Informatie

A4. Membraanporiën - Biologie


Het nucleaire poriëncomplex

Kanalen hebben poriën die kunnen worden geopend en selectieve stroom van ionen mogelijk maken. Porins hebben grotere ingangen waardoor grotere moleculen de dubbellaag kunnen passeren. De grootste bekende poriestructuur is de nucleair poriecomplex, die een gecombineerde molecuulmassa heeft van ongeveer 125.000.000! Het is zijn taak om kleine moleculen door passieve diffusie door een concentratiegradiënt door de porie te transporteren. Bovendien verplaatst het grote moleculen en moleculaire structuren (eiwitten, RNA en misschien ribosomen) over het kernmembraan in een proces dat energie vereist. De eiwitten waaruit dit complex bestaat, worden nucleoporines genoemd, waarvan er ongeveer 30 in gist lijken te zitten. Grote eiwitten die door de porie gaan, moeten eerst worden gebonden aan een ladingreceptor, die de "lading" door de porie kan verplaatsen met gelijktijdige GTP-hydrolyse.

  • nucleair poriecomplex

Figuur: beweging van moleculen en deeltjes door membranen


Hier presenteren we de kristalstructuur van een MATE-transporter > meer

Membranen omringen biologische cellen en verdelen de cellen van hogere organismen in verschillende compartimenten. Biologische membranen zijn samengesteld uit lipiden, die een dubbellaag vormen, en uit membraaneiwitten die in de lipidedubbellaag zijn opgenomen. Lipidendubbellagen zijn ondoordringbaar voor ionen en polaire stoffen. Als gevolg van deze eigenschap kunnen ionengradiënten en elektrische spanningen (“membraanpotentialen”) over membranen worden gevormd. Membraaneiwitten zijn nodig om de specifieke passage of het transport van geselecteerde stoffen door membranen mogelijk te maken. Het mogelijk maken van passage en transport is dan ook een van de belangrijkste functies van membraaneiwitten. Cellen moeten communiceren, signalen ontvangen en hun omgeving voelen. Veel membraaneiwitten zijn sensoren en receptoren, het signaal wordt vaak ontvangen aan de buitenkant van het membraan en over het membraan getransduceerd. Membraaneiwitten zijn centrale componenten van biologische energieomzetting. Bij fotosynthese en cellulaire ademhaling is het transport van elektronen en protonen door membranen de primaire stap van energieomzetting. De resulterende membraanpotentialen en ionengradiënten kunnen worden gebruikt om de synthese van adenosine-5'-trifosfaat (ATP), de opname van voedingsstoffen, de export van afvalproducten en eiwitten en op flagella gebaseerde celmotiliteit aan te sturen. Ten slotte zijn sommige membraaneiwitten enzymen, in het bijzonder wanneer de substraten en/of producten hydrofoob zijn.

Samenvattend kunnen de functies van membraaneiwitten als volgt worden ingedeeld:

  • Doorgang en vervoer. De passage van stoffen en ionen (“passief transport”) wordt gekatalyseerd door kanalen, poriën en permeasen. “Primair actief transport” wordt aangedreven door ATP of andere energierijke stoffen. Bij "secundair actief transport" is de stroomafwaartse stroom van een ion (normaal een natriumion of een proton) gekoppeld aan het transport van een substraat.
  • Signaalontvangst en -transductie. De belangrijkste receptoren zijn de G-eiwit gekoppelde receptoren. Binding van een agonist aan de receptor leidt tot een activering van trimere G-eiwitten en het begin van een signaaltransductiecascade.
  • Biologische energieomzetting. De belangrijkste voorbeelden zijn de ademhalingsketens van mitochondriën en bacteriën, waar oxidatie van substraten is gekoppeld aan de overdracht van elektrische ladingen over het mitochondriale of bacteriële membraan. Bij fotosynthese gebruiken de fotosynthetische reactiecentra de energie van licht voor de primaire ladingsscheiding en transport van elektronen door het fotosynthetische membraan.
  • Enzymen, bij voorkeur voor hydrofobe substraten en/of producten.

De functionele classificatie van een membraaneiwit is mogelijk niet uniek, omdat een receptor een kanaaleiwit kan zijn dat werkt door een kanaal te openen of te sluiten na interactie met zijn ligand.


Moleculaire biologie van de cel. 4e editie.

