A sejtmag szerkezete és működése I.

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

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

3. Karyogén elmélet Endokaryotikus elmélet A sejtmag – nucleus - kialakulása

4. Genom méretének változása az evolúció során

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

6. 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

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

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

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

10. Magpórusok Csatornák: 1 db centrális 8 db perifériás

11. Magpórus szerkezete Több mint 100nukleoporin 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

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

13. A nuklearis transzport jellemzése • Méret és kémiaijelleg 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

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

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

17. A nuklearis lamina felépítése

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

19. Nuklearis lamina és a magmembrán ciklus

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

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

22. 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

24. nukleoszóma szolenoid hurok struktúra kromatin köteg kromoszóma Kromatin állomány szerveződése

25. Hiszton-szintű szabályozás Hiszton Histone acetyl transferase= HAT Acetilálás

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

27. Hiszton-szintű szabályozás 3 • Metiláció– hiszton vagy DNS esetében rendszerint kikapcsolás • Acetiláció – hiszton esetében rendszerint a géntbekapcsolja • Foszforiláció – gének esetében nem egyértelmű a hatása

28. Nucleolus = Sejtmagvacska

29. FC/ pars amorpha 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)

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

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

32. Kromoszóma territóriumok a sejtmagban

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

34. Kromoszóma territóriumok kapcsolódása a sejtmag egyes részeihez

35. Kromoszóma territóriumok belső szerkezete

36. Kromoszóma territóriumok belső szerkezete

37. Kromoszóma territóriumok A belső szerkezet és az aktivitás viszonya

38. Kromatin helyzetének változásai

39. 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)

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

42. A farneziltranszferáz inhibitor szerepe Progéria FTI Progéria FTI