Ядерная пластинка

Ядерная пластинка представляет собой плотную (толщиной от 30 до 100 ) фибриллярную сеть внутри ядра эукариотических нм клеток . Он состоит из промежуточных филаментов и белков, связанных с мембраной . 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 внутренней ядерной мембраны , ядерной оболочки тогда как внешняя сторона внешней ядерной мембраны продолжается с эндоплазматической сетью . ^[1] Ядерная пластинка по структуре подобна ядерному матриксу , который простирается по всей нуклеоплазме .

Структура и состав

Ядерная пластинка состоит из двух компонентов: ламинов и связанных с ядерным ламином мембранных белков. Ламины представляют собой промежуточные филаменты типа V, которые можно отнести к типу А (ламин А, С) или типу В (ламин В ₁ , В ₂ ) в зависимости от гомологии их последовательностей ДНК , биохимических свойств и клеточной локализации в клетке. цикл . Промежуточные филаменты типа V отличаются от цитоплазматических промежуточных филаментов тем, что они имеют расширенный палочковидный домен (длиннее на 42 аминокислоты), что все они несут сигнал ядерной локализации (NLS) на своем С-конце и что они демонстрируют типичные третичные структуры . ламина Полипептиды имеют почти полную α-спиральную конформацию с множеством α-спиральных доменов, разделенных неα-спиральными линкерами, которые высоко консервативны по длине и аминокислотной последовательности. И С-конец, и N-конец не являются α-спиральными, при этом С-конец имеет глобулярную структуру со складчатым мотивом типа иммуноглобулина. Их молекулярная масса колеблется от 60 до 80. килодальтоны (кДа).В аминокислотной последовательности ядерного ламина также присутствуют два фосфоакцепторных сайта, фланкирующих центральный домен палочки. Событие фосфорилирования , которые в начале митоза приводит к конформационным изменениям вызывают разборку ядерной пластинки. (обсуждается далее в статье)

В позвоночных геноме ламины кодируются тремя генами . Путем альтернативного сплайсинга как минимум семь различных полипептидов получают (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; Drosophila melanogaster Например, имеет только два гена, тогда как Caenorhabditis elegans имеет только один.

Наличие полипептидов ламина является свойством всех животных .

ассоциированные с ядерным ламином, Мембранные белки, представляют собой либо интегральные, либо периферические мембранные белки. Наиболее важными являются ассоциированные с пластинкой полипептиды 1 и 2 ( LAP1 , LAP2 ), эмерин, ламин B-рецептор (LBR), отефин и MAN1. Благодаря своему расположению внутри внутренней мембраны или связи с ней они обеспечивают прикрепление ядерной пластинки к ядерной оболочке.

Роль и аспекты взаимодействия

Ядерная пластинка собирается путем взаимодействия двух полипептидов ламина, в которых α-спиральные области наматываются друг на друга, образуя двухцепочечную α-спиральную спиральную структуру с последующей ассоциацией нескольких димеров « голова к хвосту» . ^[3] Линейно вытянутый полимер вытягивается вбок за счет ассоциации полимеров, расположенных 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 .

Хроматиновая организация

Неслучайная организация генома убедительно свидетельствует о том, что ядерная пластинка играет роль в организации хроматина. Было показано, что полипептиды ламина обладают сродством к связыванию хроматина через свои α-спиральные (палочковидные) домены в определенных последовательностях ДНК, называемых областями прикрепления матрикса (MAR). MAR имеет длину примерно 300–1000 п.н. и высокое содержание A/T . Ламин A и B также могут связывать коровые гистоны через элемент последовательности в их хвостовом домене.

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

Регуляция клеточного цикла

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

Эти различные события разборки инициируются циклин B / Cdk1 протеинкиназным комплексом ( MPF ). Как только этот комплекс активирован, клетка принуждается к митозу за счет последующей активации и регуляции других протеинкиназ или путем прямого фосфорилирования структурных белков, участвующих в этой клеточной реорганизации. После фосфорилирования циклином B/Cdk ₁ ядерная ламина 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 процесса 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 активно импортируются ядерные ламины с использованием их NLS. Эта типичная иерархия поднимает вопрос, выполняет ли ядерная пластинка на этой стадии стабилизирующую роль или какую-то регулирующую функцию, поскольку ясно, что она не играет существенной роли в сборке ядерной мембраны вокруг хроматина.