In tegenstelling tot dragereiwitten vormen kanaaleiwitten hydrofiele poriën over membranen. Eén klasse kanaaleiwitten die in vrijwel alle dierlijke vormen wordt aangetroffen gap junctions tussen twee aangrenzende cellen draagt ​​elk plasmamembraan in gelijke mate bij tot de vorming van het kanaal, dat het cytoplasma van de twee cellen verbindt. Deze kanalen worden besproken in hoofdstuk 19 en worden hier niet verder besproken. Zowel gap junctions en porno, hebben de kanaalvormende eiwitten van de buitenmembranen van bacteriën, mitochondriën en chloroplasten (besproken in hoofdstuk 10) relatief grote en permissieve poriën, wat desastreus zou zijn als ze de binnenkant van een cel rechtstreeks zouden verbinden met een extracellulaire ruimte. Inderdaad, veel bacteriële toxines doen precies dat om andere cellen te doden (besproken in hoofdstuk 25).

Daarentegen hebben de meeste kanaaleiwitten in het plasmamembraan van dierlijke en plantaardige cellen die het cytosol verbinden met de buitenkant van de cel noodzakelijkerwijs smalle, zeer selectieve poriën die kunnen openen en sluiten. Omdat deze eiwitten zich specifiek bezighouden met anorganisch ionentransport, worden ze ionkanalen genoemd. Wat de transportefficiëntie betreft, hebben kanalen een voordeel ten opzichte van dragers omdat er elke seconde tot 100 miljoen ionen door één open kanaal kunnen gaan - een snelheid die 105 keer groter is dan de snelste transportsnelheid die wordt gemedieerd door een bekend dragereiwit. Kanalen kunnen echter niet aan een energiebron worden gekoppeld om actief transport uit te voeren, dus het transport dat ze bemiddelen is altijd passief (𠇍ownhill”). De functie van ionenkanalen is dus om specifieke anorganische ionen, voornamelijk Na+, K+, Ca2+ of Cl-—, snel door hun elektrochemische gradiënten door de lipidedubbellaag te laten diffunderen. Zoals we zullen zien, is het vermogen om ionenfluxen door deze kanalen te regelen essentieel voor veel celfuncties. Vooral zenuwcellen (neuronen) hebben zich gespecialiseerd in het gebruik van ionkanalen, en we zullen bekijken hoe ze een verscheidenheid aan dergelijke kanalen gebruiken voor het ontvangen, geleiden en verzenden van signalen.


Invoering

In de afgelopen jaren is een verscheidenheid aan verschillende vormen van gereguleerde celdood (RCD) ontdekt en zijn veel van de onderliggende moleculaire mechanismen ontcijferd (Galluzzi et al., 2018 Tang et al., 2019). De permeabilisatie van het plasmamembraan door porievormende eiwitten speelt een cruciale rol in slechts twee verschillende necrotische vormen van RCD, namelijk necroptosis en pyroptosis. Beide worden beschouwd als inflammatoire RCD, omdat de stervende cellen diverse schade-geassocieerde moleculaire patronen (DAMP's) en pro-inflammatoire cytokinen afgeven die een diepe ontsteking van het omringende weefsel veroorzaken (Bergsbaken et al., 2009 Pasparakis en Vandenabeele, 2015). Naast de voor de hand liggende overeenkomsten zijn er echter ook subtiele en minder subtiele verschillen, kruisverbanden en samenwerking bij de ontwikkeling van ziekten tussen necroptosis en pyroptosis. Hierin concentreren we ons op de uitvoerende eiwitten mixed-lineage kinase domain-like (MLKL) en gasdermin D (GSDMD), en geven we een overzicht van hun bekende mechanismen van activering en membraanpermeabilisatie en de klinische relevantie van het begrijpen van hun onderlinge verbindingen.


Het definiëren van een poriegrootte en steriele filtering 0,2 micron versus 0,22 micron. Wat is het verschil?

Als u wat tijd zou besteden aan het doorlezen van Sterlitech's selectie van membraanschijffilters, zou één ding waar we erg trots op zijn u misschien wel kunnen opvallen: we hebben veel poriegroottes. Zo veel dat je je misschien afvraagt ​​of het een beetje overdreven is dat we poriegroottes van zowel 0,2 als 0,22 micron hebben. Beide worden immers gebruikt om de vloeistof die er doorheen gaat te steriliseren. Kan het kleine verschil van 0,02 micron de prestatiekenmerken van een filter echt zoveel veranderen?

