Ядро саңлауы комплексi (NPC)

1Д. Қазыкен, ¹Р. Берсiмбай, ²Д. Д. Сарбассов Ядро саңлауы комплексi (NPC)

( ¹Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетi, Астана қ, Қазақстан )

(² Молекулалық және жасушалық онкология департаментi, Техас университетi М.Д. Андерсон қатерлi iсiк орталығы, Техас, АҚШ)

Ядролық саңлауы комплексi (NPC:Nuclear Pore Complex) жасушадағы ең үлкен, жоғары динамикалы макромолекулалық комплекстердiң бiрi болып жалпы молекулалық массасы шамамен 125 мДа. 50-100 шамасындағы нуклеопориндерден түзiлетiн NPC-нiң саны ашытқы бактерияларында 100-200 болса, сүтқоректiлердiң жасушасында бiрнеше мыңдаған болады. Ол салыстырмалы шағын молекулалардың пассивты диффузиясы мен макромолекулалардың немесе комплекстердiң рецептор арқылы өтетiн, энергияға тәуелдi транспортында, жасушаның тiректiк құрылымын түзуде, гендердiң экспрессиясын реттеу қатарлы эукариотты жасушалардың физиологиясында аса маңызды рөл ойнайды

Барлық эукариоттардың ядро қабықтарында екi бетiне бiрдей өтiп тұратын ядро саңлаулары бар. Олар ядро қабықтарының iшкi және сыртқы мембраналарының тоғысқан жерлерiнде ретсiз орналасқан (Сурет 1.) [1]. Жасушадағы цитоплазма-нуклеоплазмалық транспорт машинасы, яғни осы саңлаулар ерiгiш фаза және тұрақты қатарлы екi фазадан тұрады. Ерiгiш фаза тасымалданушы заттарды, транспорт рецепторларын, сондай-ақ реттеушi ақуыздарды қамтиды. Ал, тұрақты фаза ядро саңлауы комплексi болып табылады. Әрбiр саңлау ядро саңлауы комплексi - NPC (Nuclear Pore Complex) деп аталатын аса үлкен, күрделi құрылымнан қалыптасып, ол компоненттердiң цитоплазма мен ядро арасындағы қауiпсiз алмасуларын қамтамасыз етедi. NPC омыртқалыларда алғаш рет әрi көбiрек зерттелген, және оның көп санды ерекшелiктерi эукариоттарда өзгермей сақталған. NPC жасушадағы ең үлкен ақуыз комплексi, оны нуклеопорин (Nups) деп аталатын 30 шақты әртүрлi ақуыздардың 8-ден 56 ретке дейiнгi қайталануынан құралады. Оның жалпы массасы омыртқалылар жасушасында шамамен 125 мега Далтон (мДа) болса, ашытқы бактерияларында шамамен 66 мДа [2].

NPC каналы иондардың, шағын метаболиттердiң және молекулалық салмағы 40 кДа- нан аспайтын ақуыздардың пассивты диффузиялық жолмен өтуiне мүмкiндiк бередi.

Макромолекулалардың ядро мембранасынан тасымалданып өтуi рецептор арқылы жүрiлетiн, энергия сарып ететiн және сигналға тәуелдi процесс [3]. NPC-дiң селективтiлiгi өте жоғары, өзара мүлде ұқсамайтын, көп мөлшердегi заттарды қарама-қайшы екi бағытта тасымалдайды. Ядроға тасымалданып енетiн заттар iшкi ядро мембранасының ақуыздарын және нуклеоплазмадағы барлық ақуыздарды қамтиды. Ядродан тасымалданып шығатын заттар рибосоманың суб-бiрлiктерiне құралған РНҚ-мен байланысты акуыздар немесе мессенжер рибонуклеопротеидтер. Осы екi бағыттағы заттар тасымалында да арнайы, қайталанбалы әрi қанығу шектемесiне ие транспорттық рецепторлар маңызды қызмет атқарады [4].

