Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Конфокальный микроскопический анализ дермальных фибробластов в первичной культуре от контроля (a и b) и субъекта с HGPS (c и d). Мечение проводилось антителами против ламина A / C. Обратите внимание на наличие ядерных оболочек неправильной формы во многих фибробластах субъекта.

Ядерная пластинка является плотной (\ 30 до 100  нм толщины) фибриллярной сети внутри ядра большинства клеток . Он состоит из промежуточных филаментов и белков, связанных с мембранами . Помимо обеспечения механической поддержки, ядерная пластинка регулирует важные клеточные процессы, такие как репликация ДНК и деление клеток . Кроме того, он участвует в организации хроматина и закрепляет комплексы ядерных пор, встроенные в ядерную оболочку .

Ядерная пластинка связана с внутренней стороной двойной двуслойной ядерной оболочки , тогда как внешняя поверхность непрерывна с эндоплазматическим ретикулумом . [1] Ядерная пластинка похожа по структуре на ядерный матрикс , но последний простирается по всей нуклеоплазме .

Структура и состав [ править ]

Ядерная пластинка состоит из двух компонентов: ламинов и мембранных белков, связанных с ядерным ламином. Ламины представляют собой промежуточные филаменты типа V, которые можно разделить на A-тип (ламин A, C) или B-тип (ламин B 1 , B 2 ) в соответствии с гомологией их последовательностей ДНК , биохимическими свойствами и клеточной локализацией в клетке. цикл . Промежуточные филаменты типа V отличаются от цитоплазматических промежуточных филаментов тем, что они имеют расширенный стержневой домен (на 42 аминокислоты длиннее), что все они несут сигнал ядерной локализации (NLS) на своем С-конце.и что они демонстрируют типичную третичную структуру . Полипептиды ламина имеют почти полную α-спиральную конформацию с множественными α-спиральными доменами, разделенными не-α-спиральными линкерами, которые являются высококонсервативными по длине и аминокислотной последовательности. Как С-конец, так и N-конец не являются α-спиральными, с С-концом, имеющим глобулярную структуру со свернутым мотивом иммуноглобулинового типа. Их молекулярная масса колеблется от 60 до 80 килодальтон (кДа). В аминокислотной последовательности ядерного ламина также присутствуют два фосфоакцепторных сайта, фланкирующих домен центрального стержня. фосфорилированиясобытие в начале митоза приводит к конформационному изменению, которое вызывает разборку ядерной пластинки. (обсуждается далее в статье)

В геноме позвоночных ламины кодируются тремя генами . Путем альтернативного сплайсинга получают по крайней мере семь различных полипептидов (вариантов сплайсинга), некоторые из которых специфичны для половых клеток и играют важную роль в реорганизации хроматина во время мейоза . Не все организмы имеют одинаковое количество генов, кодирующих ламин; Например, у Drosophila melanogaster всего 2 гена, тогда как у Caenorhabditis elegans только один.

Наличие полипептидов ламина - свойство всех животных .

Белки мембран, ассоциированные с ядерным ламином, представляют собой интегральные или периферические мембранные белки. Наиболее важными из них являются полипептиды 1 и 2, ассоциированные с пластинкой ( LAP1 , LAP2 ), эмерин, рецептор ламина B (LBR), отефин и MAN1. Благодаря своему расположению внутри или ассоциации с внутренней мембраной, они опосредуют прикрепление ядерной пластинки к ядерной оболочке.