Om die vraag te beantwoorden, moeten we eerst kijken naar een van de methoden die worden gebruikt om de prestaties van een filter te testen: de bubbelpunttest1. Standaardtests om de opgegeven poriegrootte van een filter te verifiëren, omvatten meestal een bubbelpunttest. Deze test duwt lucht onder druk door een ondergedompeld membraan (hetzij in water of alcohol) tot het punt waar luchtbellen voor het eerst door het filtermembraan beginnen te komen2. De grootste porie, of poriën, in het membraan zullen het eerst bubbelen, en de luchtdruk die nodig is om de bubbels door deze poriën te duwen, kan wiskundig worden gecorreleerd aan de poriegrootte. De onregelmatige en verwarde aard van de poriën van de meeste membraanfilters maakt het onmogelijk om de grootte van een individuele porie direct te meten, dus de bubbelpunttest wordt gebruikt om het kleinste deeltje te bepalen dat het filter uit een vloeistof kan zeven.

Met andere woorden, de vermelde poriegrootte van het filter is niet letterlijk de grootte van de poriën. Het is een beoordeling van wat er niet doorheen kan. Het is duidelijk dat bij het steriliseren van oplossingen het doel is om bacteriën die in de oplossing zijn gesuspendeerd fysiek te verwijderen. Voordat filters van 0,2 en 0,22 micron standaard werden, dacht men dat filters met een absolute classificatie van 0,45 micron voldoende waren om zelfs de kleinste bacteriën uit te filteren. De ontdekking van Brevundimonas diminuta toonde echter aan dat er nog steeds bacteriën in grote hoeveelheden door een 0,45 micron filter kunnen gaan. Na de ontdekking concurreerden onderzoekers en laboratoria om de nieuwe filtratiestandaard te creëren, waarbij ze willekeurig hun filters definieerden als een poriegrootte van 0,2 of 0,22 micron, ongeveer de helft van de grootte van de oude standaard.

Wat dat betekent, is dat filters van 0,2 micron en 0,22 micron voor sterilisatie niet van elkaar te onderscheiden zijn. Hun prestaties zijn hetzelfde, alleen het verschil is de aanduiding van hun poriegrootte. De echte maatstaf voor het vermogen van het filter om vloeistof te steriliseren, is het doorstaan ​​van de test beschreven in ASTM F838-05, standaard testmethode voor het bepalen van bacteriële retentie van membraanfilters die worden gebruikt voor vloeistoffiltratie. Kortom, als het filter minimaal 1 x 107 kolonievormende eenheden (kve) per cm2 van een challenge-bacterie (meestal B.diminuta5) kan vasthouden, dan is het filter geschikt om te gebruiken voor sterilisatie.

Zelfs met de inkrimping van de standaard poriegrootte voor sterilisatie, blijkt dat een eenvoudige selectie van de grootte niet voldoende is om alle deeltjes volledig te bevatten. Jornitz6 et al. toonde aan dat adsorptieve effecten ook de manier veranderen waarop verschillende filtermedia verschillende deeltjes opvangen. Invloeden zoals pH, druk, bacteriële belasting en het vloeibare medium zelf beïnvloeden de grootte van bacteriën. Zolang de filters echter het vereiste aantal challenge-bacteriën per vierkante centimeter membraan kunnen opvangen, is het een geldig sterilisatiefilter - ongeacht de aangegeven poriegrootte. Sterlitech Corporation is zowel een fabrikant als een wederverkoper van verschillende membraanfilters, dus u zult 0,2 micron en 0,22 micron in ons filteraanbod zien, maar voor steriele filtering zijn beide geschikt op basis van de bovenstaande informatie.


Referenties

Alder, G.M., Arnold, W.M., Bashford, C.L., Drake, A.F., Pasternak, C.A. en Zimmermann, U. (1991) Tweewaardige kationgevoelige poriën gevormd door natuurlijke en synthetische melittine en door Triton X-100.Biochim. Biofysica. Acta 1061:111–120.

Apel, P.Y., Didyk, A.Y., Kravets, L.I. en Kuznetsov, V.I. (1990) Spoorstructuur in sommige met zware ionen bestraalde plastic films.nucl. Sporen Stralen. meten. 17:191–193.

