A sejtmag szerkezete és működése I. Dr. habil. Kőhidai László SE, Genetikai, Sejt- és Immunbiológiai Intézet 2017. szeptember 21.

A sejtmag leírója (1833) A sejttan megalkotói (1838-39) Theodor Schwann (1773-1858) Matthias Schleiden (1804-1881) A sejttan megalkotói (1838-39) A sejtmag leírója (1833) Robert Brown (1773-1858)

A sejtmag – nucleus - kialakulása Karyogén elmélet Endokaryotikus elmélet

Genom méretének változása az evolúció során

Kompartmentalizáció Transzkripció és transzláció elkülönül Bonyolult és időben jobban elválasztott szabályozó mechanizmusok kialakulása

A sejtmag szerkezete 1. Helyzete: - sejt centrumában - sejt funkcióját követően (ld. mirigyek, hcs. izom) Száma: - 1 – 2 - sok Alakja: - gömb - lapított - pálcika - karéjozott - füzér Mérete: 5-10 mm

A sejtmag szerkezete 2. Maghártya Kromatin állomány (DNS+fehérje) heterokromatin eukromatin Interkromtain állomány mag mátrix-fibrilláris elemek magnedv (nukleoplazma) magváz makromolekula komplexek Magvacska Magpórus

Sejtmagmembrán kettős membrán eltérő összetétel külső membrán  dER (riboszómák) perinuklearis tér belső membrán  váz elemek kromatin

Magpórusok (fagyasztva törés) cytochemistry.net/cell-biology/Medical/03_005.jpg (TEM) Magpórusok (fagyasztva törés)

Magpórusok Csatornák: 1 db centrális 8 db perifériás

Magpórus szerkezete Több mint 100 nukleoporin fehérje (Nups) Gyűrűs szerkezet citoplazmatikus gyűrű nukleáris gyűrű (+ belső küllő gyűrű és luminális gyűrű) Magi oldalon ketrec ill. kosárszerű struktúra Citoplazmatikus oldalon filametumok és partikulumok

A magpórusok molekuláris összetétele Kb. 50-100 féle Nup Nup = nukleoporin

A nuklearis transzport jellemzése Méret és kémiai jelleg szerinti szelektív kapu-transzport <5 kDa – gyors bejutás 17 kDa – kb. 2 min. >60 kDa – nem jut be AZONBAN Bejut: RNS polimeraáz, DNS polimeráz (300 kDa), kb. 100 hiszton /min /per pórus Kijut: riboszóma alegységek (30 nm) 10 min/ pórus. Egyes molekulák komplex szerkezeti formában, mások elongáltan kerülnek ki/be. A transzport résztvevői: Szállítómolekulák- karioferinek Szállított molekulákon felismerő szignál NLS vagy NES) a magpórus nukleoporin fehérjéi Ran fehérje

Anyagok transzportja a magmembránon keresztül Proteinek – transzkripció replikáció riboszóma alkotórészei Riboszóma mRNS tRNS

(fibrosus lamina, lamina fibrosa) Nuklearis lamina (fibrosus lamina, lamina fibrosa) www.med.cam.ac.uk/.../principles/cs/cs.htm1.jpg

A nuklearis lamina felépítése

A laminok szerepe a nukleáris lamina felépítésében Lamin A B C Perinukleáris heterokromatin

Nuklearis lamina és a magmembrán ciklus

Kromatin állomány és szerveződése Emberi sejtmagban kb. 2 m hosszú DNS

Kromatin állomány szerveződése Eukromatin Laza szerkezet Aktív átíródik Heterokromatin Kompakt szerkezet Inaktív Perinukleáris h.k. Fakultatív - átiródhat Konstitútív - nem íródik át

Kromatin alapszerkezet: nukleoszóma DNS kettős spirál és a hisztonok alkotják Hisztonok: bázikus fehérjék (arginin és lizingazdag) 5 osztályuk van: H1, H2A, H2B, H3 és H4 nukleoszomális hisztonok Hiszton korong(oktamer): 8 hiszton molekulából álló (2*4) 2 csavarulatban 146 bázispárnyi DNS tekeredik rá 2 korong között kb. 60 bp linker régió + H1 molekula 1 sejtmagban kb. 25 millió nukleoszóma van

Kromatin állomány szerveződése nukleoszóma szolenoid hurok struktúra kromatin köteg kromoszóma

Hiszton Hiszton-szintű szabályozás Histone acetyl transferase= HAT Acetilálás

Hiszton-szintű szabályozás 2. Nukleoszóma szerkezet átalakítása és helyreállítása Hiszton acetiláció (HAT) - Hiszton deacetiláció (HDA = histone deacetylase)

Hiszton-szintű szabályozás 3 Metiláció – hiszton vagy DNS esetében rendszerint kikapcsolás Acetiláció – hiszton esetében rendszerint a gént bekapcsolja Foszforiláció – gének esetében nem egyértelmű a hatása

Nucleolus = Sejtmagvacska

Magvacska FC/ pars amorpha DFK/ pars fibrosa DGK/ pars granulosa Kevéssé elektrondenz fibrilláris centrum rDNS: több kópia, átírás Magvacska DFK/ pars fibrosa Erősen elektrondenz fibrilláris komponens Pre-rRNS módosítás DGK/ pars granulosa Közepesen elektrondenz granuláris komponens rRNS és riboszómális fehérjék összeszerelése Nac = nukleolusz asszociált kromatin (PCh = pars chromosoma)

Kromoszóma territóriumok kialakulása telomer „szigetelő” protein komplex kromatin-szál organizáló multiprotein

Nuklearis matrix www.umanitoba.ca/.../Research_fig6.jpg

Kromoszóma territóriumok a sejtmagban

Kromoszóma territórium - egy adott kromoszóma a sejtmag egy adott régiójában található

Kromoszóma territóriumok kapcsolódása a sejtmag egyes részeihez

Kromoszóma territóriumok belső szerkezete

Kromoszóma territóriumok belső szerkezete

Kromoszóma territóriumok A belső szerkezet és az aktivitás viszonya

Kromatin helyzetének változásai

Kromatin átrendeződés - remodelling Nukleoszóma szerkezet megbontása történhet olyan fehérjékkel amelyek letekerik a hurkokat Pl. HMG proteinek (HMG= high motility group) olyan transzkripciós faktorokkal, amelyek ezeket a helyeket ismerik fel és bekötődnek 2. Transzkripció 3. Nukleoszóma szerkezet helyreállítása Hiszton acetiláció (HAT) Hiszton deacetiláció (HDA = hiszton deacetiláz)

140 orvosilag dokumentált eset Incidencia - 1:4 millió 7x gyorsabb öregedés

A nukleáris lamina „megbetegedése” - Progeria ~ Hutchinson–Gilford szindróma - Lamin A gén mutációja Lamin A-CAAX tartós farnezileződése sejtmag kóros morfológia heterokromatin dezorganizáció károsult DNS hibajavítás Felgyorsult öregedés

A farnezil csoport szerepe - 1

A farnezil csoport szerepe - 2

A farnezil transzferáz inhibitor szerepe Progéria FTI Progéria FTI