Ядро саңлауы комплексi қажеттi жағдайда ыдырайды. Жасушаның бөлiнуi кезiнде, ядро мембранасы ыдырап, ондағы ядро саңлауы комплексi босап шығады. Телофазаның соңында жасуша мембранасы қайтадан қалпына келген кезде NPC-терi де бұрынғысына жуық сандық мөлшерде қайта қалыптасады. NPC-терiнiң саны жасушаның статусына байланысты әртүрлi болады. Активтi жасушаларда тыныш жасушаларға қарағанда көбiрек ядро саңлауы комплекстерi болады [5].

Сурет 1 Сурет 2

Сурет 1. Ядро саңлауы көрсетiлген електронды микрограф. Ядро саңлаулары ядро қабықтарының iшкi және сыртқы мембраналарының тұтасқан жерлерiнде орналасқан. Сурет 2. Ядро саңлауы комплексiнiң негiзгi құрылымы: орталық бөлiгi, цитоплазмалық филаментi және ядролық себет (Nuclear basket).

Ядро саңлауы комплексiнiң құрылымы

Ядро саңлауы комплексi транспорт өсiн бойлай орналасқан сегiз бұрышты симметриялы цилиндiр тәрiздi құрылымға ие. Оның бейнесi цитоплазмалық және еуклеоплазмалық ұшына қарай периметрi кеңiрек, екi басы ашық цилиндрге ұқсайды. NPC-нiң диаметрi шамамен 145нм ал ядро қабығынан өтетiн ұзындығы 80 нм. Орталық каналы шамамен 69 нм болып, қажеттi кезiнде үлкейiп немесе жиырыла алады [6].

NPC-нiң құрылысында екi функциялық аймағы бар, олар: ядро қабығын ендей өтiп тұрған NPC орталық құрылымы және NPC маңы құрылымы, ол NPC-не жалғас түрде ұзарып бiр жағынан цитоплазмаға енiп тұратын цитоплазмалық филамент, екiншi жағынан ядро шырынына енiп тұратын ядролық себеттi (Nuclear basket) қамтиды (Сурет 2.) [7].

Ядро саңлауы комплексi орталық құрылымындағы

Ядро саңлауы комплексi орталық құрылымындағы шабақтар мен сақиналар әртүрлi құрылымдық ақуыздардан құралып, Ядро саңлауы комплексiнiң формасы мен мықтылығын қамтамасыз етедi (Сурет 3.) [8]. NPC-дiң орталық құрылымын құраушы Nup-тер (нуклеопориндер) төрт топқа бөлiнедi: транымембраналық, өзек жақтауындық (iшкi және сыртқы сақиналық), байланыстырушы және фенилаланин-глициндiк (FG нуклеопорин). NPC- нiң өзегiндегi ақуыздар да ядро қабығынаң тұрақтылығын сақтайды және саңлау мембранасын ядро қабығының iшкi және сыртқы мембранасымен бекiтедi. Оның экваторына орналасқан сақина - iшкi сақина деп аталады да, ол Nup170 комплексiнен (ашытқы бактериясында) немесе Nup155 (омыртқалыларда) комплексiнен құралады. iшкi сақиналар бiрi цитоплазмалық, бiрi нуклеоплазма жағынан орналасқан екi сыртқы сақиналардың ортасына қабатталып орналасады. Сыртқы сақиналар Nup84 комплексiнен (ашытқы бактериясында) немесе Nup107 (омыртқалыларда) комплексiнен құралады. Бұл iшкi және сыртқы сақиналардағы жалпы жақтаулық (scaffold) Nup-тер тұтастай NPC-нiң өзектiк жақтауын қалыптастырады.