Avigad, L.S. en Bernheimer, A.W. (1976) Remming door zink van hemolyse geïnduceerd door bacteriële en andere cytolytische middelen.Infecteren. Immuun. 13:1378–1381.

Bashford, C.L., Alder, G.M., Patel, K. en Pasternak, C.A. (1984) Gemeenschappelijke werking van bepaalde virussen, toxines en geactiveerd complement: porievorming en de preventie ervan door extracellulair Ca2+.Biosc. Rep. 4:797–805.

Bashford, C.L., Micklem, K.J. en Pasternak, C.A. (1985) Sequentieel begin van permeabiliteitsveranderingen in ascitescellen van muizen geïnduceerd door Sendai-virus.Biochim. Biofysica. Acta 814:247–255.

Bashford, C.L., Alder, G.M., Menestrina, G., Micklem, K.J., Murphy, J.J. en Pasternak, C.A. (1986) Membraanbeschadiging door hemolytische virussen, toxines, complement en andere cytotoxische middelen. Een veelvoorkomend mechanisme dat wordt geblokkeerd door tweewaardige kationen.J. Biol. Chem. 261:9300–9308.

Bashford, C.L., Alder, G.M., Graham, J.M., Menestrina, G. en Pasternak, C.A. (1988a) Ionenmodulatie van membraanpermeabiliteit: effect van kationen op intacte cellen en op cellen en fosfolipide dubbellagen behandeld met porievormende middelen.J. Membraan Biol. 103:79–94.

Bashford, C.L., Menestrina, G., Henkart, P.A. en Pasternak, C.A. (1988b) Celbeschadiging door cytolysine. Spontaan herstel en omkeerbare remming door divalente kationen.J. Immunol. 141:3965–3974.

Binnig, G., Quate, C.F. en Gerber, C. (1986) Atomic force microscope.Fys. ds. lett. 56:930–933.

Boulnois, G.J., Mitchell, T.J., Saunders, K.et al. (1991) Analyse van enkele vermeende eiwitvirulentiefactoren vanStreptococcus pneumoniae. In: Dunny, G.M., Cleary, P.P., McKay, L.L. (eds) Genetica en moleculaire biologie van streptokokken, lactococci en enterokokken. American Society for Microbiology, Washington DC, VS, blz. 83-87.

Boyle, M.D., Langone, J.J. en Borsos, T. (1979) Studies naar de terminale stadia van immuunhemolyse. NS. Effect van metaalzouten.J. Immunol. 122:1209–1213.

Burnet, F. M. (1949) Hemolyse door het virus van de ziekte van Newcastle.Natuur 164:1008.

Colowick, S.P. en Womack, F.C. (1969) Binding van diffundeerbare moleculen door macromoleculen: snelle meting door dialysesnelheid.J. Biol. Chem. 244:774–777.

Elferink, J.G. (1991) Veranderingen van de permeabiliteit van plasmamembraan in neutrofielen die zijn behandeld met polykationen.Ontsteking 15:103–115.

Feldmann, K. (1978) Nieuwe apparaten voor stroomdialyse en ultrafiltratie voor de studie van eiwit-ligand-interacties.Anaal. Biochem. 88:225–235.

Gotze, O., Haupt, I. en Fischer, H. (1968) Immuun hemolyse: reactie van de terminale component van complement.Natuur 217:1165–1167.

Hamill, O.P., Marty, A., Neher, E., Sakmann, B. en Sigworth, F.J. (1981) Verbeterde patch-clamp-technieken voor stroomopname met hoge resolutie van cellen en. celvrije membraanpleisters.Pflugers Archiv. 391:85–100.

Hansma, P.K., Drake, B., Marti, O., Gould, S.A. en Prater, C.B. (1989) De scanning ion-conductance microscoop.Wetenschap 243:641–643.

Harshman, S. en Sugg, N. (1985) Effect van calciumionen op door stafylokokken alfa-toxine geïnduceerde hemolyse van konijnenerytrocyten.Infecteren. Immuun. 47:37–40.

Impraim, C.C., Micklem, K.J. en Pasternak, C.A. (1979) Calcium, cellen en virusveranderingen veroorzaakt door paramyxovirussen.Biochem. Pharmacol. 28:1963–1969.

Knowles, B.H., Blatt, M.R., Tester, M., Horsnell, J.M., Carroll, J., Menestrina, G. en Ellar, D.J. (1989) Een cytolytisch delta-endotoxine vanBacillus thuringiensis var.israelensis vormt kationselectieve kanalen in vlakke lipidedubbellagen.FEBS Lett. 244:259–262.

