Moleküllerin çekirdek ve –sitozol arasında taşınımı

1. Moleküllerin çekirdek ve –sitozol arasında taşınımı Prof.Dr.Gönül Kanıgür

2. NUKLEUS • Nukleus zarfı İç membran Perinuklear aralık Dış membran • Kromatin DNA+Protein (Histon ve Histon olmayan proteinler) • Nukleolus • Nukleoplazma (Nukleus matriksi)

3. NUKLEAR POR KOMPLEKSİ Görevi: Nukleus ile sitoplazma arasındaki seçici trafik • S fazındaki bir hücrede nukleus içine 3 dk. da 106 histon girer • Aktif bir hücre nukleusunun her µ2’sinde 15-20 por kompleksi bulunur (tüm nukleusta 3000-4000 por) • Örn: oosit nukleusu 50 milyon por kompleksi içerir • İnaktif bir hücre nukleusunda her µ2’de 1-3 por bulunur • Örn: kurbağa eritrositi

4. Nukleus ve Sitosol Arasındaki Taşınım*Kontrollü transport (“Gated Transport”). • Bu mekanizmada, nukleus porları, seçici bir kapı gibi fonksiyon gösterir. • Nukleusa özgü, makromolekülleri ve makromoleküllerin birleşmesiyle oluşan moleküllerin aktif transport ile, • küçük moleküllerin ise difüzyon ile geçişini sağlarlar.

5. NUKLEAR POR KOMPLEKSİ Yapısı : • ~ 1000 Ao çapında • 8 çevresel granül, bir merkezi granül (Negatif boyama yöntemi ile EM’de) • Nukleoporinler denen 100 çeşit protein içerir

6. Nüklear Por Kompleksleri • NPK, merkezi bir kanal (90 nm uzunluğunda) etrafında dizilmiş sekiz çubuk ve çubukların tutunduğu halkalardan oluşur. • Bu yapı iç ve dış nüklear membranla birleşmiştir. • Halkalardan sitoplazmik yüzde olana “Sitoplazmik Halka”, • Nüklear yüzde olana ise “Nüklear Halka” denir. Nüklear lamina ile etkileşir. • Sitoplazmik halkadan sitoplazmik filamanlar uzanır. • Nüklear halkadan ise basket filamanları uzanarak Terminal halka ile birleşerek “Nüklear basketi” oluşturur.

7. NÜKLEAR TRANSPORT • Moleküller NPK’lerinden iki yolla geçerler; • Pasif Difüzyon • Aktif Transport NPK yoluyla saniyede 1000 molekül geçiş yapar.

8. NÜKLEAR TRANSPORT Pasif Difüzyon: Ufak moleküller ve 20 kdalton’dan daha küçük proteinler bu yolla geçer. • Bu mekanizmanın kullanıldığı NPK çapı 9 nm’dir. • Geçiş çift yönlüdür.

9. NÜKLEAR TRANSPORT Aktif Transport Enerji harcanarak gerçekleşen seçici bir transporttur. • Bu mekanizmanın kullanıldığı NPK çapı ortalama 25 nm’dir (9-40nm). • Molekül geçişi uygun bir sinyale yanıt olarak tek yönlü olarak gerçekleşir.

10. Bir memeli hücresi, • 10 milyar protein içerir ve • çoğunun sentezi sitosolde gerçekleşir ve • yeni sentezlenen her bir protein, bulunması gereken organele taşınır. • Her bir organel membranı, o organele özgü proteinlerin, organel içine girişini sağlayan, özgün transport sistemine sahiptir.

11. Sitosolde,taşıdıkları sinyal dizilere bağlıSinyal dizisi taşıyan ve taşımayan proteinler bulunmaktadır. • sinyal diziye sahip olmıyan proteinler sitosolde kalırlar.

12. Sinyal diziye sahip olanlar ise, bu dizinin yönlendirmesine göre, sitosolden • nukleusa, • ER’a, • mitokondriye, • plastidlere ya da • peroksizoma taşınır.

13. Pozitif yüklü a.a : kırmızı Negatif yüklü a.a : yeşil Hidrofobik a.a : sarıHidroksilli a.a : mavi

14. NUKLEUS İÇİNE VE DIŞINA TAŞINIM • Nukleus içinde aktif olan histon proteini, • DNA polimeraz ve • RNA polimeraz, • Düzenleyici proteinler • RNA'nın işlenmesinde etkili olan proteinler sentezlendikleri sitosolden, nukleusa seçici bir şekilde taşınır.

