Biologia Celular e Molecular para Nutrição e Metabolismo RNM 0003

NÚCLEO CELULAR

Vanessa Cristina Arfelli

Doutoranda Laboratório de Investigação Molecular do Câncer – LIMCa

Ribeirão Preto-SP

07.05.18

Qual a importância do

compartimento nuclear? Célula eucariótica animal

Poros nucleares Cromossomos

Nucléolo

Membrana nuclear Cromatina

Núcleo

Características do Núcleo

• Envelope nuclear formado por duas membranas concêntricas;

• Poros que regulam a passagem seletiva de moléculas;

• Contém DNA, organizado em cromatina e formando os cromossomos;

• Contém proteínas, que entre muitas funções ajudam a manter os cromossomos;

• Compartimentos subnucleares com funções definidas.

Processos que ocorrem no Núcleo

• Síntese de DNA (replicação);

• Síntese de RNA (transcrição);

• Processamento de RNA (splicing);

• Montagem das subunidades ribossomais.

A estrutura do núcleo é dinâmica!

Núcleo interfásico Metáfase: núcleo desorganizado

Telófase: núcleo começa a se reorganizar

• Depende da fase do ciclo celular

• Depende do tipo de célula

Envelope nuclear

• Formado por 2 membranas concêntricas:

• Mantido por uma rede de filamentos intermediários.

Membrana nuclear interna: Contém proteínas que servem para ancoragem dos cromossomos e da proteína lamina.

Membrana nuclear externa: Composição semelhante à membrana do RE.

Lâmina nuclear Proteína lamina - filamento intermediário

• Os filamentos intermediários da lâmina nuclear se dissociam e se reagrupam a cada divisão celular.

Funções: Suporte e resistência Sítio de ancoramento da cromatina

• Fosforilação das laminas por kinases - dissociação.

• Desfosforilação – reassociação das laminas.

Lâmina nuclear Proteína lamina - filamento intermediário

Poros nucleares Transporte ativo e seletivo de macromoléculas para o núcleo

• Também permitem difusão de pequenas moléculas; • Transporte bidirecional; • Proteínas são transportadas nas suas conformações nativas; • Subunidades de RNA são transportadas já montadas; • Controle da qualidade do mRNA.

Citoplasma

Proteínas com sinal de localização nuclear - NLS (sequência sinal)

Importação

RNAs recém sintetizados, subunidades ribossomais

Exportação

Núcleo

Poros nucleares Transporte ativo e seletivo de macromoléculas para o núcleo

Micrografia eletrônica

Transporte nuclear Importação • Receptores de importação nuclear

ligam-se ao sinal de localização nuclear

• Interagem com as fibrilas do complexo proteico do poro

• Poro age como um diafragma

Exportação ocorre por um mecanismo semelhante!

GTPase Ran impõe direcionalidade do transporte nuclear Importação

GEFs

GAPs

GTPase Ran impõe direcionalidade do transporte nuclear Exportação

GEFs

GAPs

Recapitulando: transporte nuclear

DNA: principal componente do núcleo

Nucleotídeo

Adenina

O núcleo contém o DNA, a molécula que abriga a informação genética

• Dupla fita – estrutura em hélice estabilizada por pontes de Hidrogênio • Cadeias antiparalelas

DNA : a molécula que contém a informação genética

As bases nitrogenadas não se pareiam ao acaso!

Purinas Pirimidinas

Purinas: 2 anéis A AGua é pura!

Pirimidinas: apenas 1 anel

Arranjo energeticamente favorável

Cadeias antiparalelas : complementariedade -Essencial para a replicação do DNA!

Cada célula humana contém aproximadamente 2 m de DNA. O núcleo celular tem apenas de 5-8 μm de diâmetro.

Como todo esse DNA é compactado???

Cromossomos: o DNA organizado • Permitem a compactação do DNA no núcleo • Organização e acesso a enzimas • Possibilitam a divisão do DNA entre células filhas na divisão celular

1 única molécula linear de DNA

1 cromossomo

Proteínas são responsáveis pela compactação do DNA! DNA + PROTEÍNAS = CROMATINA

Histonas Proteínas cerne do nucleossomo

Cromatina - nível “Colar de pérolas”

• Nucleossomo: primeiro nível de compactação • Histonas : aminoácidos positivamente carregados (lisina e arginina)

Os cromossomos possuem diversos níveis de compactação do DNA

Histona H1

Mantém os nucleossomos unidos na fibra de 30 nm

Fibra de 30 nm é a compactação comumente encontrada nas células em intérfase.

