 의해 구동된다.이 구배는 Ran 분자에서 GTP로 GDP를 교환하는 단백질인 RanGEFs의 배타적 핵 국재화에서 발생한다.따라서 세포질에 비해 핵에서 RanGTP 농도가 높아진다.

단백질 수출

일부 분자 또는 고분자 복합체는 리보솜 서브유닛과 메신저 RNA처럼 핵에서 세포질로 내보내져야 한다.따라서 수입 메커니즘과 유사한 수출 메커니즘이 있습니다.

기존의 수출방식에서 핵수출배열(NES)을 가진 단백질은 핵에 결합해 exportin 및 RanGTP(예를 들어 exportin CRM1)와 헤테로트리머 복합체를 형성할 수 있다.그런 다음 복합체는 세포질로 확산될 수 있으며, 여기서 GTP는 가수분해되고 NES-단백질은 방출된다.CRM1-RanGDP는 RanGEF에 의해 GTP로 교환되는 핵으로 확산됩니다.이 프로세스도 1개의 GTP를 소비하기 때문에 에너지에 의존합니다.수출용 CRM1에 의한 수출은 렙토마이신 B에 의해 억제할 수 있다.

RNA의 수출

다음 항목도 참조하십시오.유전자 게이트

존재하는 각 RNA 클래스에 대해 NPC를 통한 다른 내보내기 경로가 있습니다.RNA 수출은 신호 매개(NES)이기도 합니다. NES는 RNA 결합 단백질에 있습니다(어댑터가 없는 tRNA 제외).mRNA를 제외한 모든 바이러스 RNA와 세포 RNA(tRNA, rRNA, U snRNA, microRNA)가 RanGTP에 의존한다는 것이 눈에 띈다.mRNA 핵 수출을 위해서는 보존된 mRNA 수출 인자가 필요하다.수출 요인은 Mex67/Tap(대형 서브 유닛)과 Mtr2/p15(소형 서브 유닛)입니다.고등 진핵생물에서 mRNA 수출은 스플라이싱에 의존하는 것으로 생각되며, 스플라이싱된 메시지에 단백질 복합체 TREX를 모집한다.TREX는 매우 낮은 RNA 결합 단백질인 TAP의 어댑터 역할을 합니다.그러나 히스톤과 같은 특수 메시지를 위한 스플라이싱에 의존하지 않는 대체 mRNA 내보내기 경로가 있습니다.최근의 연구는 또한 스플라이싱 의존성 수출과 분비물과 미토콘드리아 [17]전사에 대한 이러한 대체 mRNA 수출 경로 사이의 상호작용을 제안한다.

NPC의 어셈블리

모공이 있는 세포핵.

NPC는 게놈에 대한 접근을 통제하기 때문에 많은 전사가 필요한 세포 주기 단계에서 대량으로 존재하는 것이 필수적이다.예를 들어 포유동물과 효모세포를 순환시키는 것은 세포주기의 G1과 G2상 사이의 핵에서 NPC의 양을 2배로 증가시키고 난모세포는 많은 수의 NPC를 축적하여 발달 초기에 존재하는 급속한 유사분열을 준비한다.또한 일부 셀이 손상될 수 있으므로 셀 내의 NPC 수준을 일정하게 유지하기 위해 NPC 생성 수준을 유지해야 합니다.일부 셀은 문자 변환 [18]요구가 증가함에 따라 NPC 수를 증가시킬 수도 있습니다.

조립 이론

NPC가 어떻게 조립되는지에 대해서는 몇 가지 이론이 있습니다.Nup 107–160 복합체와 같은 특정 단백질 복합체의 면역 결핍은 모공 없는 핵의 형성으로 이어지기 때문에 Nup 복합체는 핵 외피의 외부 막을 내부와 융합하는 데 관여할 가능성이 높고 막의 융합이 모공의 형성을 시작하는 것은 아닌 것으로 보인다.이것이 완전한 NPC의 형성에 이르는 몇 가지 방법이 있습니다.

