Aula 2 - Núcleo interfásico -1

Prévia do material em texto

Núcleo interfásico 
É o núcleo da célula em repouso, fora do processo de divisão 
celular. A membrana externa do envoltório nuclear possui 
ribossomos aderidos à sua superfície e tem continuação com 
o retículo endoplasmático rugoso. A membrana interna não 
tem ribossomos aderidos, mas tem associação com 
filamentos intermediários chamados laminas (as laminas A, B 
e C associadas formam a lâmina nuclear), que auxiliam na 
estabilização do núcleo, como também fornecem suporte 
estrutural. Além disso, a membrana interna também se 
associa com a 
cromatina. Essa 
lâmina nuclear 
também é 
importante para 
se ancorar fibras 
de material 
genético 
(cromatina), 
geralmente 
heterocromatina. 
O complexos de poros (formados onde a membrana perde 
a continuidade) tem proteínas associadas e inseridas em 
locais com fusão da membrana nuclear externa e interna, que 
formam uma passagem entre o interior do núcleo e o 
citoplasma, controlando o fluxo de entrada e saída de material 
do núcleo. O nucléolo está dentro do núcleo e é uma 
estrutura com acúmulo de determinadas proteínas e 
estruturas celulares, de modo que a presença do nucléolo 
está diretamente relacionada com a atividade sintética da 
célula. Quanto maior a atividade sintética mais evidente é o 
nucléolo. Entre as duas membranas tem o espaço 
perinuclear, que pode ser preenchido por proteínas que 
acabaram de ser sintetizadas pelos ribossomos presentes na 
membrana externa 
Dependendo do tipo celular tem-se núcleos dos mais 
variados formatos, podendo também variar na quantidade de 
núcleos e na posição em relação à célula. O núcleo de uma 
célula faz o processo de separação e compartimentalização 
entre os processos de transcrição (acontece apenas no 
núcleo) e tradução (acontece no citoplasma), além de 
promover a organização espacial do material genético e 
determinar a forma e a proteção mecânica nuclear. 
A posição do núcleo depende de interações com o 
citoesqueleto (microtúbulos, filamentos de actina, entre 
outros), podendo ter localização nuclear apical, central, entre 
outros. O formato do núcleo geralmente acompanha o 
formato da célula. O tamanho do núcleo é proporcional ao 
metabolismo e a quantidade de DNA. 
Componentes nucleares 
1) Envoltório nuclear 
É visível apenas a microscopia eletrônica e serve para 
separar o núcleo do citoplasma e formar uma barreira 
seletiva, de modo que também realiza manutenção do núcleo 
como compartimento distinto, com substâncias diferentes do 
citoplasma. Ele também permite o controle ao acesso do 
material genético, protegendo-o. 
O envoltório é formado por duas unidades de membrana 
concêntricas (interna e externa), que são bicamadas lipídicas 
com proteínas inseridas, mas a composição proteica dessas 
duas membranas se difere um pouco. A membrana interna 
tem associação com a cromatina e com a lâmina nuclear. 
O complexo de poro 
nuclear é localizado onde 
tem interrupção de 
envoltório nuclear para 
que as moléculas possam 
passar mais livremente. 
Tem cerca de 30 
proteínas diferentes que 
permitem e regulam o 
trânsito de moléculas 
entre o núcleo e o 
citoplasma. Quanto maior 
a atividade da síntese 
proteica maior o número de complexos de poro, de modo que 
o RNA produzido no núcleo deve ser enviado para o 
citoplasma para ser convertido em proteína, por meio do 
complexo de poros. Os ovócitos possuem muito complexo de 
poros e os espermatozoides possuem complexo de poro 
ausentes, já que não ocorre transcrição de nada para ser 
produzido no citoplasma. 
A estrutura do complexo de poro é formada por dois anéis de 
proteínas que irão estabelecer o perímetro e delimitar o 
diâmetro desse poro. O anel citoplasmático voltado para a 
face citossólica tem filamentos citoplasmáticos que são 
importantes para separar o reconhecimento das partículas 
que irão entrar no núcleo. Já no anel voltado para o núcleo os 
filamentos se organizam de modo que formam uma estrutura 
semelhante a uma ‘cesta de basquete’. As proteínas do 
complexo de poro se organizam em estruturas que são 
chamadas nucleoporinas. Toda proteína que precise transitar 
do núcleo para o citoplasma ou vice e versa precisa de 
alguma marcação para verificar tal trânsito, de modo que 
essa sinalização será interpretada pelo complexo de poro. 
 