Эмбриональное развитие и дифференцировка клеток

Присутствие ламинов в эмбриональном развитии легко наблюдать у различных модельных организмов, таких как Xenopus laevis , кур и млекопитающих. У Xenopus laevis было идентифицировано пять различных типов, которые присутствуют с разными паттернами экспрессии на разных стадиях эмбрионального развития. Основными типами являются LI и LII, которые считаются гомологами ламинов B1 _и B2. LA считаются гомологичными ламину A и LIII как ламину B-типа. Существует четвертый тип, специфичный для зародышевых клеток.

На ранних стадиях эмбрионального развития цыплят единственными присутствующими ламинами являются ламины B-типа. На дальнейших стадиях характер экспрессии ламина B ₁ снижается и наблюдается постепенное увеличение экспрессии ламина А. Развитие млекопитающих, по-видимому, происходит аналогичным образом. В последнем случае на ранних стадиях экспрессируются также ламины В-типа. Ламин B1 достигает наивысшего уровня экспрессии, тогда как экспрессия B2 относительно постоянна на ранних стадиях и начинает увеличиваться после дифференцировки клеток. С развитием различных типов тканей на относительно поздней стадии развития происходит увеличение уровней ламина А и ламина С.

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

репликация ДНК

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

Во время репликации присутствуют не только ламины, связанные с ядерной пластинкой, но также присутствуют свободные полипептиды ламина, которые, по-видимому, играют некоторую регулирующую роль в процессе репликации.

восстановление ДНК

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

Апоптоз

Апоптоз – это форма запрограммированной гибели клеток , которая имеет решающее значение для тканевого гомеостаза и защиты организма от инвазивного проникновения 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 за счет протеолитического расщепления, и мишенью становятся как ламины, так и связанные с ядерным ламином мембранные белки. Эту протеолитическую активность осуществляют члены семейства белков каспаз, которые расщепляют ламины после остатков аспарагиновой кислоты (Asp).

Ламинопатии

Дефекты в генах, кодирующих ядерный ламин (таких как ламин А и ламин В ₁ ), связаны с различными заболеваниями ( ламинопатиями ), такими как: ^[7]

Мышечная дистрофия Эмери-Дрейфуса – заболевание, вызывающее атрофию мышц.
Прогерия – преждевременное старение
Рестриктивная дермопатия — заболевание, связанное с чрезвычайно плотной кожей и другими тяжелыми неонатальными аномалиями.

Ссылки

^ Клетка: молекулярный подход, Купер и Хаусман. 5-е издание. Стр. 357
^ Капелл, Брайан М; Коллинз, Фрэнсис С. (декабрь 2006 г.). «Человеческие ламинопатии: генетически неправильное ядро». Обзоры природы. Генетика . 7 (12): 940–952. дои : 10.1038/nrg1906 . ПМИД 17139325 . S2CID 13438737 .
^ Трипати К., Мураликришна Б. и Парнаик В.К. (2009) Дифференциальная динамика и стабильность мутантов стержневого домена ламина А IJIB, 5 (1), 1-8
^ Гонсалес-Сандовал, Адриана; Гассер, Сьюзен М. (август 2016 г.). «О TAD и LAD: пространственный контроль над экспрессией генов». Тенденции в генетике . 32 (8): 485–495. дои : 10.1016/j.tig.2016.05.004 . ISSN 0168-9525 . ПМИД 27312344 .
^ Редвуд А.Б., Перкинс С.М., Вандервал Р.П., Фэн З., Биль К.Дж., Гонсалес-Суарес И., Моргадо-Паласин Л., Ши В., Сейдж Дж., Роти-Роти Дж.Л., Стюарт К.Л., Чжан Дж., Гонсало С. (2011). «Двойная роль ламинов А-типа в восстановлении двухцепочечных разрывов ДНК» . Клеточный цикл . 10 (15): 2549–60. дои : 10.4161/cc.10.15.16531 . ПМК 3180193 . ПМИД 21701264 .
^ Лю Б., Ван Дж., Чан К.М., Цзя В.М., Дэн В., Гуань Х., Хуан Дж.Д., Ли К.М., Чау П.Ю., Чен Дж., Пей Д., Пендас А.М., Кадиньянос Дж., Лопес-Отин С., Це ХФ, Хатчисон С., Чен Дж., Цао Ю., Чеа К.С., Трюггвасон К., Чжоу З. (2005). «Геномная нестабильность при преждевременном старении, вызванном ламинопатией». Нат. Мед . 11 (7): 780–5. дои : 10.1038/нм1266 . ПМИД 15980864 . S2CID 11798376 .
^ Грюнбаум, Ю; Уилсон, КЛ; Харель, А; Гольдберг, М; Коэн, М. (апрель 2000 г.). «Обзор: ядерные ламины - структурные белки с фундаментальными функциями». Журнал структурной биологии . 129 (2–3): 313–23. дои : 10.1006/jsbi.2000.4216 . ПМИД 10806082 .

