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