A sejtmag szerkezete és működése és működéseI. Dr. habil. Kőhidai László SE, Genetikai, Sejt- és Immunbiológiai Intézet 2008.
Robert Brown ( ) A sejtmag leírója (1833) Theodor Schwann ( ) Matthias Schleiden ( ) A sejttan megalkotói ( )
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 m
A sejtmag szerkezete 2. Maghártya Interkromtain állomány mag mátrix-fibrilláris elemek magnedv (nukleoplazma) magváz makromolekula komplexek Magpórus Magvacska Kromatin állomány (DNS+fehérje) heterokromatin eukromatin
Sejtmagmembrán kettős membrán eltérő összetétel külső membrán dER (riboszómák) perinuklearis tér belső membrán váz elemek kromatin
cytochemistry.net/cell-biology/Medical/03_005.jpg (TEM) Magpórusok (fagyasztva törés)
Csatornák: 1 db centrális 8 db perifériás Magpórusok
Magpórus szerkezete Több mint 100 nukleoporin fehérje (Nups) Gyűrűs szerkezet citoplazmatikus gyűrű nukleáris gyűrű (+ belső küllő gyűrű és luminális gyűrű) Citoplazmatikus oldalon filametumok és partikulumok Magi oldalon ketrec ill. kosárszerű struktúra
A magpórusok molekuláris összetétele Nup = nukleoporin Kb féle Nup
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 A nuklearis transzport jellemzése
Anyagok transzportja a magmembránon keresztül keresztül Proteinek – transzkripció Proteinek – replikáció Proteinek – riboszóma alkotórészei Riboszóma mRNS tRNS
Nuklearis lamina (fibrosus lamina, lamina fibrosa)
A nuklearis lamina felépítése
Lamin A B C Perinukleáris heterokromatin A laminok szerepe a nukleáris lamina felépítésében
Nuklearis lamina és a magmembrán ciklus
Kromatin állomány és szerveződése 2 m Emberi sejtmagban kb. 2 m hosszú DNS
Kromatin állomány szerveződése Heterokromatin Kompakt szerkezet Inaktív Perinukleáris h.k. Fakultatív - átiródhat Konstitútív - nem íródik át Eukromatin Laza szerkezet Aktív átíródik
Kromatin alapszerkezet: nukleoszóma DNS kettős spirál és a hisztonok alkotják Hisztonok: bázikus fehérjék (arginin és lizingazdag) H1 5 osztályuk van: H1, H2A, H2B, H3 és H4 Hiszton korong(oktamer): 8 hiszton molekulából álló (2*4) 2 csavarulatban 146 bázispárnyi DNS tekeredik rá H1 molekula 2 korong között kb. 60 bp linker régió + H1 molekula nukleoszomális hisztonok 1 sejtmagban kb. 25 millió nukleoszóma van
Kromatin állomány szerveződése szolenoid hurok struktúrakromatin köteg kromoszóma nukleoszóma
Hiszton Acetilálás Histone acetyl transferase= HAT Hiszton-szintű szabályozás
Nukleoszóma szerkezet átalakítása és helyreállítása Hiszton acetiláció (HAT) - Hiszton deacetiláció (HDA = histone deacetylase) Hiszton-szintű szabályozás 2.
Metiláció – hiszton vagy DNS esetében rendszerint kikapcsolás Acetiláció – hiszton esetében rendszerint a gént bekapcsolja Foszforiláció – gének esetében nem egyértelmű a hatása Hiszton-szintű szabályozás 3
Nucleolus = Sejtmagvacska
Magvacska FC/ pars amorpha Kevéssé elektrondenz fibrilláris centrum rDNS: több kópia, átírás 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 komplex
Kromoszóma territóriumok a sejtmagban Kromoszóma territóriumok a sejtmagban
Kromoszóma territórium - egy adott kromoszóma a sejtmag egy adott régiójában található
1.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) Kromatin átrendeződés - remodelling
Nuklearis matrix
A nukleáris lamina „megbetegedése” - Progeria- - Progeria - Lamin A gén mutációja Lamin A-CAAX farnesyleződése sejtmag kóros morfológia heterokromatin dezorganizáció károsult DNS hibajavítás Felgyorsult öregedés