15. Bazı durumlarda transport işlemleri oldukça karmaşıktır. • Örneğin ribozomal proteinler sitosolde sentezlenir, ve nukleusun içine taşınır. • Nukleusta yeni sentezlenmiş ribozomal RNA ile birleşir ve tekrar sitosole transfer olur. • Herbir aşama, seçici bir transport işlemi gerektirir.

16. NÜKLEAR TRANSPORT Nüklear Transport • İki kompartman arasında makromoleküllerin taşınımı ile ilgili nüklear taşınım reseptörler vardır ve bunlara karyoferinler denir. • Karyoferin reseptörlerine İmportin-β ailesi de denir. • İmportin-β ailesinin en az 20 üyesi vardır. • Bu üyelerden bazılarının görevi makromoleküllerin sitoplazmadan nükleusa taşınması (import-importinler) diğerlerinin görevi ise makromoleküllerin nükleustan sitoplazmaya taşınmasıdır (eksport-eksportinler).

17. Moleküllerin Nükleus İçine Taşınması • NLS dizileri genellikle bazik amino asitlerden (lizin, arginin) zengin dizilerdir. • Bazen bu diziler bölünmüş iki dizi şeklinde olabilir. Aradaki dizilerin fonksiyonu yoktur. • Farklı dizileri tanıyan reseptörler vardır. • Enerji gerektiren bir taşımadır.

18. Moleküllerin Nükleus Dışına Taşınması • Nüklear kompartmandan sitoplazmik kompartmana geçecek moleküller ise NES (nükleer çıkış sinyali) taşır. • Bu diziler lösince (Leu) zengin dizilerdir. • Enerji gerektiren bir taşımadır.

19. NUKLEUSA PROTEİN TAŞINMASI • Nukleusa taşınacak olan proteindeki(Kargo protein) NLS dizisine sitozolik bir reseptör proteinin (importin).Ran GDP kompleksinin baglanması • İmportin.Ran GDP-kargo protein kompleksinin Nuklear por kompleksinin sitoplazmik flamanlarına tutunma (enerji gerekmez) • Por kompleksinden geçiş)

20. İmportinlerpor kompleksindeki nukleoporinlere bağlanır • Nukleoporinler kısa aminoasit tekrarları (fenilalanin ve glisin tekrarları = FG tekrarları) içerirler • İmportinlerFG tekrarlarına bağlanır

21. 4.guannin nükleotid degişim faktörünün (RanGEF) aktivasyonu ile RanGDP,RanGTP haline geçişi ile kargo proteini serbestler • 5.importin.RanGTP kompleksi çekirdek porundan dışarı çıkar • 6.yeni bir taşınım için Ran.GTPnin Ran GDP halinegeçişi(RanGAPtarafından hidrolizi)

22. Proteinler nukleusa iki aşamada taşınır. • “Nuclear localization sequence” (NLS) sinyal diziimportin proteini tarafından tanınır. • Importin b, nukleus por kompleksine ait sitoplazmik flamentlere bağlanır ve hedef proteini pora yaklaştırır. • Protein ve importin abirlikteRan proteini tarafından, enerji harcanması ile pordan içeri taşınır.

23. Nukleus içinden dışına taşınım • “Nuclear export signal sequence”(NES) taşıyan hedef protein, eksportin Ran/GTPbirlikte nukleusta bir kompleks yapı oluşur. • Bu kompleks yapının pordan sitosole geçmesiyle Ran GAP, GTP bağının hidrolizini yaparakRan/GDP’yi oluşturur ve hedef protein ve eksportin sitoplazmada serbest duruma gelir. • Eksportin daha sonra tekrar nukleusa döner.

24. Nukleusa protein taşınmasını düzenleyen mekanizmalar 1. Sitoplazmik proteinler NLSyi örter(inhibitör protein)taşınma olmaz. • İnhibitör fosforile edilir ve yıkılırsa • Özgün protein nukleusa girer. 2.NLS yakınında fosforilasyon sonucu protein tanınamaz ve taşınamaz. • Defosforilasyon sonucu NLS açığa çıkar. • Taşınma gerçekleşir.