Korchev, Y.E., Bashford, C.L. en Pasternak, C.A. (1992) Differentiële gevoeligheid van door pneumolysine geïnduceerde kanalen voor poorten door divalente kationen.J. Membraan Biol. 127:195–203.

Korchev, Y.E., Alder, G.M., Bakhramov, A., Bashford, C.L., Joomun, B.S., Sviderskaya, E.V., Usherwood, P.N.R. en Pasternak, C.A. (1995)Staphylococcus aureus alfatoxine-geïnduceerde poriën: kanaalachtig gedrag in lipide dubbellagen en patch-geklemde cellen.J. Membraan Biol. 143:143–151.

Krasilnikov, O.V., Sabirov, R.Z., Ternovsky, V.I., Merzliak, P.G. en Tashmukhamedov, B.A. (1988) De structuur vanStaphylococcus aureus alfa-toxine-geïnduceerde ionkanalen.Gen. Fysiol. Biofysica. 7:467–473.

Krasilnikov, O.V., Sabirov, R.Z., Ternovsky, V.I., Merzliak, P.G., Muratkhodjaev, J.N. (1992) Een eenvoudige methode voor de bepaling van de poriestraal van ionkanalen in vlakke lipide dubbellaagmembranen.FEMS Microbiol. Immunol. 5:93–100.

Lev, A.A. (1990) Sterol-afhankelijke inactivering van door gramicidine-A geïnduceerde ionkanalen in de cel en kunstmatige lipide dubbellaagse membranen. In: Kuczera, J., Przestalski, S. (eds) Biofysica van membraantransport: Proceedings van de tiende school. Landbouwuniversiteit, Wrocslaw, Polen, pp. 231-250.

Lev, A.A., Korchev, Y.E., Rostovtseva, T.K., Bashford, C.L., Edmonds, D.T. en Pasternak, C.A. (1993) Snel schakelen van ionenstroom in nauwe poriën: implicaties voor biologische ionkanalen.Proc. Roy. soc. B 252:187–192.

Liu, J.W. en Blumenthal, K.M. (1988) Membraanbeschadiging doorCerebratulus lacteus cytolysine A-III. Effecten van eenwaardige en tweewaardige kationen op A-III hemolytische activiteit.Biochim. Biofysica. Acta 937:153–160.

Madigan, S.J., Whitbread, J.A. en Katz, E.R. (1990) ADictyostelium discoideum mutant die calciumafhankelijke, hoge wasmiddelresistentie vertoont.J. Bact. 172:2785–2787.

Mahadevan, D., Ndirika, A., Vincent, J., Bashford, L., Chambers, T. en Pasternak, C. (1990) Bescherming tegen membraan-gemedieerde cytotoxiciteit door calcium en zink.Ben. J. Pad. 136:513–520.

Menestrina, G. (1986) Ionische kanalen gevormd doorStaphylococcus aureus alfa-toxine: spanningsafhankelijke remming door tweewaardige en driewaardige kationen.J. Membraan Biol. 90:177–190.

Menestrina, G., Bashford, C.L. en Pasternak, C.A. (1990) Poriënvormende toxines: experimenten metS. aureus alfa-toxine,C. perfringens theta-toxine enE coli hemolysine in lipide dubbellagen, liposomen en intacte cellen.Toxicon 28:477–491.

Micklem, K.J., Alder, G.M., Buckley, C.D., Murphy, J. en Pasternak, C.A. (1988) Bescherming tegen complement-gemedieerde celbeschadiging door Ca2+ en Zn2+.Aanvulling 5:141–152.

Mironov, S.L., Sokolov, Yu. V., Chanturiya, A.N. en Lishko, V.K. (1986) Kanalen geproduceerd door spinnengif in dubbellaags lipidemembraan: mechanismen van ionentransport en toxische werking.Biochim. Biofysica. Acta 862:185–198.

Pasternak, C.A., Alder, G.M., Bashford, C.L. en Menestrina, G. (1989) De rol van lipiden in permeabiliteitsveranderingen veroorzaakt door toxines en andere cytolytische middelen. In: Karbara, JJ (ed) De farmacologische effecten van lipiden III. De American Oil Chemists' Society, Champaign, IL, blz. 64-68.