Строение и функция ядерной пластинки. Ядерная пластинка лежит на внутренней поверхности внутренней ядерной мембраны (INM), где она служит для поддержания ядерной стабильности, организации хроматина и связывания комплексов ядерных пор (NPC) и постоянно растущего списка белков ядерной оболочки (фиолетовый) и факторов транскрипции. (розовый). Белки ядерной оболочки, которые связаны с пластинкой, включают несприн, эмерин, белки, ассоциированные с пластинкой 1 и 2 (LAP1 и LAP2), рецептор ламина B (LBR) и MAN1. Факторы транскрипции, которые связываются с пластинкой, включают регулятор транскрипции ретинобластомы (RB), бесклеточный (GCL), белок, связывающий элемент ответа на стерол (SREBP1), FOS и MOK2.Фактор барьера для аутоинтеграции (BAF) представляет собой связанный с хроматином белок, который также связывается с ядерной пластиной и некоторыми из вышеупомянутых белков ядерной оболочки. Гетерохроматиновый белок 1 (HP1) связывает как хроматин, так и LBR. ОНМ, внешняя ядерная мембрана.[2]

Ролевые и интерактивные аспекты [ править ]

Ядерная пластинка собирается посредством взаимодействий двух ламинатных полипептидов, в которых α-спиральные области намотаны друг на друга с образованием двухцепочечной α-спиральной спиральной структуры, за которой следует ассоциация нескольких димеров голова к хвосту . [3] Линейно удлиненный полимер вытянут в поперечном направлении за счет объединения полимеров бок о бок, в результате чего образуется двумерная структура, лежащая в основе ядерной оболочки. Помимо обеспечения механической поддержки ядра, ядерная пластинка играет важную роль в организации хроматина, регуляции клеточного цикла, репликации ДНК, репарации ДНК , дифференцировке клеток и апоптозе .

Организация хроматина [ править ]

Неслучайная организация генома убедительно указывает на то, что ядерная пластинка играет роль в организации хроматина. Было показано, что полипептиды ламина обладают сродством к связыванию хроматина через свои α-спиральные (стержневидные) домены в определенных последовательностях ДНК, называемых областями прикрепления матрикса (MAR). MAR имеет длину приблизительно 300-1000 п.н. и имеет высокое содержание A / T . Ламин A и B также может связывать гистоны ядра через элемент последовательности в своем хвостовом домене.

Хроматин, который взаимодействует с пластинкой, образует связанные с пластиной домены (LAD). Средняя длина ПМЖВ человека составляет 0,1–10 МБп . LAD фланкированы сайтами связывания CTCF . [4]

Регуляция клеточного цикла [ править ]

В начале митоза ( профаза , прометафаза ) клеточный аппарат участвует в разборке различных клеточных компонентов, включая такие структуры, как ядерная оболочка, ядерная пластинка и комплексы ядерных пор. Этот ядерный распад необходим, чтобы позволить митотическому веретену взаимодействовать с (конденсированными) хромосомами и связывать их на их кинетохорах .

Эти различные события разборки инициируются комплексом протеинкиназы циклин B / Cdk1 ( MPF ). Как только этот комплекс активируется, клетка вынуждена вступать в митоз за счет последующей активации и регуляции других протеинкиназ или за счет прямого фосфорилирования структурных белков, участвующих в этой клеточной реорганизации. После фосфорилирования циклином B / Cdk 1 ядерная пластинка деполимеризуется, и ламины B-типа остаются связанными с фрагментами ядерной оболочки, тогда как ламины A-типа остаются полностью растворимыми на протяжении оставшейся части митотической фазы.

Важность разрушения ядерной пластинки на этой стадии подчеркивается экспериментами, в которых ингибирование события разборки приводит к полной остановке клеточного цикла.

В конце митоза ( анафаза , телофаза ) происходит повторная сборка ядра, которая строго регулируется во времени, начиная с ассоциации «скелетных» белков на поверхности все еще частично конденсированных хромосом, за которой следует сборка ядерной оболочки. Формируются новые комплексы ядерных пор, через которые ядерные ламины активно импортируются с использованием их NLS. Эта типичная иерархия поднимает вопрос, выполняет ли ядерная пластинка на этой стадии стабилизирующую роль или некоторую регулирующую функцию, поскольку ясно, что она не играет существенной роли в сборке ядерной мембраны вокруг хроматина.

