CELLKÄRNAN Kap 8 i 3rd edtion, kap 9 + fig 16.24, s. 673-675, fig 16.27 i 4th edition Chromatin: S. 150-151, 257-258 3rd edition, 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 •kärnan 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) • små polära molekyler, joner och makromolekyler kan passera (<9 nm) • kontrollerar passage av större molekyler Molekylär trafik genom kärnporer 4 Kärnpor-komplex 5 Selektiv transport av proteiner • Selektiv import • nuclear localization signals Selektiv transport av proteiner • Ran – GTP-bindande protein • importiner och exportiner – känner igen • nuclear localization signals (importins) • nuclear export signals (exportins) 6 Fördelning av Ran/GTP och Ran/GDP över kärnmembranet Proteinimport till kärnan (fel i 3rd ed) Nya rön, RanGDP släpper importin i cytoplasman och åker in via separat väg fel fel fel Fel, fel, fel!!! fel (gamla boken) 7 Proteinimport till kärnan (korrekt) • • • • • • Importin binder ”protein” – går in i nukleus Importin/”protein” binder Ran-GTP i nucleus – ”protein” släpper Importin/RanGTP exporteras GTP defosforyleras av GAP – Importin släpper från RanGDP RanGDP importeras separat (via NTF2, eget importprotein) GDP byts mot GTP utav GEF (i nucleus) Ran GTP/GDP-cykel driver import 8 Export från kärnan aktuell modell 9 Reglering av import – maskering av NLS 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, ini igen 10 Transport av snRNA U1, U2, U4… part of the splicing machinery Ribosom transport 11 INTERN ORGANISATION AV KÄRNAN • genetiska materialet är organiserat spatialt • specifika funktioner lokaliserade till specifika områden • Organisation genom – Kromatin – Lamin-nätverk – proteinkomplex Internt organisation av kärnan 12 ANIMATION Kromatin kromatin - DNA lindat runt nukleosomer (histon-komplex) 13 Kromatin INTERFAS-cell (mellan celldelningar) eukromatin – tillgängligt för transkription i varierande grad heterokromatin – mycket kondenserat – inaktivt – konstitutivt heterokromatin – fakultativt heterokromatin S. 150-151, 257-258 3rd edition,s166-170, 281-283 4th edition. heterokromatin Eukromatin Eukromatin heterokromatin • Eukromatin – 30nm fibrer, loopar och hyper-acetylerade regioner – Kan dekondenseras och transkriberas • Heterokromatin – Tätpackat,”packnings-proteiner” – resistent mot transkription och de-kondensering (dock vid replikation) – Heterokromatin-position ärvs oftast vid celldelning (epigenetics) 14 Utryckta regioner – dekondenserade ”tyst” eukromatin - hårt packade heterokromatin - mkt hårt packade Påverkas av: • Kromatin-remodellerande komplex • Histon-modifieringar – – – – Acetylering (reversibel) Metylering (irreversibel) Fosforylering (reversibel) Ubiquitinering (reversibel) • DNA bindande proteiner Kromatinet måste dekondenseras för att transkription ska ske EU kromatin kan kondenseras och dekondenseras – heterokromatin är mer ”resistent” 15 • Deacetylering och acetylering av histoner (på lysiner) påverkar hur tätt kromatinet är packat – Hypo-acetylerat histoner => TF:s har svårt att komma åt DNA – Hyper-acetylerade histoner => DNA mer tillgängligt för transkription • Transkriptionsfaktorer associerar med co-faktorer som styr acetylering – Histone AcetylTransferase (HAT) eller Histone DeAcetylase (HDAC) Acetylerade histoner binder inte DNA lika hårt runt nukleosomerna (mindre positivt laddade) Deacetylering ger tätt packat kromatin Funktionella områden i kärnan • DNA-replikation • splicing (speckles) • Cajal bodies – RNPrika • PML bodies • nucleolus 16 Funktionella områden i kärnan Replikation splicing Cajal bodies (RNP processing) Nucleolus 17 Nucleolus - ribosomfabrik • rRNA-transkription (18S, 5,8S, 28S-gen) • Ihopsättning av ribosom-subenheter Organisation av nucleolus • nucleolus associerad med generna för 5.8S, 18S och 28S rRNA • olika morfologiska områden: – fibrillar center – dense fibrillar component – granular component • transkription, processning och ribosomassembly 18 Ribosomala RNA-gener •repeterade RNA-gener •icke-transkriberade spacers Transkription av rRNA-gener Processning av pre-rRNA 1 2 19 snoRNA:s Ribosome-assembly 20 KÄRNANS STRUKTUR VID CELLDELNING • • • • öppen eller stängd mitos kärnmembran kromosomkondensation reformering av kärnor Stängd och öppen mitos 21 Kärnan vid mitos Nuclear Lamina fosforyleras - fria dimerer 22 Kärnmembranet bildar vesiklar Kromosomkondensation • H3 fosforyleras vid mitos • kondensin – komplex av 5 proteiner – 2 strukturella subenheter – 3 regulatoriska subenheter • fosforyleras av kinaser, bl.a. Cdc2 23 Återskapande av kärnan 24 reformering av kärnhöljet Kromosomdekondensering selektiv import av kärnproteiner genom kärnporer Kärnan under mitos 25 SAMMANFATTNING • cellkärnan – hölje och transport till och från kärnan – intern organisation, ribosomproduktion – kromatin – 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)? 26 hemuppgift • 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 27