Aula 04 - Transporte núcleo-citoplasma
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do tráfego intracelular de vesículas (Aula 25 de Biologia Celular I). Como todas as GTPases, Ran pode estar ligada a GTP ou a GDP. A forma Ran-GDP é mais abundante no citoplasma e a forma Ran-GTP é mais abundante no núcleo. Essa distribuição é conseqüência da ação de outras proteínas sobre as Ran (Figura 4.10). No citoplasma existem proteínas que estimulam a atividade enzimática de Ran, fazendo com que ela hidrolise o GTP, enquanto no núcleo proteínas associadas à cromatina roubam o GDP de Ran, que logo é substituído por GTP. Supõe-se que Ran-GTP tenha tendência a sair do núcleo, enquanto Ran-GDP tenha tendência a entrar. Ran-GDP Citoplasma Núcleo GTP GTP GDP Ran-GEF Ran-GAP Ran-GTP GDP p Cromatina Camila Highlight Camila Highlight BIOLOGIA CELULAR II | Transporte núcleo-citoplasma CEDERJ72 Divisão celular: apertem os cintos, o envoltório sumiu! Você viu como o envoltório nuclear é bem estruturado e o trabalho que dá para transportar proteínas entre os ambientes citoplasmático e nuclear. Mas não esqueça que toda essa organização só vale durante a intérfase! Quando as células iniciam a fase M, na maioria delas o envoltório se desarranja e só volta a se organizar ao \ufb01 nal do processo, já nas células-\ufb01 lhas. Se o envoltório se desarranja, não há mais separação entre os ambientes nuclear e citoplasmático e seus componentes se misturam. Figura 4.11: Uma proteína no cito- plasma (carga) que tenha a seqüência de localização nuclear (NLS) acopla-se a uma importina e o conjunto é reconhecido pelo complexo do poro e translocado. Já no núcleo, a proteína é liberada porque a importina tem mais a\ufb01 nidade pela Ran-GTP, liga-se a ela e saem juntas para o citoplasma. Lá chegando, Ran hidrolisa o GTP e se solta da importina, que está pronta a reconhecer outra carga. Figura 4.12: Uma carga com seqüência de exclusão nuclear (NES) que esteja dentro do núcleo acopla-se à exportina e à Ran-GTP da Ran é roubado e o complexo se desfaz. Exportina Carga já no citoplasma Citoplasma Núcleo Carga com NES Exportina+carga+Ran-GTP Ran-GDP P Citoplasma Importina Carga com NLS Núcleo Ran-GTP Carga já importada Importina+Ran Ran-GTP Supõe-se que a exclusão de uma carga do núcleo funcione do mesmo modo (Figura 4.12). P Ran-GDP CEDERJ 73 A U LA 4 M Ó D U LO 1 VESICULAÇÃO A vesiculação de um compartimento é diferente do brotamento. A vesiculação é um processo mais dramático, no qual TODO o compartimento se fragmenta, formando inúmeras vesículas. Figura 4.13: O envoltório nuclear se desorganiza no início da mitose e se reorganiza ao \ufb01 nal do processo. REORGANIZANDO O ENVOLTÓRIO NUCLEAR Ao \ufb01 nal da mitose, são ativadas fosfatases que desfosforilam os substratos que foram alvo do MPF no início do processo. Com a desfosforilação, a cromatina volta a descompactar, tornando a expor os sítios de a\ufb01 nidade por laminas do tipo A e por proteínas da membrana nuclear interna. Nesse mesmo período, as laminas desfosforiladas voltam a polimerizar a lâmina, não em qualquer lugar, mas exatamente em volta do genoma das células-\ufb01 lhas porque têm a\ufb01 nidade pela cromatina que está descompactando. Ao se incorporar ao polímero, as laminas do tipo B ajudam a aproximar as vesículas de membrana interna onde estão presas. O desmonte do envoltório nuclear é disparado pelo complexo MPF (reveja na Aula 1), que nessa ocasião fosforila muitos substratos, entre eles as proteínas que vão compactar a cromatina, outras que vão despolimerizar microtúbulos, fragmentar o retículo endoplasmático e também as membranas que formam o envoltório nuclear, que vesiculam. As laminas também são substrato para as quinases da fase M e, como todos os \ufb01 lamentos intermediários quando são fosforilados, despolimerizam. As laminas do tipo A \ufb01 cam solúveis no citoplasma, mas as laminas do tipo B continuam presas ao seu receptor nas vesículas de membrana nuclear interna. Alguns