núcleo interfásico

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O NÚCLEO INTERFÁSICO
1. Considerações iniciais 
A presença de um núcleo distingue os eucariontes dos procariontes. Tal região abriga o genoma da célula, que por sua vez representa o depósito de informação genética e o centro de controle celular; 
Esse isolamento do material genético implica outras diferenças: em procariontes, a transcrição e a tradução proteica ocorrem simultaneamente no citosol, enquanto em eucariontes tais processos ocorrem separadamente, a transcrição no núcleo e a tradução nos ribossomos (livres ou aderidos ao RER). Isso permite, por exemplo, a seleção de porções dos segmentos transcritos para tradução (splicing). A presença de um núcleo permite que a expressão gênica seja regulada por mecanismos posteriores à transcrição, tais como o splicing alternativo.
Vantagens evolutivas consequentes de um núcleo organizado: 
Proteger o genoma, por exemplo, de ataques químicos de proteínas;
Permitir níveis adicionais na regulação da transcrição e tradução gênicas (bidirecionalmente);
Permitir a evolução de genes estruturalmente complexos.
2. Estruturas do núcleo – Envelope nuclear 
Composto por membrana dupla (4 camadas lipídicas ao todo), o envelope nuclear propicia o isolamento do núcleo e a seleção por poros dos compostos que o adentram ou dele saem. O envelope nuclear é constituído de uma dupla membrana, lâmina nuclear e poros. Permite que no núcleo ocorram processos bioquímicos distintos dos presentes no citoplasma.
Barreira funcional;
Contínua com o RE, tanto na membrana quanto nos lúmens. Nota: a composição lipoproteica das membranas interna e externa apresenta diferenças;
Membrana externa é funcionalmente similar ao RER;
A membrana externa é contínua ao retículo endoplasmático e apresenta a mesma composição lipoproteica desse (inclusive ribossomos aderidos); a membrana interna, por outro lado, apresenta composição distinta; 
O envelope participa do transporte nuclear de substâncias. Moléculas pequenas e apolares se difundem livremente pelas 4 camadas lipídicas. Moléculas pequenas polares e macromoléculas atravessam as membranas por poros, que são proteínas transmembrana; 
Unida à membrana interna, encontra-se a lâmina nuclear, uma rede de filamentos intermediários que fornece suporte ao núcleo, possibilitando a manutenção de sua forma. 4 tipos de proteínas (laminas) a compõem: A, B1, B2, C; 
As laminas (não lâmina) podem se polimerizar em filamentos: a associação primária ocorre na forma de dímero, com enrolamento entre as regiões alfa-hélice dos monômeros. Os polímeros associam-se com a membrana interna por meio da adição de lipídios na cadeia peptídica (prenilação) e interação entre proteínas da membrana interna e laminas; modificações estruturais permitem inserções na membrana.
Vale mencionar que regiões mais frouxas da lâmina apresentam interações entre a cromatina e as laminas. Há projeções da trama para o interior do núcleo, fornecendo suporte à cromatina.
A fosforilação das laminas na divisão celular (prófase) promove a despolimerização das laminas, acabando com a integridade do envelope nuclear.
3. Estruturas do núcleo – Complexo de poro nuclear 
Os poros nucleares são as únicas estruturas que permitem tráfego de íons e macromoléculas entre o citoplasma e o nucleoplasma. Atuantes únicos no transporte de íons e moléculas pelo envelope nuclear, o complexo de poro é na verdade um canal octogonal preenchido por água (simetria óctupla). Outra característica estrutural é a presença de fibrilas, estendidas em direção ao citoplasma e ao núcleo, nesse último moldadas em forma de cesta. 
Esse complexo proteico é grande (~120nm) com massa de ~125MDa. Composto por 60-100 proteínas diferentes. Os poros são dinâmicos: o diâmetro de abertura do gate é variável (canal central de ~9nm ou ~40nm). Os poros são importantes mecanismos de controle do metabolismo celular.
O transporte de pequenas moléculas apolares ocorre por simples difusão pelo envelope; o transporte de pequenas moléculas polares também ocorre por difusão, através do canal aquoso; 
O transporte de macromoléculas apresenta maior complexidade e caráter unidirecional. Assim, 2 tipos de transporte podem ser realizados (importação e exportação). Nesse contexto, tanto as proteínas receptoras como as proteínas Ran merecem destaque. As primeiras se subdividem em importinas e exportinas, segundo a direção do transporte; as segundas se relacionam com as proteínas Ras.
3.1 Análise aprofundada da importação (5 etapas) 
1) Inicialmente, a proteína que será transportada liga-se a um sinal de localização nuclear (NLS); 
2) Depois, essa proteína interage com o complexo proteico importina-Ran/GDP; 
3) Ampliado, o complexo interage com proteínas do poro e o atravessa;
4) No núcleo, o GDP ligado à Ran é substituído pelo GTP, pela ação da RanGEF, o que provoca a liberação da proteína transportada/de carga;
5) O complexo importina-Ran/GTP é exportado pelo poro, tendo seu GTP hidrolisado no citoplasma para GDP+Pi, pela ação da RanGAP.
3.2 Análise aprofundada da exportação 
1) A proteína de carga liga-se a um sinal de exportação nuclear (NES); 
2) Depois, o NES é reconhecido por uma exportina, que se encontra unida a um Ran/GTP; 
3) Ampliado, o complexo interage com proteínas do poro e o atravessa; 
4) No citoplasma, o GTP ligado à Ran é hidrolisado a GDP + Pi, pela ação da RanGAP, o que provoca a liberação da proteína de carga e da exportina; 
5) A exportina é transportada novamente ao núcleo; 
- Comparação com a importação: a estabilidade é alcançada pelo complexo com GTP e a exportina retorna sozinha ao núcleo. 
