CELLKÄRNAN
kap 9 + fig 16.24, s. 673-675, fig 16.27 i 4th edition
Chromatin:
s166-170, 281-283 4th edition.
INNEHÅLL
• cellkärnan
– membran, nuclear lamina och porer
– transport till och från kärnan
– intern organisation
– nucleolus och ribosomproduktion
– cellkärnans struktur vid celldelning
1
CELLKÄRNAN
•skiljer eukaryot från prokaryot
•eu = gott, väl ; karyon= kärna
•härbärgerar arvsanlagen
•bättre kontroll av
genexpression
• kärnmembran - dubbelt
membranlager
• nuclear lamina
• kärnporer
• nucleolus
Cellkärnan
2
Kärnmembranet
• barriär
• yttre membran har
ribosomer
• inre membran har
kärnspecifika proteiner
Nuclear lamina
• nätverk under
kärnmembranet
och in i kärnan
• laminer – intermediärfilament
typ V
• Bl.a. fästpunkt för
kromatin
3
Kärnpor-komplex
• 120 nm i diameter (=stor!)
• Ca 50 olika proteiner (nukleoporiner)
• polära molekyler, joner och
makromolekyler kan passera (<9 nm)
• Reglerad passage av större molekyler
Molekylär trafik genom kärnporer
4
Kärnpor-komplex
5
Selektiv transport av proteiner
• Selektiv import
• nuclear localization signals, NLS
Selektiv transport av proteiner
• Ran – GTP-bindande protein
• Importiner och Exportiner
• nuclear localization signals (importins)
• nuclear export signals (exportins)
6
Fördelning av Ran/GTP och Ran/GDP över kärnmembranet
Proteinimport till kärnan (korrekt)
•
•
Importin binder ”protein”
– går in i nukleus
Importin/”protein” binder Ran-GTP
• ”protein” släpper
•
•
•
•
Importin/RanGTP exporteras
GTP defosforyleras av GAP
– Importin släpper från
RanGDP
RanGDP importeras separat (via
eget importprotein)
GDP byts mot GTP utav GEF (i
nucleus)
7
Ran GTP/GDP-cykel driver import
Export från kärnan
8
aktuell modell
Reglering av import – maskering av NLS
9
Transport av RNA
• mRNA exporteras ut ur kärnan för
translation
• RNP-komplex (=ribonukleotid-proteinkomplex)
– mRNA i komplex med c:a 20 olika proteiner
– rRNA binder ribosomala proteiner i kärnan,
exporteras som pre-ribosomala partiklar
– tRNA – exportproteiner ej kända
– snRNA transporteras ut, hämtar proteiner, in i
igen
Transport av snRNA
U1, U2, U4… part of the splicing machinery
10
Ribosom transport
INTERN ORGANISATION AV
KÄRNAN
• genetiska materialet är organiserat spatialt
• specifika funktioner lokaliserade till
specifika områden
• Organisation genom
– Kromatin
– Lamin-nätverk
– proteinkomplex
11
Internt organisation av kärnan
ANIMATION
Kromatin
12
kromatin - DNA lindat runt
nukleosomer (histon-komplex)
Kromatin
INTERFAS-cell (mellan celldelningar)
eukromatin
– tillgängligt för transkription i varierande grad
heterokromatin
– mycket kondenserat
– inaktivt
– konstitutivt heterokromatin
– fakultativt heterokromatin
s166-170, 281-283 4th edition.
13
heterokromatin
Eukromatin
Eukromatin
heterokromatin
• Eukromatin
– 30nm fibrer, loopar och hyper-acetylerade regioner
– Kan dekondenseras och transkriberas
• Heterokromatin
– Tätpackat,”packnings-proteiner”
– resistent mot de-kondensering och transkription
– Heterokromatin-position ärvs oftast vid celldelning (epigenetics)
Utryckta regioner – dekondenserade
”tyst” eukromatin - hårt packade
heterokromatin - mkt hårt packade
• Kromatin-remodellerande
komplex
• Histon-modifieringar
–
–
–
–
Acetylering (reversibel)
Metylering (irreversibel)
Fosforylering (reversibel)
Ubiquitinering (reversibel)
• DNA bindande proteiner
14
EU kromatin kan kondenseras och dekondenseras – heterokromatin är mer ”resistent”
• Histone acetylering påverkar kromatinets packningsgrad
– Hypo-acetylerat histoner => TF:s har svårt att komma åt DNA
– Hyper-acetylerade histoner => DNA mer tillgängligt för transkription
Acetylerade histoner binder inte DNA lika hårt
runt nukleosomerna (mindre positivt laddade)
Deacetylering
ger tätt packat
kromatin
Transkriptionsfaktorer associerar med co-faktorer styr
Histone AcetylTransferase (HAT),
Histone DeAcetylase (HDAC)
15
Funktionella områden i kärnan
• DNA-replikation
• splicing (speckles)
• Cajal bodies – RNPrika
• PML bodies
• nucleolus
Funktionella områden i kärnan
Replikation
splicing
Cajal bodies (RNP processing)
16
Nucleolus
Nucleolus - ribosomfabrik
• rRNA-transkription (18S, 5,8S, 28S-gen)
• Ihopsättning av ribosom-subenheter
17
Organisation av nucleolus
• nucleolus associerad med generna för
5.8S, 18S och 28S rRNA
• morfologiska områden:
– fibrillar center
– dense fibrillar component
– granular component
• transkription, processning och ribosomassembly
Ribosomala RNA-gener
•repeterade RNA-gener
•icke-transkriberade spacers
Transkription av rRNA-gener
18
Processning av pre-rRNA
1
2
snoRNA:s
19
Ribosome-assembly
KÄRNANS STRUKTUR VID
CELLDELNING
•
•
•
•
öppen eller stängd mitos
kärnmembran
kromosomkondensation
reformering av kärnor
20
Stängd och öppen mitos
Kärnan vid mitos
21
Nuclear Lamina fosforyleras
- fria dimerer
Kärnmembranet bildar vesiklar
22
Återskapande av kärnan
23
Återbildning av kärnmembran
Kromosom-dekondensering
selektiv import av kärnproteiner
Kärnan under mitos
24
SAMMANFATTNING
• cellkärnan
– Hölje, transport till och från kärnan
– intern organisation, ribosomproduktion
– Kromatin, kromatinstruktur, genreglering
– Kärnan vid celldelning
Ex på tentafrågor
• a) Beskriv strukturen/utseendet av det nukleära por-komplexet. Rita
med förklarande text.
• b) Beskriv hur importen av ett nukleärt protein via nukleära porer
sker. Rita med förklarande text
• DNA föreligger inte naket i cellkärnan, utan inbäddat i chromatin
– a) Nämn en strukturell skillnad mellan DNA som föreligger som
euchromatin respektive heterochromatin
– b) Nämn en funktionell skillnad mellan DNA som i en viss celltyp
föreligger som euchromatin respektive som heterochromatin
• Kärnan har olika funktionella områden, ett är nucleolus. Vad sker i
nucleolus (kortfattat svar)?
25
Instuderings-uppgift
• Vad är epigenetics (kort beskr. <5rad).
Fokusera på den enskilda cellen
• Redogör för huvudsakliga epigenetiska
mekanismer (med dagens föreläsning i
bakhuvudet)
• Finns det någon sjukdom som beror på
epigenetisk snarare än genetisk förändring
26