É um poro aquoso, que depende do tamanho da molécula, de 
modo que moléculas pequenas (água, íons, etc) atravessam 
sem gasto de energia, tendo acesso livre. Já moléculas 
maiores que 60 kDa (RNA e proteínas) precisam passar por 
esses poros por transporte ativo com gasto de energia 
(quebra de GTP). 
As moléculas que estão no citosol e devem ser internalizadas 
precisam conter um sinal de localização nuclear 
(geralmente uma sequência de aminoácidos específica que 
será reconhecida pelos filamentos do complexo de poro) para 
que possam adentrar no núcleo. Assim, as moléculas com 
esse sinal irão adentrar o núcleo por transporte ativo com 
quebra de GTP. Esse transporte depende de proteínas 
carreadoras denominadas importinas, que transferem 
moléculas do citosol para o núcleo. Enquanto isso, o 
transporte inverso do núcleo para o citosol é feito por 
exportinas. Essas proteínas irão interagir com os filamentos 
nas nucleoporinas. Portanto, se uma proteína tiver o sinal de 
localização, mas não tiver ligada a uma importina ou 
exportinas, ela não conseguirá passar pelo complexo de 
poros. 
As moléculas pequenas, geralmente menores que 50kDa, 
irão ser transportadas por difusão simples, sem gasto de 
energia, de modo que a quantidade dessas estará em 
equilíbrio entre o citosol e o núcleo. Pode ser que elas 
passem por difusão facilitada, de modo que interagem com 
proteínas do complexo de poro, sem gasto de energia. 
A importação para o núcleo necessita de um sinal de 
localização nuclear, para que essa molécula possa ser 
reconhecida pelas importinas, de modo que possa interagir 
com as proteínas do complexo de poro. Assim, essa proteína 
fica concentrada no núcleo da célula, por conter o sinal. Como 
exemplos de proteínas importadas tem-se histonas, fatores 
de transcrição, RNA polimerase, DNA polimerase, entre 
outras. 
Se uma proteína está dentro do núcleo e possui um sinal de 
exportação nuclear que faz com que ela deva ir para o citosol, 
ela se liga a uma exportina, que é reconhecida pelas 
proteínas do complexo de poro e então é transferida para o 
citosol, se concentrando fora do núcleo da célula. Como 
exemplos de proteínas exportadas tem-se RNA associado a 
proteínas, subunidades ribossomais, proteínas 
citoplasmáticas, entre outras. 
A importina ou a exportina se liga a uma molécula 
denominada RAN, que tem a capacidade de se ligar a 
moléculas de GTP e de GDP, utilizadas para o gasto de 
energia da célula. A afinidade da exportina ou da importina 
pela molécula transportada depende se ela está ligada a uma 
molécula de GTP ou GDP. 
Uma proteína com uma sequência de localização nuclear 
(SLN) se associa a uma importina, de modo que esse 
complexo passa pelo complexo de poro para o núcleo, que é 
cheio de RAN-GTP, esse que se liga à importina e diminui 
sua afinidade pela proteína, de modo que ela é liberada no 
núcleo. Assim, a importina ligada ao GTP volta para o citosol 
pelo complexo de poros, de modo que sofre clivagem por uma 
enzima específica, transformando o GTP em GDP e deixando 
a importina livre para ser utilizada mais uma vez. 
 
Uma proteína para ser transportada para o núcleo depende 
de uma exportina e de um sinal de exportação nuclear. Essa 
proteína associada a exportina se liga a RAN-GTP, por estar 
no núcleo. Esse complexo passa para o citosol, onde o GTP 
é clivado e essa estrutura perde a afinidade. Assim, a 
proteína é liberada no citosol e a exportina volta para ser 
utilizada no ciclo de exportação. 
 
