Válts MeRSZ+ -ra!

MeRSZ online
okoskönyvtár

Több száz tankönyv egy helyen.
Online. Bárhol. Bármikor.

Darvas Zsuzsa, László Valéria

Sejtbiológia

A nukleáris transzport mechanizmusa

A magpóruson keresztül többféle mechanizmussal juthatnak át molekulák. A perifériás, kisebb átmérőjű csatornákon a kis molekulák, ionok, esetleg kis fehérjék (5000 Da vagy kisebb méretűek) diffúzióval szabadon képesek átjutni, míg a centrális nagy csatornában aktív folyamattal történik a molekulák bejutása, illetve kijutása. Ez csak úgy képzelhető el, hogy a magpórusban működő speciális receptorok segítségével közlekednek a két kompartment között, amelyet ún. kapu (gate) transzportnak nevezünk. Bizonyos méret feletti részecsék pedig nem tudnak se kijutni, se bekerülni a sejtmagba. Ez biztosítja a citoplazma és a mag eltérő makromolekuláris szerkezetének fenntartását.
Ennek a transzport típusnak egy fontos tulajdonsága van ami megkülönbözteti más membránokon (pl. ER membránjában) zajló transzporttól. A legtöbb molekula legyen az fehérje vagy ribonukleoprotein részecske, komplex térszerkezeti formában képes átjutni a póruson.
 
III.3. ábra. A magpórus szerkezete.
A magpórust alkotó nukleoporinok különböző részei (doménjei) kapcsolódnak össze. A citoplazma oldaláról befelé haladva, a külső magmembránhoz a citoplazmatikus gyűrű kapcsolódik, míg a belső magmembránhoz a nukleáris gyűrű kapcsolódik. A két gyűrű között 8 küllő kapcsolja össze a két gyűrűt. A küllők egyes doménjeiből két másik gyűrűszerű struktúra is létrejön (belső küllő gyűrű és a luminális gyűrű). Ez utóbbi határolja a centrális csatornát, ahol a nagyobb molekulák transzportja zajlik. A nagyobb egységes ún. centrális csatorna mellett, a széli oldalakon 8 kisebb perifériás csatorna helyezkedik el. A citoplazma felől a citoplazmatikus gyűrűhöz filamentumok és partikulumok kapcsolódnak, amelyek a nukleáris transzport eseményeiben játszanak szerepet. A nukleáris gyűrűhöz egy oktagonális kosárlabdahálóra, illetve ketrecre emlékeztető filamentum rendszer kapcsolódik, amely oldalirányban a nukleáris lamina elemeivel, a mag belső tere felé pedig a nukleáris alapállomány (mátrix) speciálisan elrendezett filamentumokból álló elemeivel lép kapcsolatba
 
Ahogy annyi más biológiai folyamatban, a nukleáris transzport folyamatában sem ismert minden résztvevő, és a mechanizmus minden részlete. A legtöbb ismerettel a protein import folyamatairól rendelkezünk, de itt is a magpórushoz jutás eseményei a legismertebbek, azt hogy a pórus belsejében mi történik, csak sejthetjük. Régebben úgy gondolták, hogy az import és export egymástól független folyamatok, de számos adat utal a két folyamat kapcsolatára.
 
A nukleáris transzport ismert közös résztvevői:
  1. Mind az importban, mind az exportban részt vevő szállítandó molekula rendelkezik egy nukleáris import, illetve export szignállal. A magba szállítandó fehérjéknek rendelkezniük kell egy ún. nukleáris lokalizációs szekvenciával vagy szignállal (NLS), a magból kijutó fehérjének pedig nukleáris export szignállal (NES). Ilyen NLS szignálok ismertek, a fehérjékben bárhol elhelyezkedhetnek, és bázikus aminosavakban (lizin és arginin) gazdagok (pl. -pro-pro-lys-lys-lys-arg-lys-val-). A NES szignálok pedig leucin tartalmúak (pl. -leu-ala-leu-lys-leu-ala-gly-leu-asp-ile-).
  2. A receptor és adapter fehérjék (másnéven transzporterek), amelyeknek egyik feladata a szállítandó molekula felismerése és megkötése, másrészt pedig a magpórushoz szállítása, illetve transzportálása. Az első ismert molekulák a fehérjeimportban fontos importin α és importin β voltak, mára már egy kiterjedt család számos tagja tartozik ide, és újabban karioferineknek nevezik őket. Az importot végző karioferinek az importin, míg az exportot végző karioferinek az exportin nevet viselik.
  3. A nukleáris transzport szabályozója egy guanin bázis tartalmú nukleozid di- és trifoszfátot (GDP-t, illetve GTP-t) kötő fehérje a Ran. A Ran fehérje szerepe az, hogy Ran GDP formában az import, míg Ran GTP formában az export lebonyolításában tevékenykedik. Így az export-import folyamatok összehangolásában is részt vesz.
 