Cromossomos interfásicos e cromossomos mitóticos

Núcleo na intérfase Cromossomos interfásicos (fase do ciclo em que a célula não está se dividindo)

Cromossomos mitóticos Núcleo desorganizado 1- Metáfase 2- Telófase

1

2

Cromossomos mitóticos Estruturas

Telômero

Braço p (curto)

Braço q (longo)

Centrômero

Cromátides irmãs

Cinetócoro

Cariótipo: conjunto de cromossomos de uma espécie

Cariótipo humano 46 cromossomos

Cromossomos interfásicos Eucromatina e Heterocromatina

Heterocromatina : região de cromatina mais compactada, onde os genes não estão sendo transcritos (quiescentes).

Eucromatina: região mais relaxada, contém genes que estão sendo expressos.

A posição de um gene no núcleo muda quando ele é altamente expresso

Cromossomos interfásicos Formação de heterocromatina

• 10% de um cromossomo interfásico em mamíferos – heterocromatina constitutiva • Localiza-se ao redor do centrômero e nos telômeros • Induzida por modificações específicas nas caudas das histonas – recruta proteínas

Cauda N-terminal

Exemplo de heterocromatina constitutiva Cromossomo X – Corpúsculo de Barr

Compartimentos/estruturas/organelas subnucleares

O núcleo não é uma emaranhado de DNA, RNA e proteínas!

Existem compartimentos subnucleares definidos e organizados: Nucléolo, Speckles, Corpos de Cajal, GEMs, Corpos PML.

Nucléolo Sede da síntese de rRNA e montagem das subunidades ribossomais

Nucléolo

• Agrupa as regiões cromossômicas que contêm genes para a síntese de RNA ribossomal; • Genes transcritos pela pol I; •Um único pré-rRNA é clivado para produzir 5.8S, 18S e 28S; • Os rRNAs são agrupados com proteínas ribossomais para formar as subunidades maior e menor.

1-5 por célula

Speckles (grânulos de intercromatina) Reservatório de fatores necessários para o processamento do mRNA

Cortesia: Viviana Loureiro - LIMCa

• Concentra fatores de splicing (proteínas e snRNPs – ribonucleoproteínas) • Encontrados próximos a genes que são muito expressos.

SRSF2 e SF1: Fatores de splicing

Corpos de Cajal (Coiled bodies)

• Caracterizados pela presença da proteína p80-coilina • Biogênese de snRNPs (small nuclear RiboNucleoProteins) • Tráfico de snRNPs e snoRNPs (small nucleolar RNPs)

Imunofluorescência p80-coilina fusionada à GFP

GEMs (Gemini of Cajal bodies)

• Encontrados adjacente aos Corpos de Cajal; • Caracterizados pelas proteínas SMN (Survival of Motor Neurons) e Gemin 2; • Montagem de snRNP; • Mutação em SMN – atrofia muscular espinhal

GEMs sobrepõem-se aos corpos de Cajal.

PML (Promyelocytic Leukemia bodies)

• Parecem ser alvo em infecções virais; • Proteína PML encontra-se fusionada com a proteína receptora do ácido retinóico em leucemia promiolocítica aguda; • Pacientes apresentam PML bodies fragmentados.

Então, o que você aprendeu sobre o

Núcleo Celular???

Abriga a informação

genética, o DNA

Estrutura dinâmica, de

acordo com a fase do ciclo

Compartimentos subnucleares:

Nucléolo, Corpos de Cajal, Gems, PML bodies, Speckles

Eucromatina e Heterocromatina

DNA possui vários níveis de

compactação

Transporte nuclear Ran GTPase

Bibliografia básica

• Bruce Alberts et al. Fundamentos de Biologia Celular. 3ª Edição. Capítulos 5, 15, e 17.

• Estruturas subnucleares:

http://www.abcam.com/index.html?pageconfig=resource&rid=11025&pid=10026

https://clinicalgate.com/nuclear-structure-and-dynamics/