Ядерная пластинка представляет собой плотную (толщиной от 30 до 100 нм ) фибриллярную сеть внутри ядра эукариотических 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 похожа на ядерный матрикс , который простирается по всей нуклеоплазме .
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 . Полипептиды ламина 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 килодальтон (кДа). В аминокислотной последовательности ядерного ламина также присутствуют два фосфоакцепторных сайта, фланкирующих центральный домен палочки. Событие фосфорилирования в начале митоза приводит к конформационным изменениям , которые вызывают разборку ядерной пластинки. (обсуждается далее в статье)
В геноме позвоночных ламины кодируются тремя генами . Путем альтернативного сплайсинга получают как минимум 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, Drosophila melanogaster имеет только два гена, тогда как Caenorhabditis elegans имеет только один.
Наличие полипептидов ламина является свойством всех животных .
Мембранные белки, ассоциированные с ядерным ламином, 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.
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 в поперечном направлении за счет соединения бок о бок полимеров, 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 .
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]
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 протеинкиназным комплексом циклин B / Cdk1 ( 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, играет 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.
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 происходит 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. По мере развития различных видов 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.
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 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 – 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 ламина разрушается за счет протеолитического расщепления, и мишенью становятся как ламины, так и мембранные белки, связанные с ядерным ламином. Эту протеолитическую активность осуществляют члены семейства белков каспаз , которые расщепляют ламины после остатков аспарагиновой кислоты (Asp).
Дефекты в генах, кодирующих ядерный ламин (таких как ламин А и ламин В 1 ), участвуют в различных заболеваниях ( ламинопатиях ), таких как: [7]
СМИ, связанные с ядерной пластинкой, на Викискладе?