Envoltório Nuclear - Resumo PDF

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Envoltório Nuclear – Resumo Em inglês, o termo nuclear envelope tem sido empregado para designar esta complexa estrutura que delimita o núcleo celular. Em nosso idioma, parece que envoltório nuclear é o termo mais adequado, por expressar a complexidade apresentada por esta organela e sua participação na estrutura e fisiologia nuclear. A compartimentalização do material genético é uma das características principais das células eucarióticas e esta parece ser a função primordial do envoltório nuclear, porém, outras funções têm sido descobertas. Assim, pode-se atribuir ao envoltório nuclear papeis na separação dos processos de transcrição de RNA e de tradução que acontecem no citoplasma; na organização espacial do material genético no interior do núcleo; na determinação da forma e proteção mecânica do conteúdo nuclear; deixando-o menos sujeito aos movimentos celulares ou do citoplasma. O envoltório nuclear também representa uma barreira seletiva, criando diferenças na distribuição de proteínas e íons entre núcleo e citoplasma. Esta função depende de trocas entre núcleo-citoplasma obrigatórias à vida celular, existindo mecanismos de importação-exportação de componentes produzidos em um dos compartimentos e destinados ao outro. Uma outra característica do envoltório nuclear já notada é sua desintegração e reestruturação durante o ciclo celular, dois eventos regulados pelos mecanismos de divisão celular. A complexidade do envoltório nuclear já era notada pela identificação do conjunto de duas membranas, do próprio espaço delimitado por elas (espaço perinuclear), dos pontos de poro e da presença de uma lâmina densa nuclear.

As membranas nucleares e o espaço perinuclear

O envoltório nuclear é composto por duas membranas que delimitam o espaço conhecido como perinuclear. Essas membranas fundem-se em interrupções canalisadas, denominadas complexo de poro. Existe uma grande similaridade entre a membrana nuclear externa e o retículo endoplasmático. Essa similaridade é indicada pela presença de poliribossomos aderidos à sua superfície, sugerindo a existência dos mesmos compostos relacionados à ancoragem dos ribossomos. Essa semelhança ainda é reforçada pela existência e

continuidades entre a membrana nuclear externa e a membrana do RE o que garante a continuidade do espaço perinuclear com a luz do RE.

Por outro lado, a membrana nuclear interna apresenta características únicas de associação com a lâmina nuclear e com a cromatina do cromossomo. Essa membrana apresenta componentes fundamentais à estruturação nuclear, principalmente por apresentar receptores para componentes de lamina nuclear e por ancorar compostos proteicos. Dentre as proteínas intrínsecas da membrana nuclear interna, existe a p58 (também conhecida como receptor para lâmina b) várias outras proteínas que conectam a membrana nuclear como LAP e emerina. Das funções das proteínas associadas a membrana nuclear interna, destacam-se aquelas que estão relacionadas à ligação com a lamina nuclear e as interações com a cromatina, além do envolvimento na formação do envoltório nuclear.

Estrutura e composição:

ME: lipoproteica, ribossomos associados, continuidade com RER; contém proteínas intrínsecas para ancoragem de ribossomos;

MI: lipoproteica; proteínas associadas à lâmina nuclear e cromatina; contém proteínas intrínsecas como p58 (receptor de lamina B); LAPs (proteína associada à lâmina) e emelina (associada a lâmina e cromatina)

O espaço perinuclear geralmente é formado por um distanciamento uniforme entre duas membranas nucleares. Em alguns casos de estímulo hormonal ou de intoxicação por diferentes tipos de drogas, o espaço perinuclear pode se mostrar dilatado ou irregular. Quando por algum motivo o RE apresenta-se dilatado é comum que o espaço perinuclear apresente o mesmo comportamento. Como resultado da conexão entre o espaço perinuclear e o RE, acredita-se que os conteúdos dos dois sejam semelhantes. Assim espera-se encontrar um ambiente altamente redutor, com grande concentração de cálcio e com enzimas e proteínas envolvidas nos processamentos de peptídeos.

Espaço perinuclear: (10-15 nm) Contém cálcio, enzimas, proteínas de sinalização e interação com citoesqueleto (divisão celular) e cromatina.

Os complexos de poros e a permeabilidade nuclear

A superfície do envoltório nuclear é marcada pela presença de poros que correspondem ao ponto de fusão entre membrana nuclear interna e externa. Dada a complexidade dessas estruturas, no que concerne aos aspectos composicionais, estruturais e funcionais, elas são denominadas complexos de poro. Os complexos de poro, por onde é efetuado o transporte de proteínas, RNA e suas combinações através do envoltório nuclear. O modelo mais comum proposto para organização dos complexos de poro, foi sempre aparente a distribuição circular em simetria octagonal de partículas, as vezes tidas como globulares, as vezes tidas como bastonetes. Essas partículas se lançam nos dois lados do envelope nuclear e os aspectos globulares aparentemente resultam de artefatos oriundos do processamento da microscopia eletrônica.