Осы жақтау NPC-нiң орталық тасымалдаушы түтiгiн орай орналасады және ол бiрнеше

биохимиялық қасиетi жағынан төзiмдi әрi өзгерiссiз сақталатын, NPC-нiң биогеннезiнде құрылымдық кесектер ретiнде пайдаланылады деп саналатын NPC субкомплекстерiнен тұрады. iшкi және сыртқа сақиналарының сыртына қарай, ядро қабындық мембранаға кiрiге орналасқан мембраналық сақиналар iшкi және сыртқы сақиналармен байланысып, NPC-нiң ядро қабындағы орнықтылығын сақтайдыn [9]. Жоғарыда аталған байланыстырушы Nup-тер осы әртүрлi сақиналардың арасын жалғап, өзара байланыстырып тұрады ды, фенилаланин- глициндiк Nup-тер iшкi және сыртқы сақиналардың немесе байланыстырушы нуклеопоринның орталық өзек жақ бетiне орналасып, NPC-нiң FG неклеопоринға тәуелдi зат тасымалдауын жүзеге асырады.

Сурет 3.Ядро саңлауы комплексiнiң орталық құрылымы және оның құраушы компоненттiрi

Ядролық себет

Ядролық себет (Nuclear basket) - ядролық себеттiң электронды микроскопта алынған ултраструктуралық суретi тәжiрибеге қолданған техниканың, жасушаны өсiру жағдайы әр түрлi болу мүмкiндiгiне байланысты аса сенiмдi болмай отыр. Оның қарапайым корiнiсi NPC- нiң ядролық бетiнен нуклеоплазмаға қарай 60-80 нм созылып, соңы сақинамен аяқталатын, 8 ақуыздан тұратын филамент. Ол заттардың NPC-нiң орталық траныпорт каналына өтуiн реттей алатын динамикалық қозғалыстағы құрылым ретiнде түсiндiрiледi. Диаметрi 8-10 нм, үлкендiгi себет филаментiмен бiрдей фибриллалар себет филаментiнен ұзарып, өзара жалғасып тор қалыптастырып, ол ядро қабығы бетiне параллел және перпендикуляр орналасады [10]. Ядролық себеттiң құрамы мен түзiлуi аса анық болмауына байланысты, оның функциясы туралы пiкiрлер де тартысқа толы. Осыған дейiнгi зерттеулер нәтижесi бойынша ядролық себеттi құраушы ақуыз, адам жасушасында Nup153 FG неклеопорины деп есептеледi. Көптеген дәлелдер ядролық себеттiң немесе себетпен байланысатын ақуыздардiң ядро қабымен байланысты функцияларға, яғни, транскрипцияның реттелуi, РНҚ биогеннезi, SUMO гемостазы, хроматиннiң сақталуы және жасушаның бөлiнуiн реттеу қатарлыларға қатысатындығын көрсеттi.

Цитоплазмалық филамент

Ядро қабының цитоплазмалық бетiнде, сегiз филамент NPC-нен шығып ақуыз цинтезi машинасы мен цитоскелетонды интерфазаға жалғасып тұрады. Бұл цитоплазмалық филаменттер NPC-нiң цитоплазмалық бетiндегi нуклеопориндердiң ұзарған домендерiнен қалыптасады және оның iшiнде FG доменi де қамтылған деп есептеледi [11]. Омыртқалыларда бұл нуклеопориндер NuP358 және NuP214 болып табылады. Цитоплазмалық филаменттердi

құрайтын нуклеопориндердiң әртурлi функцияларға ие бiрнеше байланысу орындары бар, олар бiрнеше экспорт реакциясын аяқтатқаннан кейiн тасыиалданған жүктi одан ары қарайғы цитоплазмадағы процесстерге жiберу және импортталатын заттарды NPC-iне енгiзу қатарлы қызметтердi атқарады [12].

NuP358 (RanBP2 деп те аталады, Ran Binding Protein 2) сүт қоректiлердегi NPC цитоплазмалық филаментiнiң негiзгi құраушысы. NuP358 молекулалық салмағы 358 кДа аса iрi ақуыз, Ran-мен байланысу доменi, циклофилинға гомологты доменi, мырышты саусақ доменi қатарлы бiрнеше домендерi бар [13]. Ол әртүрлi макромолекулалардың ядро- цитоплазмалық тасымалы, жасуша бөлiнуiнiң интерфазасында микротүтiкшелердiң құралуын реттелуi, эмбриогенез және митоз үшiн өте маңызды болып жасуша тiршiлiгiн сақтауға аса қажеттi болып табылады.

