PORE ​​NUCLÉAIRE: CARACTÉRISTIQUES, FONCTIONS, COMPOSANTS - LA BIOLOGIE - 2025

Le pore nucléaire (du grec, pores = passage ou transit) est la "porte" du noyau qui permet la majeure partie du transport entre le nucléoplasme et le cytoplasme. Le pore nucléaire rejoint les membranes interne et externe du noyau pour former des canaux qui servent à transporter les protéines et l'ARN.

Le mot pore ne reflète pas la complexité de la structure en question. Pour cette raison, il est préférable de se référer au complexe de pores nucléaires (CPN), plutôt qu'au pore nucléaire. Le CPN peut subir des modifications de sa structure lors du transport ou des états du cycle cellulaire.

Source: RS Shaw sur Wikipedia anglais.

Récemment, il a été découvert que les nucléoporines, protéines qui composent le CPN, ont un rôle important dans la régulation de l'expression des gènes. Ainsi, lorsque des mutations affectant la fonction des nucléoporines surviennent, des pathologies surviennent chez l'homme, telles que des maladies auto-immunes, des cardiomyopathies, des infections virales et des cancers.

caractéristiques

En utilisant la tomographie électronique, il a été déterminé que le CPN a une épaisseur de 50 nm, un diamètre externe entre 80 et 120 nm et un diamètre interne de 40 nm. Les grosses molécules telles que la grande sous-unité du ribosome (PM 1590 kDa) peuvent être exportées hors du noyau via le CPN. On estime qu'il y a entre 2 000 et 4 000 PNJ par noyau.

Le poids moléculaire d'un CPN individuel est approximativement compris entre 120 et 125 MDa (1 MDa = 10 ⁶ Da) chez les vertébrés. En revanche, le CPN est plus petit chez la levure, dans laquelle il est d'environ 60 MDa. Malgré la taille énorme du CPN, les nucléoporines sont hautement conservées chez tous les eucaryotes.

La translocation via le CPN est un processus rapide, dont la vitesse est de 1000 translocations / seconde. Cependant, le CPN ne détermine pas lui-même la direction du flux de transport.

Cela dépend du gradient de RanGTP, qui est plus important dans le noyau que dans le cytosol. Ce gradient est maintenu par un facteur d'échange de guanine Ran.

Pendant le cycle cellulaire, les CPN subissent des cycles d'assemblage et de démontage. L'assemblage se produit à l'interface et immédiatement après la mitose.

Caractéristiques

L'acide ribonucléique (petit ARN nucléaire, ARN messager, ARN de transfert), les protéines et les ribonucléoprotéines (RNP) doivent être activement transportés à travers le CPN. Cela signifie que l'énergie provenant de l'hydrolyse de l'ATP et du GTP est nécessaire. Chaque molécule est transportée de manière spécifique.

En général, les molécules d'ARN sont remplies de protéines formant des complexes RNP, exportées de cette manière. En revanche, les protéines qui sont activement transportées vers le noyau doivent posséder une séquence signal de localisation du noyau (SLN), possédant des résidus d'acides aminés chargés positivement (par exemple, KKKRK).

Les protéines qui sont exportées vers le noyau doivent avoir un signal d'exportation de noyau (NES) riche en acide aminé leucine.

En plus de faciliter le transport entre le noyau et le cytoplasme, les CPN sont impliqués dans l'organisation de la chromatine, la régulation de l'expression des gènes et la réparation de l'ADN. Les nucléoporines (Nups) favorisent l'activation ou la répression de la transcription, quel que soit l'état de prolifération cellulaire.

Dans la levure, les Nups se retrouvent dans le CNP de l'enveloppe nucléaire. Dans les métazoaires, ils se trouvent à l'intérieur. Ils remplissent les mêmes fonctions chez tous les eucaryotes.

Importation de substances

À travers le CPN, il y a diffusion passive de petites molécules dans les deux sens et transport actif, importation de protéines, exportation d'ARN et de ribonucléoprotéines (RNP) et navette bidirectionnelle de molécules. Ce dernier comprend l'ARN, la RNP et les protéines impliquées dans la signalisation, la biogenèse et le renouvellement.

L'importation de protéines dans le noyau se fait en deux étapes: 1) liaison de la protéine au côté cytoplasmique du CPN; 2) translocation dépendante de l'ATP via le CPN. Ce processus nécessite l'hydrolyse de l'ATP et l'échange de GTP / GDP entre le noyau et le cytoplasme.

Selon un modèle de transport, le complexe récepteur-protéine se déplace le long du canal en se liant, en se dissociant et en se rattachant aux séquences répétées FG des nucléoporines. De cette manière, le complexe passe d'une nucléoporine à une autre au sein du CPN.

Exportation de substances

C'est similaire à l'importation. Ran GTPase applique la directivité sur le transport via CNP. Ran est un commutateur moléculaire avec deux états conformationnels, selon qu'il est lié au PIB ou au GTP.

Deux protéines régulatrices spécifiques de Ran déclenchent la conversion entre les deux états: 1) la protéine activatrice de la GTPase cytosolique (GAP), qui provoque l'hydrolyse du GTP et convertit ainsi Ran-GTP en Ran-GDP; et 2) le facteur d'échange de guanine nucléaire (FEM), qui favorise l'échange du PIB contre le GTP et convertit le Ran-PIB en Ran-GTP.