A nukleáris transzport egy fehérje importja esetén alapvetően két lépésből áll:
  1. A receptorok felismerik és megkötik az NLS-sel rendelkező fehérjéket, együtt a póruskomplexhez szállítódnak és a magpórus területén egyes fehérjékhez kötődnek. A szállítást végző fehérjekomplex ismert elemei az említett importin fehérjék, a magi oldalról pedig azok a speciális nukleoporinok, amelyek mind importinokat, mind Ran fehérjét kötni képesek. A fehérjék közül az α-importin ismeri fel a fehérjében lévő NLS szignált (ezért NLS-receptornak is szokták nevezni) és megköti a szállítandó molekulát. A másik molekula, a β-importin (ezt szokták adapternek nevezni) kötődik a póruskomplex megfelelő nukleoporin komponenséhez. A magpórus elérésében szerepet játszanak a citoplazmatikus gyűrűhöz kapcsolódó filamentumok amelyek, ún. FG ismétlődéseket tartalmaznak (az aminosavak egybetűs kódja alapján az FG = fenilalanin és glicin aminosavakat jelöli). Ezen ismétlődésekhez kőtődve lépésről-lépésre araszolva jut el a magpórushoz a szállítandó molekulát hordozó transzporter komplex.
  2. A magpóruson való átjutás és a magi események. Ebben a lépésben a transzportot végző importinkomplex a szállított fehérjével a pórus centrális csatornájába kerül, majd pedig a magba szállítódik. Hasonló mechanizmussal, de a fehérjétől függetlenül kerül a magba a Ran GDP is. A centrális csatornában a csatorna falát adó nukleoporin molekulák fenilalanin aminosavban gazdag régiói egy hidrofób környezetet hoznak létre, és az áthaladás során a transzporter molekula hasonló jellegű molekularészeivel való kölcsönhatás segíthet a póruson való átjutásban. A magban a komplex elemei szétválnak, mert a Ran molekula lecseréli a kötött GDP-t GTP-re, és ez stimulálja az importinok és a szállított fehérje szétválását. A fehérje a magban marad, az importinok pedig „ingáznak” a mag és a citoplazma között, azaz export révén kijutnak a magból majd egy újabb szállítmánnyal újra bekerülnek. A Ran pedig immár GTP kötött formájában az exportot fogja serkenteni.
 
Az export folyamatok pl. a mRNS, a tRNS, a szállító fehérjék és a pre-riboszomális részecskék magból való kijutását jelentik. A kétlépcsős transzport itt is igaz, csak éppen az iránya fordított. A magból exportra kerülő fehérjék szignálját (NEL) már említettük, az RNS-ek esetében pedig a kísérő fehérjék rendelkeznek ezzel a szignállal.
  1. Az exportot végző komplex a NES szignálokat felismerő karioferinen (exportin) kívül kötött formában Ran-GTP-t is tartalmaz, és az így létrejött komplex a magpóruson keresztül jut ki a citoplazmába. A póruson való áthaladás mechanizmusa feltehetően a bejutás mechanizmusához hasonló, de olyan aktív folyamat, amelyhez a Ran GTP energiát biztosít.
  2. A citoplazmában a Ran a kötött GTP-t GDP-re bontja, és ez serkenti az exportált molekula vagy részecske, valamint az exportot végző karioferinek szétválását, a komplex szétesését. Az exportált termék a citoplazmában marad, míg az exportot végző karioferin és Ran (immár újra RanGDP formában) szintén „ingáznak” azaz visszakerülnek a magba.
 