30 tipos de proteínas (nucleopurinas): do canal, do esqueleto e do anel de membrana.;



Estrutura octagonal em anel;



Cada CP pode transportar 1000 moléculas por segundo;



Número de CP: 3000 a 4000 em uma célula típica de mamífero.

Acredita-se que o complexo de poro possui cerca de 100 proteínas diferentes associadas entre si na formação da sua estrutura e na execução de suas funções. Uma característica comum a algumas proteínas é a presença de resíduos N-acetilglicosamina ligados a resíduos de serina. Uma função importante do complexo de poro, geralmente pouco considerada, é a participação dessas na compartimentalização das proteínas intrínsecas da membrana nuclear, mantendo os ambientes típicos da membrana interna e externa e da própria membrana associada ao complexo do poro.

O transporte através dos Complexos de Poro

Após a identificação dos complexos de poro, passou-se a acreditar que partículas de pequeno tamanho passam livremente através do envoltório nuclear. O limite desse tamanho seria ditado não pelo diâmetro do poro, mas pelos componentes fibrilares que se estendem em direção ao centro. Alguns experimentos, utilizando íons ou solutos de baixa massa molecular, demonstraram que partículas com até 4,2 kDa difundem-se passivamente através do envoltório nuclear. Na década de 60, descobriu-se que o envoltório nuclear constituía uma barreira a passagem de íons. Reforça-se a ideia da existência de um mecanismo de controle de concentrações iônicas associados ao envelope nuclear. O transporte de macromoléculas é dependente basicamente as trocas que acontecem no complexo de poro. Proteínas e RNA são transportadas à custa de gasto de energia através dessas estruturas.

Transporte núcleo – citoplasma



Difusão: íons, água e pequenas moléculas;



Regulado: o Importação de proteínas (histonas, RNA, DNA) o Exportação de proteínas (proteínas, RNAt, ribossomos, RNAm)

A translocação de componentes na direção nuclear ocorre em um processo de duas etapas. A primeira corresponde à ligação com o complexo de poro e a segunda, à translocação propriamente dita através do canal. Como mencionado, macromoléculas maiores que o diâmetro do poro são também translocadas, sofrendo modificações conformacionais necessárias que ocorrem com gasto de energia. A existência desse sistema de duas etapas é confirmada pela demonstração de que a depleção de energia impede a translocação do material, mas não a sua ligação com o envoltório nuclear. O transporte de proteínas citoplasmáticas para o núcleo depende da existência de uma sequência de localização nuclear (NLS, nuclear localization sequence) que corresponde a um conjunto de aminoácidos de caráter básico que são reconhecidos por receptores

citoplasmáticos,

conjuntamente

denominados

importinas,

e

então

direcionados ao complexo de poro o que garante a sua internalização.

Transporte: difusão e mediado por sinal

- até 60 KDa: pode passar livremente pelo canal de 9 nm do CP e pelos pequenos canais laterais: difusão:

- maiores do que 60 KDa: regulado, depende de um sinal de endereçamento, abre canal: mediado por sinal.

Sequencias sinais

Pode ser uma pequena sequencia continua de aminoácidos interna nas estruturas primarias das proteínas ou um “domínio” da estrutura secundária ou terciária formado por aminoácidos localizados em várias posições na estrutura primária da proteína.

Para que serve o sinal na proteína?

Para que a proteína seja reconhecida por receptores específicos que se ligam a ela e a direcionam (guiam) ao seu destino.

Receptores

Receptores (carioferinas) de importação – importina Alguns dos mecanismos reguladores da translocação de proteínas residem na exportação ou bloqueio dessas sequencias, que pode ocorrer por alterações na conformação da proteína, promovidas por modificações pós-traducionais ou associação com fatores específicos. Em outras situações, a sequência pode ser apenas estrutural e não reside necessariamente na sequencia primária da proteína. Além disso, algumas proteínas podem também ser transportadas para o interior do núcleo sem possuir a NLS, atingindo o núcleo por interações com outras proteínas.

Para que uma proteína seja transportada do citoplasma para o núcleo, ela deve conter uma sequência sinal (NLS) que identifica a proteína que deve ser levada para o núcleo. No citoplasma, há receptores que apresentam afinidade com a sequência sinal e se ligam a elas. No caso da entrada da proteína para dentro do núcleo, o receptor é a importina. O complexo (proteína + receptor) será reconhecido pelas fibrilas do complexo de poro. As nucleopurinas avaliam essa passagem, realizando abertura do poro. Uma vez dentro do núcleo, o complexo é dissociado e a importina é atraída a Ran-GTP, sendo expulsos do núcleo. Quando estes são despejados no citoplasma, eles se dissociam pela ação da Ran-GAP que hidrolisa a Ran-GTP em Ran-GDP + P. O Ran-GDP volta para o núcleo e lá é fosfatado pela RAN-GEF em Ran-GTP.