Эмбриональное развитие и дифференцировка клеток [ править ]

Присутствие ламинов в эмбриональном развитии легко наблюдается у различных модельных организмов, таких как Xenopus laevis , цыпленок и млекопитающие. У Xenopus laevis было идентифицировано пять различных типов, которые присутствуют в различных паттернах экспрессии на разных стадиях эмбрионального развития. Основными типами являются LI и LII, которые считаются гомологами ламина B 1 и B2. LA считается гомологом ламину A и LIII как ламин B-типа. Четвертый тип существует и специфичен для половых клеток.

На ранних эмбриональных стадиях развития цыпленка присутствуют только ламины типа B. На следующих стадиях паттерн экспрессии ламина B 1 снижается и наблюдается постепенное увеличение экспрессии ламина A. Развитие млекопитающих, по-видимому, продвигается аналогичным образом. В последнем случае также на ранних стадиях экспрессируются ламины B-типа. Ламин B1 достигает наивысшего уровня экспрессии, тогда как экспрессия B2 относительно постоянна на ранних стадиях и начинает увеличиваться после дифференцировки клеток. По мере развития различных видов тканей на относительно продвинутой стадии развития наблюдается повышение уровней ламина А и ламина С.

Эти данные указывают на то, что в своей основной форме функциональная ядерная пластинка требует только ламинов B-типа.

Репликация ДНК [ править ]

Различные эксперименты показывают, что ядерная пластинка играет роль в фазе удлинения репликации ДНК. Было высказано предположение, что ламины обеспечивают каркас, необходимый для сборки комплексов удлинения, или что он обеспечивает точку инициации сборки этого ядерного каркаса.

Не только ламины, связанные с ядерной ламиной, присутствуют во время репликации, но также присутствуют и свободные полипептиды ламина, которые, по-видимому, играют некоторую регулирующую роль в процессе репликации.

Ремонт ДНК [ править ]

Ремонт двунитевых разрывов ДНК может происходить с помощью одного из двух процессов: негомологичного соединения концов (NHEJ) или гомологичной рекомбинации (HR). Ламины A-типа способствуют генетической стабильности, поддерживая уровни белков, которые играют ключевую роль в NHEJ и HR. [5] Клетки мыши, дефицитные для созревания преламина А, демонстрируют повышенное повреждение ДНК и хромосомные аберрации и более чувствительны к повреждающим ДНК агентам. [6]

Апоптоз [ править ]

Апоптоз (клеточное самоубийство) имеет важнейшее значение для гомеостаза тканей и защиты организма от инвазивного проникновения вирусов или других патогенов. Апоптоз - это строго регулируемый процесс, при котором ядерная пластинка разбирается на ранней стадии.

В отличие от индуцированной фосфорилированием разборки во время митоза, ядерная пластинка разрушается протеолитическим расщеплением, и мишенью становятся как ламины, так и ассоциированные с ядерным ламином мембранные белки. Эта протеолитическая активность осуществляется членами семейства каспаз- белков, которые расщепляют ламины после остатков аспарагиновой кислоты (Asp).

Ламинопатии [ править ]

Дефекты в генах, кодирующих ядерный ламин (например, ламин A и ламин B 1 ), участвуют в различных заболеваниях ( ламинопатиях ), таких как: [7]