4. Organização interna do núcleo – Cromossomos e cromatina 
• Durante a mitose, a cromatina atinge um alto grau de condensação, visando à formação dos cromossomos para a metáfase. A cromatina é condensada e organizada ao longo do ciclo celular e depende do tipo celular (Cromatina = DNA + complexos proteicos). A cromatina é dividida em 2 porções: 
• Heterocromatina: porção condensada e inativada para a transcrição, presente, sobretudo, na periferia nuclear e interagindo com a lâmina. Subdivide-se em 2 tipos: constitutiva, que contém sequências de DNA nunca transcritas, como as sequências satélites nos centrômeros, parte do genoma constantemente compactada, normalmente permanece na região periférica do núcleo. (ex: regiões teloméricas e periteloméricas, centrômeros); facultativa, que contém sequências não transcritas naquele tipo celular, mas que podem ser transcritas em outros tipos; 
• Eucromatina: porção descondensada e distribuída em todo o núcleo, acessível à maquinaria de transcrição; 
Obs: o nucléolo é uma estrutura heterogênea. Normalmente, a heterocromatina é mais homogênea nas imagens de micrografia eletrônica.
• Vale mencionar que os cromossomos ocupam distintas regiões do núcleo, sendo tais regiões determinadas de acordo com o tecido. 
4.1 Organização interna do núcleo – O nucléolo 
• Estrutura mais sobressalente do núcleo, o nucléolo é um composto não membranoso que representa o sítio de transcrição e processamento do RNA ribossômico (RNAr), além da montagem do ribossomo. Formado por proteínas e porções cromossômicas contendo os genes do rRNA (5S; 5,8S; 18S e 28S).
• Morfologicamente, o nucléolo pode ser dividido em 3 porções: centro fibrilar, componente fibrilar denso e componente granular, cada uma participando de um estágio do processamento de RNAr; 
• Vale mencionar que os nucléolos se encontram associados às regiões organizadoras, responsáveis pelo armazenamento dos genes de RNAr a serem transcritos. Além disso, os nucléolos encontram-se inicialmente fragmentados após uma divisão, sendo fundidos ao longo do desenvolvimento celular; 
• O tamanho do nucléolo é proporcional à sua atividade metabólica. 
5. O núcleo durante a mitose 
• Uma curiosidade do núcleo é o seu desmonte durante a divisão celular. No início da mitose, os cromossomos se condensam, o nucléolo desaparece e o envelope nuclear se rompe, liberando seus componentes no citoplasma. Esse fenômeno é revertido apósa divisão. A seguir, serão explicitados esses mecanismos, dependentes da fosforilação e desfosforilação de proteínas nucleares. 
Dissolução do envelope nuclear 
• A desmontagem do núcleo simboliza o final da prófase em grande parte das células. 3 eventos se destacam nessa desmontagem: a fragmentação da membrana em vesículas, a dissociação dos poros nucleares e a despolimerização da lâmina nuclear; 
- Despolimerização da lâmina: as laminas (proteínas integrantes) são fosforiladas pela quinase Cdc2, promovendo uma separação do polímero em dímeros. Quanto aos poros, esses também são dissociados pela fosforilação de suas proteínas. 
5.2 Condensação cromossômica 
• A condensação permite o movimento dos cromossomos sem quebra de estrutura ao longo do fuso mitótico. Após o alcance do estado máximo de condensação, a transcrição não pode ser realizada. 
• As proteínas que se ligam ao DNA para formação dos cromossomos são divididas em histonas e não histonas. O complexo resultante da interação entre essas proteínas e o DNA é chamado cromatina; 
• O primeiro nível de compactação da cromatina é o nucleossomo, um “colar de contas” em que o cordão é o DNA de ligação e as contas são “cernes de histonas do nucleossomo”. Cada um desses cernes consiste num complexo de 8 histonas (1 par de H2A, H2B, H3 e H4) enroladas por uma dupla fita de DNA com 147 pares de nucleotídeos; 
• Quantos às histonas, essas são proteínas com aminoácidos majoritariamente básicos (positivamente carregados); responsáveis por neutralizar a carga negativa dos grupos fosfato do DNA, impedindo ataques químicos ao DNA, que podem promover mutações.
• Os nucleossomos são compactados sucessivamente, de modo a gerar as fibras de 30 nm, em processo intermediado pela histona H1, capaz de alterar a direção do DNA que sai do cerne do nucleossomo; 
• Outras 3 etapas de compactação são realizadas até a completa condensação. 
5.3 Remontagem do núcleo na intérfase 
• A inativação da quinase Cdc2, mencionado como responsável pela fosforilação e desmanche da lâmina nuclear, sinaliza a reintegração desse e a descondensação cromossômica. Após esses eventos, ocorre a formação dos novos núcleos; 
• A reintegração do envelope é iniciada pela interação entre vesículas da membrana e os cromossomos, processo intermediado pelas laminas e proteínas da membrana interna. O objetivo é a formação da dupla membrana ao redor dos cromossomos. Vale mencionar que, na mitose, cada cromossomo é inicialmente permeado de forma única pela dupla membrana, sendo essas posteriormente fundidas; 
• A reintegração do envelope é seguida da união dos poros nucleares, reintegração da lâmina e descondensação cromossômica. 
• Proteínas liberadas durante a desintegração do envelope são reincorporadas por importação, aumentando o volume nuclear. O nucléolo é novamente formado.
Outras estruturas Sub-Nucleares 
Corpúsculos de Cajal: (1mm – 1-8 unidades) possível processamento de RNAs selecionados 
GEMs: processamento de snRNPs 
PML: função desconhecida (Leucemia promielocítica) 
Espículas (Speckles): processamento de mRNA (splicing) 
Corpúsculos Nucleares: função desconhecida