Para garantir que sempre tenha GTP dentro do núcleo 
necessita-se da enzima GEF (fator de troca de guanina), essa 
que promove a constante produção de GTP. No citoplasma 
tem-se a enzima GAP (proteína ativadora de GTPase),que 
cliva o GTP em GDP, garantindo a hidrólise do GTP e que a 
exportina e a importina seja liberada. 
 
O complexo de poro nuclear garante o tráfego de moléculas 
para que a célula funcione de maneira correta. O vírus do HIV 
interage com as proteínas do complexo de poros e entra no 
núcleo da célula e exercer controle sobre o ciclo celular. 
Assim, algumas proteínas desse complexo poderiam ser 
modificadas, de modo que o vírus não as reconheceria e não 
Importina fica livre pra ser usada em outra importação
Importina+GTP sofre clivagem e transforma em GDP
Proteína é liberada no núcleo e importina+GTP volta para 
o citosol
RAN-GTP diminui afinidade da importina pela proteína
Passa para o núcleo e se liga a RAN-GTP
Proteína com SLN se liga a importina
Exportina fica livre para ser usada e outra exportação
Esse complexo perde a afinidade e libera a proteína no 
citosol
Passa para o citosol e tem o GTP clivado
Proteína com SEN se liga a exportina e ao RAN-GTP
entraria na célula. Alguns tipos de câncer também estão 
relacionados com mutações em nucleoporinas. Além dessas, 
algumas doenças estão relacionadas com mutações no 
complexo de poro, como esclerose lateral amiotrófica, 
doença de Parkinson, doença de Huntington, triplo A 
(acalasia, alacrimia e doença de Addison), entre outras. 
Associada a membrana 
interna do envoltório nuclear 
tem-se laminas (A-C e B) 
associadas que formam a 
lâmina nuclear. Essa 
estrutura sofre uma 
fosforilação temporária 
durante a mitose, permitindo 
que os cromossomos sejam 
acessados pelas fibras do 
fuso durante o processo de 
divisão. A lâmina nuclear promove a manutenção da forma e 
suporte estrutural nuclear, faz associação de fibras 
cromatínicas ao envoltório (regulando níveis de condensação 
da cromatina), além de participar do controle da expressão 
gênica, na manutenção do citoesqueleto e na sobrevivência 
da célula. 
As proteínas do citoesqueleto são produzidas no citosol e 
apresentam uma sequência de localização nuclear que 
enviam para o núcleo. Sem essas laminas o núcleo perde 
conformação e estabilidade. Essas proteínas destinadas a 
entrarem no núcleo não perdem a sequência de localização 
nuclear, já que devem voltar para o núcleo após o desarranjo 
para uma divisão celular. 
 
2) Cromatina 
É uma porção de DNA associado a proteínas específicas 
(histonas), podendo estar compactado (heterocromatina) ou 
descompactado (eucromatina). No núcleo em divisão a 
cromatina está altamente condensada, formando o 
cromossomo. A unidade estrutural da cromatina é o 
nucleossomo, uma fita de DNA com aproximadamente 200 
pares de bases associada a um octâmero de histonas, dando 
origem ao primeiro nível de compactação da cromatina, 
denominada fibra de 10 nanômeros. Tem-se histonas um 
tetrâmero de H3-H4 e dois dímeros H2a-H2b. A associação 
de nucleossomos é denominada cromatina fibra de 10nm, 
sendo o DNA menos condensado numa célula. Se assemelha 
a um colar de pérolas, em que cada pérola seria o 
nucleossomo ligado por um DNA de ligação. É caracterizada 
por ser eucromatina ativa, já que os fatores de transcrição 
têm acesso a ela. 
A histona H1 conecta dois segmentos de DNA de ligação, 
promovendo uma compactação maior, de modo que os 
fatores de transcrição têm mais dificuldade em acessar esse 
material genético em um segundo nível de compactação, 
denominada fibra de 30 nm formando uma eucromatina 
inativa. 
 