  • Мышечная дистрофия Эмери – Дрейфуса - болезнь истощения мышц.
  • Прогерия - преждевременное старение
  • Рестриктивная дермопатия - заболевание, связанное с очень плотной кожей и другими тяжелыми неонатальными аномалиями.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Клетка: молекулярный подход, Купер и Хаусман. 5-е издание. Стр. 357
  2. ^ Коутиньо, Энрике Дуглас М; Falcão-Silva, Vivyanne S; Гонсалвеш, Грегорио Фернандес; да Нобрега, Рафаэль Батиста (20 апреля 2009 г.). «Молекулярное старение при прогероидных синдромах: синдром прогерии Хатчинсона-Гилфорда как модель» . Иммунитет и старение . 6 : 4. DOI : 10,1186 / 1742-4933-6-4 . PMC  2674425 . PMID  19379495 .
  3. ^ Tripathi K, Muralikrishna B и Parnaik VK (2009) Дифференциальная динамика и стабильность мутантов домена стержня ламина A IJIB, 5 (1), 1-8
  4. ^ Гонсалес-Сандовал, Адриана; Гассер, Сьюзан М. (август 2016 г.). «О TAD и LAD: пространственный контроль над экспрессией генов». Тенденции в генетике . 32 (8): 485–495. DOI : 10.1016 / j.tig.2016.05.004 . ISSN 0168-9525 . PMID 27312344 .  
  5. ↑ Redwood AB, Perkins SM, Vanderwaal RP, Feng Z, Biehl KJ, Gonzalez-Suarez I, Morgado-Palacin L, Shi W, Sage J, Roti-Roti JL, Stewart CL, Zhang J, Gonzalo S (2011). «Двойная роль ламинов A-типа в репарации двухцепочечных разрывов ДНК» . Клеточный цикл . 10 (15): 2549–60. DOI : 10.4161 / cc.10.15.16531 . PMC 3180193 . PMID 21701264 .  
  6. ^ Лю Б., Ван Дж., Чан К.М., Тцзя В.М., Дэн В., Гуан Х, Хуанг Дж.Д., Ли КМ, Чау П.Й., Чен ДиДжей, Пей Д., Пендас А.М., Кадиньянос Дж., Лопес-Отин С., Цзе Х.Ф., Хатчисон С. , Чен Дж, Цао И, Чеа К.С., Трюггвасон К., Чжоу З. (2005). «Геномная нестабильность при преждевременном старении на основе ламинопатии». Nat. Med . 11 (7): 780–5. DOI : 10.1038 / nm1266 . PMID 15980864 . 
  7. ^ Йозеф Gruenbaum, Кэтрин Л. Уилсон, Амнон Harel, Михал Голдберг, Merav Коэн (2000). Ядерные ламины - структурные белки с фундаментальными функциями. Журнал структурной биологии 129, 313-323
  • Айелет Маргалит, Сильвия Влчек, Йозеф Грюнбаум, Роланд Фойснер (2005). Разрушение и создание ядерной оболочки. Журнал клеточной биохимии 95 , 454-465
  • Брюс Альбертс и др. Молекулярная биология клетки (4-е издание). Наука о гирляндах 676-677
  • Джеффри М. Купер, Роберт Э. Хаусман. Клетка, молекулярный подход (4-е издание). Sinauer Associates 356-360
  • Goldman et al. (2002). «Ядерные ламины: строительные блоки ядерной архитектуры». Гены и развитие 16 , 533-547
  • Джоанна М. Бриджер, Николь Фогер, Ян Р. Килл, Харальд Херрманн (2007). Ядерная пластинка: структурный каркас и платформа для организации генома. Журнал FEBS 274 , 1354–1361
  • Нико Стурман, Сюзанна Хейнс, Ули Эби (1998). Ядерные ламины: их структура, сборка и взаимодействия. Журнал структурной биологии 122 , 42-46
  • Трипати К., Мураликришна Б. и Парнаик В.К. (2009) Дифференциальная динамика и стабильность мутантов стержневого домена ламина А IJIB, 5 (1) , 1-8
  • Йозеф Грюнбаум, Кэтрин Л. Уилсон, Амнон Харель, Михал Голдберг, Мерав Коэн (2000). Ядерные ламины - структурные белки с фундаментальными функциями. Журнал структурной биологии 129 , 313-323

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные с ядерной пластиной на Викискладе?
  • Nuclear + Lamina в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)