25. Nukleustan Sitoplazmaya RNA Taşınması

26. RNA’lar nükleus zarfından ribonükleoprotein (RNP) kompleksleri olarak taşınırlar. Kompleksteki bazı proteinler nükleer taşıma reseptörleri tarafından tanınan “nukleer çıkış sinyali” taşırlar.

27. RNA Exportu Ökaryot hücrelerde mRNA’ların, rRNA’ların ve tRNA’ların nükleustan çıkışı gen ekspresyonunda kritik bir basamaktır. RNA’ların nükleer por kompleksinden (NPC) dışarı gönderilmesi aktif ve GTP bağlayan protein Ran’a ihtiyaç duyulan enerji bağımlı bir olaydır.

28. RNA’ların Eksportu • Sitoplazmada görev yapacak olan • rRNA • mRNA • tRNA Nükleustan sitoplazmaya RNP’ler şeklinde taşınırlar. • Kompleksteki bazı proteinler NES taşır.

29. RNA Exportu Ökaryot hücrelerde mRNA’ların, rRNA’ların ve tRNA’ların nükleustan çıkışı gen ekspresyonunda kritik bir basamaktır. RNA’ların nükleer por kompleksinden (NPC) sitozole gönderilmesi ,GTP bağlayan protein Ran’a ihtiyaç duyulan enerji bağımlı bir transport olayıdır.

30. RNA’lar nükleus zarfından ribonükleoprotein (RNP) kompleksleri olarak taşınırlar. Kompleksteki bazı proteinler nükleer taşıma reseptörleri tarafından tanınan “nukleer çıkış sinyali” taşırlar.

31. RNA’ların Eksportu • rRNA’lar ribonükleoprotein şeklinde bulunurlar (rRNA + ribozomal protein) Ribozomal proteinlerdeki NES sayesinde eksportinler tarafından tanınarak sitoplazmaya transport gerçekleşir • tRNA’lar ile etkileşen Exportin-t onun sitoplazmaya taşınmasını sağlar.

32. mRNA ların Nukleustan sitoplazmaya taşınması Olgun m-RNA taşınması Sadece olgun mRNA’lar nukleustan dışarı taşınırlar İlk transkriptöncül-m-RNA Kırpılma = intron dizilerinin kesilip çıkarılması Olgun-mRNA  dışarı taşınma (por kompleksinden)

33. Pre-mRNA’lar ve mRNA’lar nükleusda işlenmeleri süresince ve sonunda sitoplazmaya taşınmaları sırasında, en az 20 proteinlik bir setle (pre-mRNA – protein kompleksi oluşturarak) ilişkilenirler. En az iki mRNP proteini nukleer çıkış sinyaline sahiptir ve mRNAların sitoplazmaya taşınmasında işlev gördükleri düşünülmektedir.

34. mRNA’nın transferi • Nükleustaki olgun-mRNA en az 20 protein ile ilişkilidir. • Bunlar arasında NES taşıyan hnRNP’ler , Ran-GTP ve eksportu sağlayan exportin benzeri proteinler (Exportin 1) vardır. • Nükleer por kompleksinden çıkışta NES taşıyan hnRNP’ler ayrılır. • Sitoplazmaya çıkan Ran-GTP hidrolizlenir. Kompleks dağılır. • hnRNP, Ran/GDP ve exportin 1 nükleusa geri döner. • Sitoplazmik mRNA’ya sitoplazmik mRNP’ler bağlanır.

35. snRNAlar ise, RNA işleme mekanizmasının bileşeni olarak çekirdekte görev yaparlar. snRNAlar önce nukleustan sitoplazmaya taşınarak burada proteinlerle birleşip işlevsel snRNPler oluşturduktan sonra nukleusa geri dönerler. snRNAların 5’ uçlarına bağlanan taşıyıcı reseptör proteinlerin, snRNAların sitoplazmaya taşınmasında görev aldıkları düşünülmektedir.

36. rRNAlar önce ribozomal proteinlerle ve RNA işleyen proteinlerle birleşirler. Yeni oluşan 60S ve 40S ribozomal alt birimler sitoplazmaya taşınır. Nukleustan çıkışları alt birim kompleksinde yer alan proteinlerin “nukleustan çıkış sinyalleri” ile yönlendirilir.