Επικοινωνία πυρήνα-κυτταροπλάσματος: αρχές ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ & ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΜΔΕ :«ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΗΝ ΙΑΤΡΙΚΗ» Μοριακή Βιολογία : Αρχές και Μεθοδολογία Επικοινωνία πυρήνα-κυτταροπλάσματος: αρχές διακίνησης πρωτεϊνών προς και από τον κυτταρικό πυρήνα (nucleo-cytoplasmic protein trafficking). Επιμέλεια : Δαράκη Αγγελική Υπ. Καθηγητής : κος Στραβοπόδης Δημήτρης
Κυτταρική Οργάνωση Ζωικού Κυττάρου Κυτταρική Οργάνωση Ζωικού Κυττάρου
Σύμπλεγμα Πυρηνικού Πόρου 3000-5000 ΣΥΠΥΠΟ/Πυρήνα 125MD
Σύμπλεγμα Πυρηνικού Πόρου Η.Μ. : Ακτινωτές οκταεδρικές δομές
Σύμπλεγμα Πυρηνικού πόρου
Λειτουργίες ΣΥΠΥΠΟ Εκλεκτική διευκόλυνση της πυρηνοκυτταροπλασματικής μεταφοράς Ρύθμιση γενετικής έκφρασης Οργάνωση χρωματίνης και θέσης χρωμοσωμάτων Συγκρότηση μιτωτικής ατράκτου και εκκριτικού μονοπατιού Απόπτωση
Πυρηνοπορίνες 3 ομάδες : i. Μεμβρανικές πυρηνοπορίνες, ΡΟΜs πρόσδεση ΣΥΠΥΠΟ σε πυρηνικό φάκελο ii.Δομικές πυρηνοπορίνες σχήμα και διατήρηση ΣΥΠΥΠΟ, κεντρικός πόρος iii.FG-πυρηνοπορίνες
FG-πυρηνοπορίνες Επαναλαμβανόμενες ακολουθίες Phe-Gly Αλληλεπίδραση με υποδοχείς μεταφοράς Ρόλο στη μετατόπιση των μακρομορίων μέσω ΣΥΠΥΠΟ
Πυρηνο-κυτταροπλασματική Μεταφορά Μόρια μεγέθους < 5KD Ελεύθερη διάχυση Μόρια Μεγέθους 5-50KD Παθητική διάχυση Μόρια Μεγέθους > 50KD Ενεργητική Μεταφορά
Σήματα Μεταφοράς Πυρηνικό σήμα εισόδου, ΠΣΕ (nuclear localization signal, NLS) : «κλασικό» ΠΣΕ (ΚΚΚRK) Τ-αντιγόνου του ιού SV40 όχι συντήρηση της αλληλουχίας μια μετάλλαξη είσοδος πρωτεΐνης στον πυρήνα Πυρηνικό σήμα εξόδου, ΠΣΕξ (nuclear export signal, NES): Υδρόφοβο Συντηρημένη αλληλουχία πλούσια σε λευκίνη Πρωτεΐνη REV του ιού HIV (LPPLERLTLD)
Πυρηνικό σήμα εισόδου
Πυρηνικό σήμα εισόδου α β n
ΣΥΠΥΠΟ απαιτεί : Πρωτεΐνες προσαρμογής GTPάση Ran Η μετακίνηση μακρομορίων μέσω ΣΥΠΥΠΟ απαιτεί : Υποδοχείς Μεταφοράς Πρωτεΐνες προσαρμογής GTPάση Ran
Υποδοχείς μεταφοράς Ετεροδιμερή σύμπλοκο TAP-p15 έξοδο του mRNA από τον πυρήνα Καρυοφερίνες Ο μικρός παράγοντας πυρηνικής μεταφοράς NTF2
Καρυοφερίνες Μεταφορά των πρωτεϊνών και των περισσότερων ειδών RNAs Διακρίνονται σε : ιμπορτίνες(εισαγωγίνες) είσοδο στο πυρήνα (εισαγωγίνη-β, εισαγωγίνη-α) εξπορτίνες(εξαγωγίνες) έξοδο από τον πυρήνα (Crm1, Cas, εξαγωγίνη-t)
Παράγοντας πυρηνικής μεταφοράς NTF2 Είσοδος GTPάσης Ran στον πυρήνα Αναγνωρίζει τη Ran-GDP
Πρωτεΐνη Ran Μια μονομερής πρωτεΐνη G Ρύθμιση σύνδεσης και απελευθέρωσης του μεταφερόμενου μακρομορίου από τον υποδοχέα μεταφοράς Ran-GTP πυρήνα σταθεροποίηση συμπλοκών εξαγωγής Ran-GDP κυτταρόπλασμα σταθεροποίηση συμπλόκων εισαγωγής
Είσοδος πρωτεϊνών στο πυρήνα
Εισαγωγίνη-α και Εισαγωγίνη-β Εισαγωγίνη-β : 19 επαναλήψεις HEAT περιελίσσεται γύρω από IBB Εισαγωγίνη-α : ARMs repeats (σύνδεση ΠΣΕ) IBB περιοχή
Έξοδος ειασωγίνης-α
Μετατόπιση μέσω του ΣΥΠΥΠΟ Διαφορετικά μοντέλα Αλληλεπίδραση FG-πυρηνοπορινών με το σύμπλοκο φορτίο-υποδοχέας μεταφοράς (καρυοφερίνες)
Κύκλος RAN
Έξοδος πρωτεϊνών