Pasternak, C.A., Bashford, C.L., Korchev, Y.E., Rostovtseva, T.K. en Lev, A.A. (1993) Modulatie van oppervlaktestroming door tweewaardige kationen en protonen.Colloïden en oppervlakken 77:119–124.

Pasternak, CA, Alder, GM, Apel, PY, Bashford, CL, Edmonds, DT, Korchev, YE, Lev, AA, Lowe, G., Milovanovic, M., Pitt, CW, Rostovtseva, TK en Zhitariuk, NI ( 1995) Nucleaire track-etched filters als modelporiën voor biologische membranen.Stralingsmetingen 25:675–683.

Pasternak, C.A. en Micklem, K.J. (1973) Permeabiliteitsveranderingen tijdens celfusie.J. Membraan Biol. 14:293–303.

Pasternak, C.A., Micklem, K.J. (1974) De biochemie van door virus geïnduceerde celfusie. Veranderingen in membraanintegriteit.Biochem. J. 140:405–411.

Patel, K. en Pasternak, C.A. (1985) Permeabiliteitsveranderingen veroorzaakt door influenza- en Sendai-virussen: scheiding van fusie en lekkage door pH-sprongexperimenten.J. generaal Virol. 66:767–775.

Poste, G. en Pasternak, C.A. (1978) Door virus geïnduceerde celfusie. In: Poste, G., Nicolson, G.L. (eds) Cell Surface Reviews Vol. 5 North Holland Publishing, New York, blz. 306-349.

Prater, C.B., Hansma, P.K., Tortonese, M. en Quate, C.F. (1991) Verbeterde scanning-ionengeleidingsmicroscoop met behulp van microgefabriceerde sondes.Rev. Wetenschap. Instrument. 62:2634–2638.

Rostovtseva, T.K., Bashford, C.L., Lev, A.A. en Pasternak, C.A. (1994) Triton-kanalen zijn gevoelig voor tweewaardige kationen en protonen.J. Membraan Biol. 141:83–90.

Rostovtseva, TK, Bashford, CL, Alder, GM, Hill, GN, McGiffert, C, Apel, PY, Lowe, G. en Pasternak, CA (1996) Diffusie door nauwe poriën: beweging van ionen, water en niet-elektrolyten door track-geëtste PETP-membranen.J. Membraan Biol. 151: (in de pers).

Samoilova, L.I. en Apel, P.Y. (1995) Etsen van kleine poriën in PETP door verschillende alkaliën.Straal. meten. 25:717–720.

Thelestam, M. en Mollby, R. (1980) Interactie van streptolysine O vanStreptococcus pyogenes en theta-toxine vanClostridium perfringens met menselijke fibroblasten.Infecteren. Immuun. 29:863–872.

Wilmsen, H.U., Pattus, F. en Buckley, J.T. (1990) Aerolysin, een hemolysine vanAeromonas hydrophila, vormt spanningsafhankelijke kanalen in vlakke lipidedubbellagen.J. Membraan Biol. 115:71–81.

Yamamoto, K. en Takahashi, M. (1975) Remming van het terminale stadium van complement-gemedieerde lysis (reactieve lysis) door zink- en koperionen.Int. Boog. Allergie Appl. Immunol. 48:653–663.

Yeomans, L., Feller, S.E., Sanchez, E. en Lozadacassou, M. (1993) De structuur van elektrolyten in cilindrische poriën.J. Chem. Fys. 98:1436–1450.


A4. Membraanporiën - Biologie

De nucleaire envelop is geperforeerd met kleine gaatjes die bekend staan ​​​​als nucleaire poriën, die voor het eerst werden ontdekt in het midden van de twintigste eeuw. Deze poriën reguleren de doorgang van moleculen tussen de kern en het cytoplasma, waardoor sommige door het membraan kunnen gaan, maar andere niet. Bouwstenen voor de productie van DNA en RNA zijn enkele van de materialen die in de kern worden toegelaten, evenals moleculen die de energie leveren voor het construeren van genetisch materiaal. Ribosomale subeenheden, die in nucleosomen zijn gebouwd, zijn een goed voorbeeld van materialen die de kern moeten verlaten en het cytoplasma moeten binnendringen.

