Organização estrutural e funcional do núcleo Prof. Dr. Luis Lamberti P. da Silva Maio, 2017
O Núcleo celular Estrutura Compartimento altamente organizado, maior organela da célula: Núcleo de fibroblasto humano
O posicionamento, tamanho e forma do núcleo são variáveis: Sistemas mecânicos celulares podem exercer forcas no núcleo via envelope nuclear. Tipo celular Estágio do ciclo celular Estado migratório Estado de diferenciação Organização citoplasmática da célula (vesículas de secreção, gotículas de gordura..) Gundersen and Worman. Cell 152, 2013
Os 46 cromossomos humanos interfásicos ocupam territórios definidos no nucleoplasma FISH- hibridização in situ usando fluorescência
A cromatina pode mover-se a sítios específicos dentro do núcleo para alterar a expressão genica Organização de acordo com a densidade gênica Regiões heterocromáticas estão associadas a lâmina nuclear Regiões ricas em genes Regiões Pobres em genes Intermediarias Sonda hibridiza com repetições Alu (agrupam-se em regiões cromossômicas ricas em genes)
Efeito do alto nível de expressão gênica na localização intranuclear da cromatina
Compartimentalização intranuclear (sem membrana limitante) Podem ser dinâmicos Ex. Reparo ao Dano ao DNA
Genes podem ser movimentados para diferentes regiões do núcleo quando sua expressão é alterada
O Nucléolo: sítio de produção de ribossomos Síntese, Processamento de rrnas e montagem sob a forma de subunidades ribossomais Rede de macromoléculas: genes de rrna, rrna precursores e maduros, proteínas ribossomais, enzimas, etc... Núcleo de fibroblasto humano 5 pares de cromossomos possuem os genes ribossomais em repetições Contribuem com alças de DNA para o nucléolo.
Síntese de Ribossomos e outras ribonucleoproteínas no nucléolo Inicialmente uma grande partícula ribonucleoproteíca é formada (rrna 45S) contendo proteínas importadas do citoplasma. Ainda no nucléolo outros componentes são adicionados e descartados. Enquanto o precursor é processado nas subunidades pequenas e grandes imaturas.
Corpos nucleares mais proeminentes Nucléolos, corpúsculos intercromáticos e corpúsculos de Cajal Vermelho Fibrilarina nucléolos e corpos de Cajal (Sítios de montagem/processamento de snrnps e snornps com proteinas) Verde Proteína envolvida em splicing do pre-rnam e estacagem de snrnp (grupos de intercromatina granular ou Speckles manchas ) Magenta Coilina Corpos de Cajal Azul - DNA cromatina total
O Envelope Nuclear Tráfego de moléculas entre o citoplasma e o núcleo é bidirecional e continuo.
Os complexos de poro nuclear - NPCs Complexo é composto por ~ 30 proteínas: AS NUCLEOPORINAS ~120 nm em diametro 70 nm de comprimento Filamentos de 50nm (lado citopl.) e 150 nm (nuclear) Por cada NPC atravessam ~500 macromoléculas por segundo em ambas as direções.
Lado nuclear do envelope Vista lateral dos NPcs Vista frontal dos NPcs O Núcleo de uma célula de mamífero contem 3 a 4 mil NPCs
Difusão livre de íons, metabolitos e proteínas globulares de ~20-40 kda Moléculas > ~40 kda transporte ativo Limite: partículas com até 39 nm
Difusão livre de íons, metabolitos e proteínas globulares de ~20-40 kda Como o núcleo importa e exporta grandes proteínas e complexos proteicos?
Sinais de Localização Nuclear Seletividade na importação Antígeno T de SV40 NLS mais comuns consistem de uma ou duas sequencias curtas ricas em aa carregados positivamente (R, K)
Cinética da importação ativa de partículas de ouro recobertas com peptídeo contendo NLS t0 tempo
Receptores de importação e de exportação nuclear IMPORTINAS e EXPORTINAS Alguns receptores se ligam a repetições FG presentes em proteínas das fibrilas nucleares facilitando sua passam entre as fibrilas.
O Ciclo de hidrólise de GTP das GTPases Ran fornece direcionalidade ao processo de transporte ativo através dos poros nucleares.
Ran-GEF preso a cromatina (chave para impulsionar o transporte) Ran-GAP
Ran-GAP Ran-GEF Ran-GDP também é importada para o núcleo por seu próprio receptor de importação (omitido no esquema do Alberts)
Estrutura de um receptores de importação ligado a Ran-GTP
Moléculas/Fatores envolvidos no transporte em ambas as direções - Nucleoporinas hélices dispostas através do poro (porções FG) - Moléculas transportadoras solúveis: importinas, exportinas e adaptadores - Sinal de localização nuclear (NLS) ou de exportação nuclear - RanGTP/GDP: energia e direcionalidade
Controle da importação nuclear a partir de modificações no NLS
Controle da importação nuclear a partir de modificações no NLS Ciclosporina X
Movie NF-AT
A lâmina nuclear Formada por uma rede de filamentos intermediários Está associada a cromatina e a proteínas transmembrana do envelope nuclear
Organização do envelope nuclear e laminina A continuidade estrutural do núcleo é mantida por interações bioquímicas de seus componentes Proteinas ligantes de lamina: LBR- HP1 Hurtley and Pennisi, Science 318, 2007
Dissociação e re-associação do envelope e lâmina nuclear durante o ciclo celular Por kinases dependentes de ciclina (CdKs)
O Núcleo é uma organela extremamente dinâmica Durante o ciclo celular: - Desmontagem do envelope nuclear - Dissolução do nucléolo e da lâmina nuclear Desaparecem os contatos entre os componentes da cromatina, a lâmina e o envelope Histonas continuam nos cromossomos, mas fatores de transcrição são dissociados e a transcrição é reprimida Ran-GEFs ficam associados aos cromossomos, uma nuvem de Ran-GTP permanece em torno dos cromossomos (atrai exportinas) Após a segregação o envelope começa a se formar novamente por fusão de vesículas do RE sobre os cromossomos.