  • 한 가지 가능성은 단백질 복합체로서 염색질에 결합하는 것이다.그런 다음 염색질에 가까운 이중 막에 삽입됩니다.이것은 결국 그 막의 융합으로 이어진다.이 단백질 복합체 주변에서 다른 것들은 결국 NPC를 형성한다.이 방법은 세포막 융합 단백질 복합체가 삽입되기 전에 염색질 주위에 이중 막이 존재하기 때문에 유사 분열의 모든 단계에서 가능하다.유사분열 후 세포는 먼저 막을 형성하고 모공을 형성할 수 있다.
  • NPC 형성을 위한 또 다른 모델은 단일 단백질 복합체가 아닌 시작으로서의 프리포어 생산이다.이 프리포어는 여러 Nup 복합체가 모여 염색질에 결합할 때 형성될 것이다.이것은 유사분열 재구성 과정에서 주위에 이중 막이 형성될 것이다.전자 현미경을 이용한 [19]핵 외피(NE) 형성 전 염색질에서 가능한 프리포어 구조가 관찰되었다.세포 주기의 중간 단계 동안 프리포어의 형성은 핵 내에서 일어나며, 각 구성요소는 기존 NPC를 통해 운반된다.이러한 Nups는 일단 형성되면 Importin에 결합되어 세포질에서 프리포어가 조립되는 것을 방지합니다.Ran GTP는 핵으로 이송되면 Importin에 결합되어 화물을 방출합니다.이 Nup은 프리포어를 자유롭게 구성할 수 있습니다.임포틴의 결합은 적어도 Nup 107과 Nup 153의 핵포린을 [18]핵으로 가져오는 것으로 나타났다.NPC 어셈블리는 매우 빠른 프로세스이지만 정의된 중간 상태가 발생하므로 이 어셈블리가 단계적인 [20]방식으로 발생한다는 생각이 듭니다.

분해

유사분열 중에 NPC는 단계별로 분해되는 것으로 보입니다.Nup 153 Nup 98 및 Nup 214와 같은 말초 뉴클레오폴린은 NPC에서 분리된다.나머지는 핵 외피 내에서 원통형 고리가 복합적으로 형성되기 때문에 비계 단백질로 간주될 수 있는 안정 상태를 유지한다.NPC 말초 그룹의 이러한 분해는 유사분열 단계에서 이러한 핵다공질 중 몇 개가 인산화되기 때문에 인산염에 의해 주도되는 것으로 생각됩니다.그러나 인산화와 관련된 효소는 생체 내에서 알려져 있지 않다.(개방성 유사분열을 겪는) 메타조안에서는 말초 Nups 손실 후 NE가 빠르게 분해됩니다.그 이유는 NPC 아키텍처가 변경되었기 때문일 수 있습니다.이러한 변화는 NPC를 세포질 튜불린과 같은 NE의 분해에 관여하는 효소에 더 잘 투과하도록 만들 수 있을 뿐만 아니라 주요 유사분열 조절 단백질의 진입을 허용한다.1430nucleoporins의 핵심 골격 구조에서 disassemble은 사상 균류 아스 페르질 루스 니둘 란스,, nucleoporins고 열린 핵 pores[21][22]가 핵막 소공 확대되고 있는 인산화하다는 국가 영상 지도국과 Cdk1 kinases의 활성화에 의해와 같은 진입 허용하는 것 민둥 유사 분열을 받다 유기체 o.에서fmito틱 규제 [23]기관

무결성 유지

폐쇄적 유사분열(핵이 분해되지 않는 곳)을 겪는 균류에서 NE의 투과성 장벽의 변화는 NPC 내의 변화에 기인하며 유사분열 조절기의 진입을 가능하게 하는 것으로 나타났다.Aspergillus nidulans NPC 조성물은 유사분열인산화효소 NIMA에 의해 영향을 받는 것으로 보이며, 아마도 뉴클레오폴린 Nup98 및 Gle2/Rae1을 인산화함으로써 영향을 받는 것으로 보인다.이 재모델링은 단백질 복합체 cdc2/cyclinB가 수용성 튜불린과 같은 다른 많은 단백질뿐만 아니라 핵으로 들어가는 것을 허용하는 것으로 보인다.NPC 골격은 폐쇄된 유사분열 내내 온전하게 유지됩니다.이렇게 하면 NE의 무결성이 유지되는 것 같습니다.

레퍼런스

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외부 링크

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