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IL NUCLEO, LA CROMATINA, L'INVOLUCRO NUCLEARE, IL NUCLEOLO, Il…
IL NUCLEO
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Esso è una struttura dinamica: nell’intervallo tra due
divisioni cellulari è delimitato da una doppia membrana ed è ripieno di una sostanza colorabile
con coloranti basici, denominata cromatina.
La cromatina è costituita da DNA associato a diverse proteine e
da RNA in quantità variabili. Le proteine associate al DNA si dividono in due gruppi:
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L’interno del nucleo è strutturato in maniera molto precisa, in modo da garantire il
massimo dell’efficienza dei diversi processi genetici.
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L’interno del nucleo è sostenuto da una sottile impalcatura
proteica fibrosa detta matrice nucleare, simile al citoscheletro citoplasmatico.
Essa svolge sia un ruolo di sostegno del nucleo sia
nell’organizzazione del nucleo, interagendo con la cromatina.
Specifiche sequenze di DNA, denominate «Scaffold/Matrix
Attachement Regions (S/MAR), rappresentano le regioni del Ch che entrano in contatto con la matrice nucleare.
Le sequenze S/MAR hanno una lunghezza di 300- 1000 bp,
sono ricche in A-T e combinandosi con le pt della matrice Scaffold attachment factor (SAF-A e SAF-B) formano delle
anse di DNA, o domini strutturali (strutture altamente dinamiche).
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Contiene l’informazione genetica, suddivisa fra più
molecole lineari di DNA, indicate come cromosomi.
È presente in tutte le cellule eucariotiche. Oltre a rappresentare il luogo di deposito di quasi
tutta l’informazione genetica, è il centro di controllo dell’espressione genica.
LA CROMATINA
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La cromatina è composta da DNA (40%), proteine (57%, di cui il 44% è dovuto a pt
istoniche e il 13% a pt non istoniche) ed RNA (3%).
Il genoma di una cellula eucariotica aploide (spermatozoo o cellula uovo)
consta di 3,2x 109 b.p.; questo DNA sarebbe lungo circa 1,7 m (entità doppia in una cellula somatica) mentre il diametro nucleare è dell’ordine di 5μm.
Come è possibile immagazzinare in uno spazio ristrettissimo molecole così lunghe
e sottili? E come viene garantito al macchinario l’accessibilità alle diverse porzioni del genoma?
Nel nucleo, la doppia elica di DNA che costituisce ciascun cromosoma è associato
a pt istoniche e a pt non istoniche.
Le pt istoniche svolgono funzioni sia strutturali, sia regolatorie dell’attività
trascrizionale e dell’organizzazione di strutture di cromatina compatte.
Gli istoni sono Pt. Conservate, dotate di carica
positiva per la presenza di aa basici, Lys, Arg e His.
Si distinguono 2 classi di istoni, le cui sequenze aa sono altamente conservate durante
l’evoluzione:
Istoni di I classe: H2A, H2B, H3 e H4;
Gli istoni di I classe, H2A, H2B, H3, H4, presenti in duplice copia, formano la «particella core»
del nucleosoma e presentano:
un motivo strutturale comune «il ripiegamento istonico» (HFD) che media il legame
istone- istone, ed è costituito da 3 segmenti ad α elica, connessi da due anse (L1 e L2);
Una coda all’estremità N-terminale, che si estende all’esterno della particella core ed è
sede di numerose modificazioni post- traduzionali. Essa interagisce con il DNA (35- 40 basi) e con i nucleosomi adiacenti.
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Istoni di II classe: H1.
L’istone H1 è presente in singola copia; mostra variabilità con
isoforme tessuto-specifiche; non è parte integrante della particella core, ma si posiziona al di sopra del nucleosoma.
Esso presenta:
Un dominio globulare centrale (WFD), che interagisce con il
DNA, all’entrata e all’uscita del nucleosoma;
Due lunghe code all’estremità C- ed N- terminale, che,
interagendo con il DNA linker, ne neutralizzano le cariche elettriche.
L’istone H1 avrebbe:
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una funzione di protezione del DNA, soprattutto durante la
fase di disassemblaggio dei nucleosomi.
Sono presenti anche varianti istoniche (cenH3, H3.3, H2A.X, etc.;) che svolgono un ruolo
importante nella regolazione della funzione del DNA.
Gli istoni sono prodotti durante la fase
S in maniera coordinata alla replicazione del DNA, mentre le
varianti indipendentemente dal ciclo cellulare.
Essi sono sintetizzati a patire da copie
multiple del gene, organizzate in cluster e intersperse con altri geni
accoppiati alla replicazione.
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il complesso di importazione nucleare: pt CAF-1/istoni, una volta nel nucleo, l’istone interagisce con
H3.3 e con un fattore, il PCNA a livello della forca replicativa
gli istoni parentali sono distribuiti casualmente nei cromatidi fratelli mentre i nuovi istoni mostrano
una «segregazione fedele».
L’interazione fra istoni e DNA è dovuta alla
formazione di legami ionici fra le cariche negative dei gruppi P del DNA e quelle positive
dei residui di Arg, Lys, His.
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Le pt non istoniche sono molto variabili, sia per quantità che per qualità e
comprendono enzimi e fattori indispensabili per il coinvolgimento delle funzioni associate al DNA, quali:
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L'INVOLUCRO NUCLEARE
Il nucleo interfasico è delimitato dall’
involucro nucleare, costituito da due membrane concentriche, una esterna e una
interna, separate da uno spazio perinucleare (30 nm) in continuità con il lume del RE.
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Lamina nucleare consiste di una rete di
filamenti intermedi (30-80 nm), strettamente apposta alla membrana
nucleare interna. Essa sostiene l’involucro nucleare e funge da sito di attacco dei
telomeri durante la meiosi.
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In base alla sequenza amminoacidica, alle
proprietà biochimiche e al loro comportamento, le lamine si suddividono
in:
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Lamine di tipo B, essenziali per la
vitalità cellulare, subiscono modifica post- traduzionale con aggiunta di un
gruppo isoprenilico. Quest’ultimo media l’attacco diretto alla membrana
nucleare interna, durante l’interfase e permette loro di rimanere legate alla
membrana durante la divisione cellulare.
Il legame delle lamine B all’involucro nucleare è mediato dalle pt LBP (pt integrali e
perifieriche). Le più importanti sono: LAP1, LAP2, emerina, LBR, nesprina e MAN1.
All’inizio della mitosi, il disassemblaggio della
lamina nucleare è promosso dal complesso ciclina B/Cdk1 che fosforila le lamine:
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L’interazione tra DNA e lamina nucleare è importante non solo nel controllo dell’espressione
genica, ma anche per mantenere l’integrità del genoma.
Le laminopatie costituiscono un gruppo di patologie ereditarie causate da mutazioni del
gene che codifica per la lamina A e C.
Le laminopatie comprendono,
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IL NUCLEOLO
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Oltre ad essere una fabbrica di ribosomi, esso
regola la disponibilità di ≠ pt, quali Mdm2 (legante p53) e Cdc14 (una fosfatasi).
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