Έξοδος RNAs ΕΙΔΟΣ RNA GTPάση- RAN snRNA Crm1 p-PHAX + 60S rRNA Nmd3 ΥΠΟΔΟΧΕΑΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΠΡΩΤΕΙΝΗ ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗΣ GTPάση- RAN snRNA Crm1 p-PHAX + 60S rRNA Nmd3 40S rRNA Yrb2 tRNA Εξαγωγίνη-t - mRNAmRNP TAP-p15
Ιοί εισχωρούν στον πυρήνα μέσω ΣΥΠΥΠΟ ΣΥΠΥΠΟ και πυρηνοπορίνες εμπλέκονται σε πολλές ασθένειες (λευχαιμία, κακοήθης όγκους, αυτοάνοσα νοσήματα) Υπερέκφραση εξαγωγίνης Crm1και καριοφερίνης β1 καρκίνος
Video 1
Βιβλιογραφία Bayliss R, Corbett AH, Stewart M.,2000. The molecular mechanism of transport of macromolecules through nuclear pore complexes. Traffic., (6):448-56. Review. Bryan R. Cullen, 2003. Nuclear RNA export. Journal of Cell Science 116, 587-597 Conti E, Müller CW, Stewart M.,2006. Karyopherin flexibility in nucleocytoplasmic transport. Curr Opin Struct Biol., 2:237-44. Review. Doller A, Pfeilschifter J, Eberhardt W, 2008. Signalling pathways regulating nucleo-cytoplasmic shuttling of the mRNA-binding protein HuR. Cell Signal, 20(12):2165-73. Goldfarb DS, Corbett AH, Mason DA, Harreman MT, Adam SA., 2004. Importin alpha: a multipurpose nuclear-transport receptor. Trends Cell Biol., 14(9):505-14. Review. Greber UF., Fassati A.,2003. Nuclear import of viral DNA genomes. Traffic., 3:136-43. Gustin KE., 2003. Inhibition of nucleo-cytoplasmic trafficking by RNA viruses: targeting the nuclear pore complex. Virus Res., 95(1-2):35-44. Kuersten S, Ohno M, Mattaj IW., 2001. Nucleocytoplasmic transport: Ran, beta and beyond. Trends Cell Biol., 11(12):497-503. Review.
Βιβλιογραφία Marelli M, Dilworth DJ, Wozniak RW, Aitchison JD, 2001. The dynamics of karyopherin-mediated nuclear transport. Biochem Cell Biol. 2001;79(5):603-12. Quimby BB, Dasso M., 2003. The small GTPase Ran: interpreting the signs. Curr Opin Cell Biol., 15(3):338-44. Review. Rensen WM. Mangiacasale R. Ciciarello M. Lavia P., 2008. The GTPase Ran: regulation of cell life and potential roles in cell transformation. Front Biosci., 13:4097-121 Stewart M, Baker RP, Bayliss R, Clayton L, Grant RP, Littlewood T, Matsuura Y., 2001. Molecular mechanism of translocation through nuclear pore complexes during nuclear protein import. FEBS Lett., 498(2-3):145-9. Review. Thomas Sebastian, S. Sreeja and Raghava Varman Thampan, 2004. Import and export of nuclear proteins: Focus on the nucleocytoplasmic movements of two different species of mammalian estrogen receptor. Molecular and Cellular Biochemistry 260: 91–102 Van der Watt PJ., Maske CP., Hendricks DT., Parker MI., Denny L., Govender D., Birrer MJ., Leaner VD.,2009. The Karyopherin proteins, Crm1 and Karyopherin beta1, are overexpressed in cervical cancer and are critical for cancer cell survival and proliferation. Int J Cancer., 124(8):1829-40. Vasu SK, Forbes DJ.. 2001. Nuclear pores and nuclear assembly. Curr Opin Cell Biol., 13(3):363-75. Review. Yashiroda Y, Yoshida M., 2003. Nucleo-cytoplasmic transport of proteins as a target for therapeutic drugs. Curr Med Chem., 10(9):741-8. Review. Zenklusen D, Stutz F., 2001. Nuclear export of mRNA. FEBS Lett., 498(2-3):150-6.