Kernporiën zijn volledig permeabel voor kleine moleculen tot de grootte van de kleinste eiwitten, maar vormen een barrière die de meeste grote moleculen buiten de kern houdt. Toch krijgen sommige grotere eiwitten, zoals histonen, toegang tot de kern, ondanks het feit dat de poriën te klein zouden moeten zijn om ze door te laten. Algemeen wordt aangenomen dat de uitgebreide eiwitstructuur, het nucleaire poriecomplex genaamd (zie figuur 1) die elke porie omringt, een sleutelrol speelt bij het actieve transport van een selecte reeks grote moleculen in en uit de kern.

Het kernporiecomplex bestaat uit verschillende subeenheden. De binnenkant van de porie wordt omgeven door een niet-membraanachtig materiaal dat is georganiseerd in een ring die spaakachtige structuren uitstrekt naar het midden van het kleine kanaal. De eigenlijke poriewand bestaat voornamelijk uit kolomvormige subeenheden en lumenale subeenheden, met behulp van transmembraaneiwitten, verankeren het gehele poriecomplex in de nucleaire envelop. Ook strekken kleine fibrillen zich gewoonlijk uit aan beide zijden van het complex en komen samen in mandachtige configuraties aan de nucleaire kant van het complex. De eiwitachtige samenstelling van deze fibrillen is verschillend aan weerszijden van de structuur.

Naast hun rol in nucleair transport, zijn kernporiën belangrijk als plaatsen waar het buitenmembraan en het binnenmembraan van de nucleaire envelop met elkaar versmolten zijn. Door deze fusie kunnen de membranen als continu met elkaar worden beschouwd, hoewel ze verschillende biochemische kenmerken hebben en op verschillende manieren kunnen functioneren. Aangezien het buitenste kernmembraan ook continu is met het membraan van het endoplasmatisch reticulum (ER), kunnen zowel het als het binnenste kernmembraan membraneuze materialen uitwisselen met het ER. Dit vermogen stelt de nucleaire envelop in staat om groter of kleiner te worden wanneer dat nodig is om de dynamische inhoud van de kern te accommoderen.

Geïllustreerd in figuur 2 is een fluorescentie digitaal beeld van een hechtende cultuur van Madin-Darby hondenniercellen (MDCK-lijn) gekleurd met fluorescerende sondes die gericht zijn op de kern (blauw), kernporiëncomplexeiwitten (rood) en de nauwe verbindingen gevormd tussen epitheel cellen (groen) om de nabijheid van deze structuren aan te tonen. De kernporiën van deze cellen werden gericht met een breed-spectrum polyklonaal antilichaam tegen een grote familie van kernporiëncomplexeiwitten, die dienen als een nuttig hulpmiddel voor het bestuderen van de morfologie en samenstelling van de kern en de nucleaire envelop. Het antilichaammengsel is ook nuttig bij het bestuderen van veranderingen in de nucleaire structuur tijdens mitose en meiose (let op de mitotische cel in het onderste centrale deel van figuur 2).

De poriëndichtheid varieert sterk en is meestal het grootst bij cellen die sterk geactiveerd en gedifferentieerd zijn, zoals levercellen. Een typische zoogdiercel heeft ongeveer 3.000 tot 4.000 poriën langs de nucleaire envelop. De eicellen van bepaalde amfibieën hebben echter zulke grote kernen en zo'n dichtheid van poriën dat de kernenvelop van een van de cellen meer dan tien miljoen poriën kan bevatten. Bijgevolg zijn deze oöcyten intensief gebruikt in studies van nucleaire poriecomplexen en nucleair transport.


Xing Liu, Zhibin Zhang en Jianbin Ruan: deze auteurs hebben in gelijke mate bijgedragen aan dit werk.

Voorkeuren

Programma in cellulaire en moleculaire geneeskunde, Boston Children's Hospital, Boston, 02115, Massachusetts, VS

Xing Liu, Zhibin Zhang, Jianbin Ruan, Venkat Giri Magupalli, Hao Wu & Judy Lieberman

Afdeling Kindergeneeskunde, Harvard Medical School, Boston, 02115, Massachusetts, VS

Xing Liu, Zhibin Zhang & Judy Lieberman

Afdeling Biologische Chemie en Moleculaire Farmacologie, Harvard Medical School, Boston, 02115, Massachusetts, VS

Jianbin Ruan, Venkat Giri Magupalli & Hao Wu

Afdeling Dermatologie en Harvard Skin Disease Research Center, Brigham and Women's Hospital, Boston, 02115, Massachusetts, VS