ӘДЕБИЕТТЕР

1. Alber, F. et al. The molecular architecture of the nuclear pore complex. Nature 450, 695-701 (2007).

2. Degrasse, J. A. et al. Evidence for a shared nuclear pore complex architecture that is conserved from the last common eukaryotic ancestor. Mol. Cell. Proteomics 8, 2119-2130 (2009).

3. Akey, C. W. & Goldfarb, D. S. Protein import through the nuclear pore complex is a multistep process. J. Cell Biol. 109, 971-982 (1989).

4. Suntharalingam, M. & Wente, S. R. Peering through the pore: nuclear pore complex structure, assembly, and function. Dev. Cell 4, 775-789 (2003).

5. Rout, M. P., Aitchison, J. D., Magnasco, M. O. & Chait, B. T. Virtual gating and nuclear transport: the hole picture. Trends Cell Biol. 13, 622-628 (2003).

6. Brohawn, S. G., Partridge, J. R., Whittle, J. R. & Schwartz, T. U. The nuclear pore complex has entered the atomic age. Structure 17, 1156-1168 (2009).

7. Devos, D. et al. Simple fold composition and modular architecture of the nuclear pore complex.

Proc. Natl Acad. Sci. USA 103, 2172-2177 (2006).

8. Cronshaw, J. M., Krutchinsky, A. N., Zhang, W., Chait, B. T. & Matunis, M. J. Proteomic analysis of the mammalian nuclear pore complex. J. Cell Biol. 158, 915-927 (2002).

9. Lim, R. Y. et al. Flexible phenylalanine-glycine nucleoporins as entropic barriers to nucleocy- toplasmic transport. Proc. Natl Acad. Sci. USA 103, 9512-9517 (2006).

10. Soop, T. et al. Nup153 affects entry of messenger and ribosomal ribonucleoproteins into the nuclear basket during export. Mol. Biol. Cell 16, 5610-5620 (2005).

11. Weis, K. Nucleocytoplasmic transport: cargo trafficking across the border. Curr. Opin. Cell Biol. 14, 328-335 (2002).

12. Hutten, S., Walde, S., Spillner, C., Hauber, J. & Kehlenbach, R. H. The nuclear pore com- ponent Nup358 promotes transportin-dependent nuclear import. J. Cell Sci. 122, 1100-1110 (2009).

13. Fauser, S., A. Aslanukov, R. Roepman, and P. A. Ferreira. 2001. Genomic organization, ex- pression, and localization of murine Ran-binding protein 2 (RanBP2) gene. Mamm. Genome 12:406- 415.

Казыкен Д., Берсимбай Р., Сарбассов Д.

Ядерный поровой комплекс(NPC)

Ядерный поровой комплекс является одним из крупнейших макромолекулярных, высокодинамических комплексов в клетке с молекулярного весом 125 МДа. Состоит из 50-100 белков которые называются нуклеопоринами. Число НПК 100- 200 в дрожжах, несколько тысяч в клетках млекопитающих. Играет очень важную роль в физиологии клеток эукариот в том числе ядерно-цитоплазматических переносов различных молекул, включая пассивную диффузию относительно небольших молекул и транспорт рецептор опосредованных, энергозависимых макромолекулярных комплексов, строение и регуляции экспресии генов.

Kazyken D., Sarbassov D., Bersimbay R.

Nuclear pore complex (NPC)

Nuclear pore complex is one of the largest, highly dinamic macromolecular complexes in the cell with 125 MDa estimated molecular weight. Comprises 50-100 proteins termed nucleoporins. NPCs are number 100-200 in yeast, a few thousand in mammalian cells. Plays very important role in the physiology of eukaryotic cells including nuclear-cytoplasmic transport of

variety of molecules including passive diffusion of relatively small molecules and receptor mediated, energy dependent transport of macromolecular complexes, scaffolding and regulation of gene expression.

Редакцияға 11.01.2012 қабылданды Басылымға 30.01.2012 жiберiлдi