Nucleo

07/10/14
Nucleo
Organulo più voluminoso (5 µm)
Rapporto Nucleo/plasmatico: indice caratteristico delle cellule somatiche di un
organismo => divisione cellulare
Forma: correlata alla cellula; regolare (fusata, sferica, ellittica...) o irregolare
Posizione: correlata alla funzione (centrale, polare...)
Numero: 1 (maggior parte), 2 o più (sincizi)
Nucleo
Nucleo
Osteoclasto multinucleato
neutrofilo o polimorfonucleato
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07/10/14
Nucleo
Nucleo
Involucro nucleare
Composizione di membrana: Proteine 70 Lipidi 23
Involucro nucleare: sistema doppio di membrane separate, continuo al RER, senza
ribosomi sulla faccia interna
Membrana esterna => proteine RE simili
Membrana interna => proteine integrali specifiche per l’attacco della
lamina fibrosa (nucleoscheletro)
7-9 nm
15-40 nm
7-9 nm
Involucro nucleare
Nucleo
Nucleoscheletro
Nucleo
Lamina fibrosa o nucleare: reticolo di lamìne (Lamine A, B, C)
a ridosso della membrana interna: è responsabile del
mantenimento e della ricostituzione dell involucro nucleare.
Vi aderisce la cromatina
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Nucleo
Nucleoscheletro
Nucleo
Poro nucleare
•  Funzioni di riconoscimento molecolare del traffico nucleo-citoplasma
attraverso i pori nucleari (10-15 nm)
•  Sistema di trasporto a due vie di macromolecole(5-60 kDa), ATP dipendente
depolimerizzazione A e C
(oligo- e monomeri)
cdc2 (Chinasi > fosforilazione)
Ripolimerizzazione
e ri-formazione del
nucleo
Mitosi
B legata
Caspasi
Apoptosi
proteolisi
Poro nucleare
Frammentazione
del nucleo e
morte cellulare
Nucleo
Importine
Esportine
Nucleo
Annulus o complesso del poro (125 nm)
proteine globulari => Nucleoporine (famiglia >
100)
Complesso macromolecolare (120MDa!)
2 anelli (nucleare e citoplasmatico)
1 anello intermedio (colonnare) > 8 subunità
colonnari
8 subunità radiali (annulari) > ancoraggio
> Transporter
componenti fibrillari (fibre citoplasmatiche e
canestro nucleare) > riconoscimento
molecolare
NLS: Nuclear localization signal (sequenze 4-8 aa)
NES: Nuclear exportation signal (sequenze 8-10 aa)
Ran: GTPasi per energia trasporto attraverso il poro
Importine α e β: Transfer citoplasma > nucleo
Esportine: Transfer nucleo > citoplasma
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Nucleo
Traffic
Struttura (nucleo interfasico)
Nucleo
Citoplasma
Struttura (nucleo interfasico)
Nucleo
Cromatina
Nucleo
Cromatina
> DNA e proteine
Nucleolo (1 o più) > RNA e proteine
Matrice nucleare (nucleoplasma)
EU DNA a copia singola: geni strutturali (almeno 2 nella cellula 2n); codifica mRNA
La componente fondamentale è la cromatina:
ETEROCROMATINA ≈90%: condensata, zolle e addensamenti granulo-filamentosi
>>> TRASCRIZIONALMENTE INATTIVA
EUCROMATINA ≈10%: dispersa, filamentosa, poco colorabile
suddivisa in: >>> EUCROMATINA TRASCRIZIONALMENTE INATTIVA (maggior parte)
DNA mediamente ripetitivo: centinaia di copie
rRNA e tRNA, geni strutturali di proteine istoniche, promoters e enhancers
ET DNA altamente ripetitivo: centinaia di migliaia a milioni di copie
sequenze brevi, non codificano RNA; denominato DNA satellite, localizzato in
diverse zone dei cromosomi (eterocromatina costitutiva), centromero e telomeri...
Ruolo? strutturale?