Le cytosol contient principalement du Ran-GDP. Le noyau contient principalement Ran-GTP. Ce gradient des deux formes conformationnelles de Ran dirige le transport dans la direction appropriée.

L'importation du récepteur, attaché à la cargaison, est facilitée par l'attachement aux répétitions FG. S'il atteint le côté nucléaire du CNP, Ran-GTP rejoint le receveur pour libérer sa position. Ainsi, Ran-GTP crée la direction du processus d'importation.

L'exportation nucléaire est similaire. Cependant, le Ran-GTP dans le noyau favorise la liaison de la cargaison à l'exportation du récepteur. Lorsque le récepteur d'exportation se déplace à travers le pore dans le cytosol, il rencontre Ran-GAP, qui induit l'hydrolyse du GTP en GDP. Enfin, le récepteur est libéré de son poste et Ran-GDP dans le cytosol.

Transport d'ARN

L'exportation de certaines classes d'ARN est similaire à l'exportation de protéines. Par exemple, l'ARNt et le nsARN (petit nucléaire) utilisent le gradient RanGTP et sont transportés à travers le CPN par la carioférine exportine-t et Crm, respectivement. L'exportation de ribosomes matures dépend également du gradient RanGTP.

L'ARNm est exporté d'une manière très différente des protéines et autres ARN. Pour son exportation, l'ARNm forme un complexe de RNP messager (mRNP), dans lequel une molécule d'ARNm est entourée de centaines de molécules de protéines. Ces protéines sont responsables du traitement, du coiffage, de l'épissage et de la polyadénylation de l'ARNm.

La cellule doit être capable de faire la distinction entre l'ARNm avec l'ARNm mature et l'ARNm avec l'ARNm immature. L'ARNm, qui forme le complexe RPNm, pourrait adopter des topologies qui doivent être remodelées pour le transport. Avant que le mRNP n'entre dans le CPN, une étape de contrôle est effectuée par TRAMP et des complexes de protéines d'exosomes.

Lorsque le RNPm mature est assemblé, le RPNm est transporté à travers le canal par un récepteur de transport (Nxf1-Nxt1). Ce récepteur nécessite l'hydrolyse de l'ATP (pas un gradient de RanGTP) pour établir la directionnalité de remodelage du mRNP, qui atteindra le cytoplasme.

Le complexe des pores nucléaires et le contrôle de l'expression des gènes

Certaines études indiquent que les composants CPN pourraient influencer la régulation de l'expression génique en contrôlant la structure de la chromatine et son accessibilité aux facteurs de transcription.

Chez les eucaryotes évolués plus récemment, l'hétérochromatine est préférentiellement située à la périphérie du noyau. Ce territoire est interrompu par les canaux d'euchromatine, qui sont entretenus par le panier nucléaire du CPN. L'association du panier nucléaire avec l'euchromatine est liée à la transcription génique.

Par exemple, l'activation de la transcription au niveau du CPN implique l'interaction des composants du panier nucléaire avec des protéines telles que l'histone SAGA acétyltransférase et des facteurs d'exportation d'ARN.

Ainsi, le panier nucléaire est une plate-forme pour de nombreux gènes domestiques hautement transcrits et des gènes fortement induits par les changements des conditions environnementales.

Le complexe des pores nucléaires et la virologie

L'infection virale des cellules eucaryotes dépend du CPN. Dans chaque cas d'infection virale, son succès dépend de l'ADN, de l'ARN ou du RPN passant par le CPN pour atteindre son objectif ultime, qui est la réplication du virus.

Le virus simien 40 (SV40) a été l'un des modèles les plus étudiés pour étudier le rôle du CPN dans la translocation au sein du noyau. C'est parce que SV40 a un petit génome (5 000 bases).

Il a été démontré que le transport de l'ADN du virus est facilité par les protéines d'enveloppe du virus, qui protègent le virus jusqu'à ce qu'il atteigne le noyau.

Composants

Le CPN est intégré à l'intérieur de l'enveloppe nucléaire et est composé d'environ 500 à 1000 Nups. Ces protéines sont organisées en sous-complexes ou modules structurels, qui interagissent les uns avec les autres.

Le premier module est un composant central, ou anneau, au sein du pore en forme de sablier, qui est limité par un autre anneau de 120 nm de diamètre sur les deux faces, intranucléaire et cytoplasmique. Le deuxième module est le noyau et les anneaux de cytoplasme (120 nm de diamètre chacun) situés autour du composant en forme de sablier.

Le troisième module est constitué de huit filaments qui se projettent de l'anneau de 120 nm dans le nucléoplasme et forment une structure en forme de panier. Le quatrième module est constitué des filaments qui se projettent vers le côté cytoplasmique.

Le complexe en forme de Y, composé de six Nups et des protéines Seh 1 et Sec 13, est le complexe le plus grand et le mieux caractérisé de CNP. Ce complexe est l'unité essentielle qui fait partie de l'échafaudage du CPN.

Malgré la faible similitude entre les séquences des Nups, l'échafaudage du CPN est hautement conservé chez tous les eucaryotes.

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