Miért tér el a Ran GDP/ GTP kötött formájának megoszlása a pórus két oldalán, azaz a citoplazmában a Ran GDP forma, a magon belül pedig a Ran GTP forma található? Ez az eltérő megoszlás okozza a két forma állandó ingázását a citoplazma és a mag között. Ennek a magyarázata annak a két fehérjének az eltérő megoszlása, amely azt szabályozza, hogy a Ran GDP-t vagy GTP-t kötött formában legyen jelen. A két fehérje a GEF (GDP/GTP exchange factor) és a GAP (GTP-ase activating protein, III.4. ábra).
A GEF hatására a RanGDP leadja a GDP-t és helyette GTP-t köt, míg a GAP hatására a RanGTP bontja a GTP-t, és a keletkezett GDP a Ranhoz kötve marad.
A GEF fehérje a sejtmagban, ezzel szemben a GAP fehérje a citoplazmában található, ezért tér el a Ran GDP, illetve GTP kötött formájának koncentrációja a két kompartment között. Ilyen a G fehérje GDP vagy GTP kötését szabályozó párok minden G fehérje esetében megtalálhatóak.
 
 
Az export (1 és 2) és import (3 és 4) folyamatok összefoglalása a III.5. ábrán található.
A sejtmagba a magpóruson át nemcsak a mag felépítésében fontos fehérjék juthatnak be, de ma még nem minden részletében ismert folyamattal egyes vírusok örökítő anyaga is. Az adenovírus esetében mutatták ki, hogy a vírus endocitózissal bejut a sejtbe, endoszómában a mag közelébe viteti magát, majd az endoszómából megszökve a fehérjeburka révén a magpórusok citoplazmatikus filamentumaihoz kapcsolódik (ennek egyik nukleoporin fehérjéjéhez kötődve). A magba szállításra váró H1 (hiszton 1 molekulák, lásd a kromatin szerkezete később) molekulák hozzákötődnek a vírus fehérjeburkához. A H1 molekulákat felismerő importin receptorok nemcsak a H1 molekulákat viszik magukkal, hanem a vírus fehérjeburkának egy – egy darabkáját is, és a szabaddá váló vírus DNS a centrális csatornán keresztül a sejtmagba jut. Az adenovírus bejutásának mechanizmusát azért érdemes megemlíteni, mert ez az a vírus, amelyet a génmanipulációs technikák során gyakran használnak fel idegen DNS humán sejtbe való bejuttatására (pl. génterápia).
 
III.5. ábra. Az export-import folyamatok összefoglalása.
Az 1. és 2. lépés az import folyamatot mutatja. Az importin komplex a szállítandó fehérjét a receptor funkciójú nukleoporinokhoz szállítja, majd belül leadja a fehérjét és Ran GTP-t kötve visszajut a citoplazmába. Hasonlóan de külön a Ran GDP is bejut a magba. A 3. és 4. lépés az export folyamatot mutatja. Az exportin, a Ran GTP és az exportált molekula/részecske komplexe kijut a citoplazmába ahol a GTP–GDP-re bomlik és ennek hatására a komplex szétesik
 
Sejtbiológia

Tartalomjegyzék

Kiadó: Semmelweis Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 331 704 4

OrvostudománySemmelweis Kiadó könyvei

Reméljük, hogy a hallgatóknak nemcsak egy olyan jegyzetet készítettünk, amelyet meg kell tanulniuk, de sikerült belevinnünk azt az érzést is, amely a jegyzet megírásakor és átírásakor eltöltött minket. Ez az érzés a csodálat. Milyen csodálatos kis egység a sejt, milyen tökéletesen és logikusan szervezett! Mi sem, és így a hallgató sem menekülhet meg a molekuláris szemlélettől, amely manapság a biológia és az orvostudomány minden területén uralkodóvá vált. Igyekeztünk csak annyi molekulát és molekuláris mechanizmust megemlíteni, amelyet feltétlenül szükségesnek tartottunk a sejtben zajló folyamatok megismeréséhez és megértéséhez. Kívánjuk, hogy a leírtak segítsék a hallgatókat más tárgyak anyagának megértésében és elsajátításában is. A jegyzet immáron negyedik, javított kiadását tartják a kezükben és persze ez is több, mint az előző. Mentségünkre legyen mondva a többlet nemcsak több szöveget, de több képanyagot és ábrát is jelent. Reméljük ez segít jobban megérteni a sejtekben zajló, néha bizony komplikált eseményeket. (a szerzők)

Hivatkozás: https://mersz.hu/darvas-laszlo-sejtbiologia//

BibTeXEndNoteMendeleyZotero
Kivonat
fullscreenclose
printsave