O complexo proteína e importina, após ser translocado para o núcleo, é desfeito pela associação com uma proteína denominada Ran-GTP. Essa molécula associa-se à importina, desfazendo o complexo. A dupla importina – Ran-GTP segue para o citoplasma. No citoplasma, o GTP é hidrolisado a GDP e o complexo se desfaz, disponibilizando a importina para um novo ciclo de transporte para o interior do núcleo. Outros mecanismos atuam no controle de tráfego de material no sentido núcleocitoplasma. No caso do transporte de RNA, a complexação com proteínas é

fundamental, sendo que somente os complexos RNA-proteínas translocados para o citoplasma. No núcleo, ocorrem várias etapas de processamento e controle de qualidade dos diferentes tipos de RNA, antes que eles adquiram a estrutura adequada para serem transportados para o citoplasma. Neste caso, a retenção de moléculas imaturas no núcleo tem grande importância. O RNA 5S só é transportado para o citoplasma após a sua ligação com a proteína ribossomal L5 ou com o fator TFIII de transcrição do gene. Além disso, é necessária também a associação com uma classe de proteínas denominadas exportinas. A RAN-GTP também está envolvida nesse processo. No caso dos RNAm, as nucleopurinas interagem com a cauda poli-A para que elas sejam transportada para o citoplasma

Transporte de RNAm

- RNAm é muito grande para passagem pelo CP. Não usa RAN-GTP, usa ATP para dissociar exportina no citoplasma

RNAm  Algumas proteínas removidas Receptor de exportação se associa com as nucleopurinas. Extremidade 5’ começa a passar  Remoção do receptor de exportação com o auxílio de helicase (ATP).



Após ser sintetizada a fita de RNA recebe uma capa 5’ e uma cauda poli-A na parte final 3’. Essas modificações indicam que a fita está pronta e completa. Dentro do núcleo existem vários fatores que atuam como sinais e se ligam a fita de RNAm, sinalizando que ela pode ser exportada pelo núcleo. Esses sinais são os NES (exportação). Estes iram se ligar as exportinas para que sejam reconhecidos pelo complexo de poro e passem por meio dele. Para que a fita de RNA passe pelo poro, ela precisa de uma alongação. Para isso, a fita é revestida com a ajuda de proteínas que se ligam a ela mudando a sua conformação.

Tanto a importação quanto a exportação pelo complexo de poro dependem de uma maior concentração no núcleo de moléculas de GTP.

A lâmina nuclear

A lâmina nuclear corresponde a uma estrutura eletrodensa de espessura variável e justaposta a estrutura interna do envoltório nuclear. A composição da lâmina nuclear é basicamente proteica, com predomínio das laminas nucleares. Essas proteínas pertencem ao grupo dos filamentos intermediários do citoesqueleto.

Rede constituída de proteínas da classe dos filamentos intermediários, denominadas laminas A-C e B, que se ligam as proteínas da membrana interna, do complexo de poro e da cromatina dando forma e estabilidade ao núcleo. 

Lâminas A e C – muito parecidas, porém a lamina A tem aminoácidos a mais;



Lamina B – presa a membrana interna pelo seu radical isopropenil e o receptor p58

Elementos necessários ao transporte mediado por sinal

- Sequencia sinal na proteína a ser transportada: 

Sinal de localização nuclear (NLS) – importação;



Sinal de exportação nuclear (NES) – exportação

- Receptor (importinas e exportinas): reconhece o sinal e se associa a proteína a ser carregada e também as nucleopurinas.

- Ran-GTP e Ran-GDP: seus reguladores Ran-GAP e Ran-GEF No citoplasma Ran-GTP é convertida em Ran-GDP pela Ran-GAP No núcleo Ran-GDP é convertida em Ran-GTP pela Ran-GEF.

Ao final da separação dos lotes cromossômicos na telófase, inicia-se a reestruturação do envoltório nuclear. Evidências demonstram que existe a associação de pequenas vesículas junto a superfície dos cromossomos. Essas vesículas fundem-se umas às outras e reconstituem os envoltórios nuclear. As laminas A são removidas da lamina nuclear por sofrerem fosforilação no ciclo celular. A fosforilação desestabiliza as associações intermoleculares das laminas

entre si. Quando o envoltório precisa ser refeito, são empregadas laminas do tipo A, que foram desfosforiladas também associadas ao ciclo celular. Embora outras proteínas possam estar presentes na associação das vesículas que vão formular o envoltório nuclear com os cromossomos, as laminas apresentam papel fundamental na reestruturação da lamina nuclear e do envoltório como um todo.

A desestruturação do envoltório nuclear no início da divisão celular

Até pouco tempo, comprovou-se que o envoltório nuclear rompe-se inicialmente num ponto localizado na superfície do núcleo o que em associaciação com a desestabilização da lamina nuclear levaria ao rompimento do envoltório...