componentes do complexo do poro também são fosforilados e o conjunto se desassocia (Figura 4.13). Poro Lâmina nuclear Cromatina Membrana nuclear interna Membrana nuclear externa Fosforilação Prófase Núcleo interfásico Fim da telófase Cromatina Desfosforilação Início da telófase Vesículas de membrana interna Cromossomo Lamina B fosforilada P P P P P P P P P P P BIOLOGIA CELULAR II | Transporte núcleo-citoplasma CEDERJ74 A incorporação dos componentes do complexo do poro ao envoltório é um fenômeno ainda menos conhecido. Durante muito tempo se supôs até que os complexos do poro permaneciam íntegros durante a mitose. Hoje, já se sabe que os complexos do poro se desorganizam e que alguns de seus componentes têm a\ufb01 nidade pela própria cromatina. Alguns pesquisadores formularam a hipótese de que os componentes do complexo do poro podem mesmo ajudar na reorganização do próprio envoltório. E agora? Salve-se quem puder! Depois que o envoltório nuclear se reestruturou nas células-\ufb01 lhas, os ambientes nuclear e citoplasmático voltam a se separar. E as proteínas que estavam no núcleo antes da mitose? Será que conseguiram correr para dentro do núcleo das células-\ufb01 lhas antes que o envoltório se fechasse? E se não conseguirem, serão degradadas? Que desperdício! Mas espere aí! Elas não tinham mantido a seqüência de localização nuclear (NLS) porque esta \ufb01 cava no meio da cadeia? Puxa, que alívio! Então é só usar a NLS e passar por um complexo do poro de novo! CONCLUSÃO Vimos que o envoltório nuclear é uma estrutura altamente complexa e dinâmica. Os complexos do poro regulam a passagem de proteínas do citoplasma para o núcleo e dos mRNA na direção oposta. Como em muitas células, o envoltório se desorganiza durante a mitose, proteínas de localização nuclear \ufb01 cam dispersas no citoplasma durante essa fase, mas são capazes de reentrar no núcleo (de uma das células-\ufb01 lhas) passando através de um complexo de poro graças à presença de uma seqüência de localização nuclear (NLS) no meio de sua cadeia peptídica. CEDERJ 75 A U LA 4 M Ó D U LO 1 R E S U M O \u2022 O envoltório nuclear é formado por duas membranas concêntricas separadas pelo espaço perinuclear e sustentadas no lado nuclear pela lâmina nuclear. \u2022 Os \ufb01 lamentos da lâmina são formados por proteínas chamadas laminas. As laminas têm um papel importante na manutenção da forma e do tamanho do núcleo. \u2022 O envoltório nuclear possui complexos do poro estruturados que atravessam as duas membranas nucleares, estabelecendo uma comunicação direta entre os ambientes citossólico e nuclear. \u2022 A estrutura de cada poro é formada por três anéis (citoplasmático, mediano e nuclear), longas \ufb01 brilas envolvidas com o reconhecimento das moléculas que poderão atravessar o poro e outros \ufb01 lamentos que se prendem ao anel distal, formando a cesta nuclear. \u2022 Os complexos do poro mantêm abertas passagens diretas entre os ambientes citoplasmático e nuclear. Existem mecanismos de transporte especializados, tanto para promover a passagem de moléculas maiores do que o poro quanto para barrar a passagem de moléculas menores. \u2022 A seqüência de localização nuclear (NLS) corresponde à menor seqüência de aminoácidos necessária e su\ufb01 ciente para a entrada no núcleo. Entretanto, em cada proteína nuclear, há variações na seqüência e esta não está na ponta da cadeia. \u2022 Proteínas de localização citoplasmática, como a actina, possuem uma seqüência de exclusão nuclear (NES). \u2022 As proteínas atravessam o complexo do poro em sua conformação nativa. Os mesmos poros são utilizados para a entrada de proteínas e a saída de RNA. \u2022 A entrada de proteínas no núcleo e também a saída de RNA dependem de GTP e de sua associação com co-fatores \u2013 as carioferinas e as Ran \u2013 que respectivamente ligam e hidrolisam o GTP. \u2022 Durante a mitose, a fosforilação de laminas e proteínas do complexo do poro leva ao desmonte do envoltório nuclear: as laminas