Айелет Маргалит, Сильвия Влчек, Йозеф Грюнбаум, Роланд Фойснер (2005). Разрыв и создание ядерной оболочки. Журнал клеточной биохимии 95 , 454-465.
Брюс Альбертс и др. Молекулярная биология клетки (4-е издание). Гирлянда Наука 676-677
Джеффри М. Купер, Роберт Э. Хаусман. Клетка, молекулярный подход (4-е издание). Синауэр Ассошиэйтс 356-360
Голдман и др. (2002). «Ядерные ламины: строительные блоки ядерной архитектуры». и развитие 16,533-547 Гены
Джоанна М. Бриджер, Николь Фогер, Ян Р. Килл, Харальд Херрманн (2007). Ядерная пластинка: и структурная основа, и платформа для организации генома. Журнал ФЕВС 274 , 1354–1361 гг.
Нико Стурман, Сюзанна Хайнс, Ули Эби (1998). Ядерные ламины: их структура, сборка и взаимодействие. 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

Внешние ссылки

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

[1] Клетка: молекулярный подход, Купер и Хаусман. 5-е издание. Стр. 357

[Capell-2] Капелл, Брайан М; Коллинз, Фрэнсис С. (декабрь 2006 г.). «Человеческие ламинопатии: генетически неправильное ядро». Обзоры природы. Генетика . 7 (12): 940–952. дои : 10.1038/nrg1906 . ПМИД 17139325 . S2CID 13438737 .

[3] Трипати К., Мураликришна Б. и Парнаик В.К. (2009) Дифференциальная динамика и стабильность мутантов стержневого домена ламина А IJIB, 5 (1), 1-8

[4] Гонсалес-Сандовал, Адриана; Гассер, Сьюзен М. (август 2016 г.). «О TAD и LAD: пространственный контроль над экспрессией генов». Тенденции в генетике . 32 (8): 485–495. дои : 10.1016/j.tig.2016.05.004 . ISSN 0168-9525 . ПМИД 27312344 .

[pmid21701264-5] Редвуд А.Б., Перкинс С.М., Вандервал Р.П., Фэн З., Биль К.Дж., Гонсалес-Суарес И., Моргадо-Паласин Л., Ши В., Сейдж Дж., Роти-Роти Дж.Л., Стюарт К.Л., Чжан Дж., Гонсало С. (2011). «Двойная роль ламинов А-типа в восстановлении двухцепочечных разрывов ДНК» . Клеточный цикл . 10 (15): 2549–60. дои : 10.4161/cc.10.15.16531 . ПМК 3180193 . ПМИД 21701264 .

[pmid15980864-6] Лю Б., Ван Дж., Чан К.М., Цзя В.М., Дэн В., Гуань Х., Хуан Дж.Д., Ли К.М., Чау П.Ю., Чен Дж., Пей Д., Пендас А.М., Кадиньянос Дж., Лопес-Отин С., Це ХФ, Хатчисон С., Чен Дж., Цао Ю., Чеа К.С., Трюггвасон К., Чжоу З. (2005). «Геномная нестабильность при преждевременном старении, вызванном ламинопатией». Нат. Мед . 11 (7): 780–5. дои : 10.1038/нм1266 . ПМИД 15980864 . S2CID 11798376 .

[Gruenbaum-7] Грюнбаум, Ю; Уилсон, КЛ; Харель, А; Гольдберг, М; Коэн, М. (апрель 2000 г.). «Обзор: ядерные ламины - структурные белки с фундаментальными функциями». Журнал структурной биологии . 129 (2–3): 313–23. дои : 10.1006/jsbi.2000.4216 . ПМИД 10806082 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]