• eterocromatina facoltativa: può trasformarsi in eucromatina ed essere trascritta
• eterocromatina costitutiva: permanentemente inattiva
>>> EUCROMATINA TRASCRIZIONALMENTE ATTIVA
% di eucromatina ed eterocromatina varia a seconda dello stato funzionale della cellula
(attività trascrizionale)
• Centromero: zona di unione dei cromosomi omologhi
• Telomeri: sequenze ripetute alle estremità del cromosoma (contatore mitotico >
cloning)
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Nucleo
Cromatina e DNA
Nucleo
Cromatina: DNA e Istoni
L’aumento di complessità del genoma si accompagna con un aumento del suo grado di organizzazione
Cromatina
DNA
Organizzata in strutture granulari, i nucleosomi (associazione
con istoni)
DNA
Caratteristiche:
Eucarioti
Filamentoso
Stabilità (correzione e riparazione)
Quantità costante (2n > 4n > 2n, n)
Procarioti
Genoforo , unico cromosoma circolare
Cromatina
50.000 geni (mammals)
2.000 – 3.000 geni
180 cm/cell H. sapiens 1.4 mm/ E.coli
Cromosoma
Nucleo
Cromatina: DNA e Istoni
Nucleosomi
H2A, H2B, H3, H4
nucleo istonico del nucleosoma
H1
blocco di chiusura del
rocchetto istonico
Protamine: istoni “leggeri”
dello spermatozoo. Vengono
sostituiti dopo la fecondazione.
Alcuni procarioti possiedono
proteine simil-istoniche
60 bp
≈200 bp
147 bp
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Genoma silente e genoma attivo: istoni e spiralizzazione
Modificazioni post-traduzionali degli istoni
Genoma silente e genoma attivo: istoni e spiralizzazione del DNA
Condensazione
Ubiquitinazione: silenzia?
IPERFOSFORILAZIONE
dell Istone H1 durante
la superspiralizzazione
della cromatina a
formare i cromosomi
ACETILAZIONE
AMINOTERMINALE:
ATTIVA LA CROMATINA
Acetilazione: attiva!
silenzia!
Fosforilazione: silenzia!
cromosoma metafasico: nessuna trascrizione
GBE, July 2014
Diff DNA methyl region
Ecological and Evolutionary Medicine
Copy number variation
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Nucleo
Genoma silente: Metilazione del DNA (5-metil Citosina)
Le regioni di eterocromatina
(hanno DNA iper-metilato
ed istoni deacetilati)
Le regioni di eucromatina
(hanno DNA de-metilato
ed istoni iperacetilati)
Nucleolo
Sede di trascrizione e splicing dei
rRNA ed assemblaggio ribosomi
Corpuscolo sferico il cui numero
varia da 1 a 6
Incrementa in volume in funzione
dell attività di sintesi proteica
Sede di trascrizione e splicing dei
rRNA ed assemblaggio ribosomi
Corpuscolo sferico il cui numero
varia da 1 a 6
Incrementa in volume in funzione
dell attività di sintesi proteica
Nucleolo
40
60
No ha membrana!
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Poliribosoma
Il ribosoma è
costituito per
2/3 da RNA e
per 1/3 da
proteine
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! Un ribosoma contiene 4 siti di legame per
molecole di RNA: uno per l’mRNA e tre
(sito E, sito P e sito A) per il tRNA
Sito A accoglie le triplette da
codificare
Sito P mantiene la sequenza
polipeptidica
Sito E accoglie la tripletta
uscente (exit)
Nucleolo
Costituito da:
Organizzatore del nucleolo
- DNA (organizzatori)
- ≈80 proteine
- RNA pol I e III (45S e 5S)
- nucleolina (trasporto < >)
- snRNP U3
Suddiviso in:
• Componente granulare (pars granularis)
=> Assemblaggio ribosomi
• Componente fibrillare (pars fibrillaris)
=> RNA DNA e proteine
• Cromatina associata al nucleolo o
perinucleolare
Cromatina associata
al nucleolo
Nella componente fibrillare è presente la componente degli
organizzatori del nucleolo, una porzione proveniente da
diversi cromosomi (10 nell’uomo) che scompare nella profase
e si si ricostituisce alla fine della telofase
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Addendum
Proteine non-istoniche
- proteine della matrice nucleare e proteine strutturali legate al DNA e agli
istoni (scaffold)
- proteine contrattili (actina, miosina, α e β tubulina)
- proteine regolatrici trascrizione genica: fattori di trascrizione, enhancers...
(binding a specifiche sequenze DNA)
Addendum
Matrice nucleare: 3 componenti
Lamina nucleare
Reticolo fibronucleare
Residui nucleolari
Nucleoplasma
La matrice nucleare è un network proteico che fornisce una
impalcatura per strutturare e per organizzare la cromatina,
facilitandone nel contempo le attività di trascrizione e replicazione
Le proteine più rappresentate sono le nucleoplasmine e le lamine
La lamina fibrosa contiene anche vimentina ed actina
Il DNA si associa mediante specifiche sequenze alla matrice
- proteine di trascrizione e processamento RNA (RNA pol I, II, III; capping e
poli-A, splicing)
- proteine enzimatiche di duplicazione DNA (replisoma)
- proteine di ricombinazione, riparazione, elicasi, topoisomerasi, ecc.
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