Processos como desacetilação e metilação promovem o 
silenciamento da transcrição gênica, enquanto que 
demetilação, acetilação e ubiquitinação promovem aumento 
da transcrição gênica. Esses processos acontecem 
normalmente no desenvolvimento embriológico, mas podem 
também acontecer de modo patológico, contribuindo com o 
desenvolvimento de patologias e câncer. 
A eucromatina fica 
distribuída por todo o núcleo 
de forma descondensada, 
sendo constituída por genes 
que codificam proteínas, ou 
seja, genes 
transcricionalmente ativos. A 
heterocromatina está 
localizada preferencialmente 
na periferia do núcleo em associação com a lâmina nuclear e 
é constituída por sequências de DNA que não são 
codificáveis, permanecendo altamente condensadas e sendo 
bem visíveis a microscopia. A heterocromatina pode ser 
facultativa (pode se transformar em eucromatina de acordo 
com a necessidade de transcrição) ou constitutiva (sempre 
vai ser heterocromatina, exclusivamente feita para formar o 
centrômero, já que nunca vai ser transcrita). 
3) Nucléolos 
O nucléolo é uma estrutura esférica não envolvida por 
membrana, presente em todas as células nucleadas, mesmo 
nas em estado inativo. Seu tamanho varia conforme a 
intensidade de síntese proteica, sendo geralmente único na 
célula e desorganizado durante a divisão celular. A região 
onde formam nucléolos são chamadas de NOR (região 
organizadora de nucléolo), em que basicamente tem-se 
acúmulo de RNA ribossômico, RNA polimerase, proteínas 
estruturais, DNA ribossômico, entre outros. No nucléolo 
existem três regiões específicas: 
Centro fibrilar: é onde acontece a transcrição do rDNA para 
o rRNA. 
Componente fibrilar denso: localizado na periferia, onde 
acontece o processamento pós-traducional do rRNA. 
Componente granular: 
receberá o rRNA processado, 
sendo o local onde ocorre a 
montagem das subunidades 
ribossômicas, caracterizando o 
processamento final do rRNA. 
O nucléolo está diretamente ligando à atividade sintética da 
célula já que é onde ocorre o acúmulo do RNA ribossômico, 
que formará unidades ribossomais que irão para o citoplasma 
e serão associadas para formarem ribossomos e 
promoverem a síntese proteica. 
4) Nucleoplasma 
É uma solução aquosa de proteínas, RNA, nucleotídeos, 
nucleosídeos, íons, entre outros, onde estão mergulhados 
nucléolos e cromatina. Ele possui o citoesqueleto nuclear 
formado pela matriz nuclear, responsável pela organização 
da cromatina nos territórios cromossômicos (eucromatina no 
centro e heterocromatina na periferia). Além disso tem-se 
proteossomos, proteínas relacionadas com a degradação de 
proteínas envolvidas no controle do ciclo celular. 
Laminopatias 
Distrofia de Emery-Dreyfuss: mutação de laminas A/C e 
emerinas. Tem-se células musculares abundantes em 
laminas A/C e pobre em laminas B, promovendo 
desestruturação do envoltório nuclear com extravasamento 
do conteúdo para o citoplasma, encurtamento dos músculos 
da perna e antebraço, problemas cardíacos dos 20-40 anos, 
disritimia ventricular e alta concentração de creatinina 
plasmática, já que ocorre alta taxa de lesão de músculos 
estriados esqueléticos. 
Lipodistrofia familiar do tipo de Dunnigan: ocorre mutação 
das laminas A/C, promovendo padrão de distribuição de 
gordura diferente da eutrofia, com desaparecimento 
progressivo do tecido adiposo subcutâneo nos membros, 
região glútea, abdome e tronco, que se inicia na puberdade. 
Além disso tem-se o acúmulo de gordura na face, queixo, 
grandes lábios e região intra-abdominal. 
 
Progéria: tem-se a mutação de laminas do tipo A, doença 
que contribui para o envelhecimento acelerado, calvície, 
doenças cardíacas, osteoporose, artrite, entre outros.