U kunt deze auteur ook zoeken in PubMed Google Scholar

U kunt deze auteur ook zoeken in PubMed Google Scholar

U kunt deze auteur ook zoeken in PubMed Google Scholar

U kunt deze auteur ook zoeken in PubMed Google Scholar

U kunt deze auteur ook zoeken in PubMed Google Scholar

U kunt deze auteur ook zoeken in PubMed Google Scholar

U kunt deze auteur ook zoeken in PubMed Google Scholar

Bijdragen

XL de studie bedacht. XL, Z.Z., J.R., H.W. en JL ontwierpen de experimenten en analyseerden de gegevens. Experimenten werden als volgt uitgevoerd (XL, Fig. 1a-d, 2, 3a-d, 4a, cf, h Uitgebreide gegevens Fig. 1a-c, e, f ZZ Fig. 1e-g 3b, d, Fig, 4b, e- h, Uitgebreide gegevens Afb. 1d JR Afb. 3, 4e, f YP Afb. 2e, f VM Afb. 3e). XL, H.W. en J.L. schreef het manuscript.

Corresponderende auteurs


Eiwitten

De vorming van transmembraanporiën is een zeer effectieve manier om cellen te doden. Het is dan ook niet verwonderlijk dat veel bacteriële en eukaryote toxische middelen porievormende eiwitten zijn. Poriënvorming in een doelmembraan is een complex proces dat bestaat uit verschillende stappen die eiwitten nodig hebben om zich aan het lipidemembraan te hechten, mogelijk te aggregeren in het vlak van het membraan en uiteindelijk een porie te vormen door een deel van de polypeptideketen over de lipidedubbellaag in te voegen. Structurele informatie over toxines in elk stadium is onontbeerlijk voor de biochemische en moleculair-biologische studies die tot doel hebben te begrijpen hoe poriën op moleculair niveau worden gevormd. Er zijn momenteel slechts twee Staphylococcus aureus en hemolysine E van Escherichia coli. Daarom is wat we weten over deze eiwitten verkregen gedurende vele jaren van intensief experimenteren. Desalniettemin zijn we de afgelopen jaren getuige geweest van een significante toename van structurele informatie over de oplosbare vormen van porievormende eiwitten. Verrassend genoeg werden veel onverwachte overeenkomsten met andere eiwitten opgemerkt, ondanks extreem lage of onbeduidende sequentieovereenkomst. Het blijkt dat lipidemembraanbinding en vorming van transmembraankanalen in veel gevallen wordt bereikt door een beperkt repertoire aan structuren. Dit boek beschrijft hoe verschillende van de belangrijke porievormende toxinefamilies membraanbinding bereiken en welke structurele elementen worden gebruikt voor de vorming van transmembraanporiën. Onze bijdragers hebben dus de middelen verschaft voor een vergelijkende analyse van verschillende niet-verwante families.

Gregor Anderluh is universitair hoofddocent biochemie aan de afdeling Biologie, Biotechnische Faculteit, Universiteit van Ljubljana, Ljubljana, Slovenië. Hij en zijn collega's bestuderen eiwit-membraan interacties en hoe celmembranen worden beschadigd door eiwitten. Hij is directeur van het Infrastuctural Center for Surface Plasmon Resonance aan de Universiteit van Ljubljana, waar ze moleculaire interacties bestuderen en nieuwe benaderingen ontwikkelen voor het bestuderen van eiwitbinding aan membranen. Hij behaalde zijn doctoraat in de biologie aan de Universiteit van Ljubljana en deed zijn postdoctoraal aan de Universiteit van Newcastle, Verenigd Koninkrijk. Jeremy Lakey is hoogleraar structurele biochemie aan het Institute for Cell and Molecular Biosciences, University of Newcastle, VK en leidt een academische onderzoeksgroep die losjes is gebaseerd op het thema van de biofysische chemie van eiwitten met interesse in eiwittoxines, membranen en bionanotechnologie. Na een eerste graad in zoölogie, voltooide Jeremy een doctoraat in membraanbiofysica aan de University of East Anglia UK, gevolgd door perioden in het Centre de Biophysique Moléculaire, Orléans, Frankrijk, EMBL, Heidelberg, Duitsland en de EPFL, Lausanne, Zwitserland. Hij is momenteel redacteur van het Biochemical Journal en lid van het toegangspanel van de faciliteit voor de ISIS-gepulseerde neutronenbron, VK.