细胞核与染色质

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1、细胞核与染色质细胞核与染色质细胞核与染色质细胞核与染色质王飞 Introduction- Nucleusv最大的细胞器(organelle)v重要的胞内区室(compartment)核被膜核基质染色质核仁核体染色质包装遗传信息读取RNA修饰RNP组装核孔物质运输Cell biology concern aboutv细胞生物学： 基本结构 组成成分 核内生命活动的组织、协调 生理意义v基因的分子生物学： 染色质包装 从DNA到mRNA 非编码RNAv遗传学 生物化学内容提要内容提要基本结构及主要功能元件1核内分子生物学过程概述2核孔复合体及其介导的物质运输3核膜的崩解与组装4核仁及其他核内结构

2、的组成与功能5细胞核基本结构细胞核基本结构v核被膜 核基质 染色质 核仁 核体核被膜的结构组成核被膜的结构组成核被膜(nuclear envelope)核膜(nuclear membrane)核孔复合体(nuclear pore complex,NPC)核纤层(nuclear lamina)核膜核膜(nuclear membrane)v外核膜 核糖体颗粒 与内质网相连 v内核膜 无核糖体颗粒 LBRv核周间隙 与内质网腔相通v核孔 内外膜融合 孔膜区核孔复合体核孔复合体(NPC)v孔膜区域组装的复杂蛋白复合物 核质物质运输核纤层核纤层(nuclear lamina)v核纤层蛋白(lamin A

3、-C) 纤维状网络结构v结构支撑 调节基因表达 调节DNA损伤修复v内核膜 NPC 核周染色质v分裂期 核被膜的崩解与组装核基质核基质v核骨架v蛋白质纤维网架结构体系v真核生物细胞核起源于原核细胞入侵？融合？染色质染色质v分子生物学：万倍压缩v遗传学：数量 核型 结构v细胞生物学：不同染色质形态的核内分布 核周异染色质袢环结构(loop)染色体区域化分布核仁与核体核仁与核体v核仁：染色体的核仁组织区 RNA 蛋白 核糖体的装配工厂v核体：功能元件 RNP集中区域 非编码RNA 蛋白 RNA修饰 RNP组装 核糖体装配内容提要内容提要基本结构及主要功能元件1核内分子生物学过程概述核内分子生物学过

4、程概述2核孔复合体及其介导的物质运输3核膜的崩解与组装4核仁及其他核内结构的组成与功能5核内分子生物学过程核内分子生物学过程v染色质结构调节vDNA复制、修复、重组v基因转录及其调控vRNA 加工短片：短片：chromosome coil短片：短片：DNA replication短片：短片：strand exchange短片：短片：gene transcription内容提要内容提要基本结构及主要功能元件1核内分子生物学过程概述2核孔复合体及其介导的物质运输核孔复合体及其介导的物质运输3核膜的崩解与组装4核仁及其他核内结构的组成与功能5核孔复合体核孔复合体-核质转运通道核质转运通道v跨内外核膜

5、 亲水通道v核孔直径 80-120nm 复合体直径120-150nmv自由扩散 顺浓度梯度 有效直径 9-10nm 40-60KD 无需能量v主动运输 信号肽 需能量 不去折叠双向同时运输 转运速度极快（500个/s） 短片：短片：Rapid nuclear importation核孔复合体的结构核孔复合体的结构v30余种蛋白亚基 多拷贝组合 八边形对称结构柱状亚基环带亚基腔内亚基环状亚基蛋白纤维核篮核孔复合体转运的分子尺寸限制核孔复合体转运的分子尺寸限制v无定形结构域(unstructured region) 无序屏障 主动运输与信号肽主动运输与信号肽v蛋白分选：信号肽 核转运信号(NTS)

6、v核分选：核定位信号(NLS) 核输出信号(NES) 任何位置 完成分选后不剪切核孔复合体转运的生物大分子核孔复合体转运的生物大分子vNTS/向导蛋白v转入(Import) 组蛋白 DNA聚合酶 RNA聚合酶 RNA加工相关蛋白 v转出(Export) tRNA mRNA 核糖体前体颗粒 v转入&转出 基因转录调控蛋白（转录因子） RNA向导蛋白 主动运输模型主动运输模型v通道：NPC 出入口：蛋白纤维 v搬运工：核转运受体 (nuclear transport receptor)v辅助：FG-repeats Ran GTP v直接结合 多种NTR 识别不同NTS v间接结合 适配蛋白(ada

7、ptor protein)v无信号肽大分子 “搭车”RNA 蛋白质 与有信号肽的蛋白结合 v两类核转运受体(NTR) 入核转运受体(NIR) 识别NLS 蛋白入核 出核转运受体(NER) 识别NES 蛋白出核核转运受体对靶蛋白的识别核转运受体对靶蛋白的识别GTPase：Ranv导航： 控制转运方向 v调控因子： Ran-GAP Ran-GEF Ran控制的控制的NTR分子开关分子开关NPC主动运输的分子模型主动运输的分子模型RNA的出核转运的出核转运v向导分子：具有NES的辅助蛋白v质量检查：正确折叠和加工的RNA分子才能 获得出核资格内容提要内容提要基本结构及主要功能元件1核内分子生物学过程

8、概述2核孔复合体及其介导的物质运输3核膜的崩解与组装核膜的崩解与组装4核仁及其他核内结构的组成与功能5核膜的崩解与组装核膜的崩解与组装-骨架章交叉骨架章交叉v发生于细胞分裂过程中v触发点：磷酸化 p34cdc2 N端Ser22 C端Ser392v Lamin A 单体形式游离 Lamin B 与核膜小泡结合核膜的崩解与组装核膜的崩解与组装1 核孔复合体和核被膜片段如何找到染色体？2 游离到胞质中的核蛋白如何回到核内？3 如何避免不属于核内的胞质蛋白在核膜组装时混入核内？找到染色体找到染色体v前期核膜崩解后 游离于胞质内： 核膜小泡(双层核膜+膜蛋白) NPC亚基蛋白+NIR FG repeat

9、s Lamin Ran Ran-GAPv 末期染色体上： Ran-GEF Ran-GTP Cloud vLamin去磷酸化启动核膜重组： 核膜小泡 Lamin NPC蛋白+NIR NPC+NIR Ran-GTP Cloud 核蛋白回归及非核蛋白屏蔽核蛋白回归及非核蛋白屏蔽vNPC 组装完毕即开始工作：入核转运vNLS不剪切的生理意义：反复利用v核膜组装紧贴染色体：屏蔽非核蛋白无意义转运 核蛋白回归内容提要内容提要基本结构及主要功能元件1核内分子生物学过程概述2核孔复合体及其介导的物质运输3核膜的崩解与组装4核仁及其他核内结构的组核仁及其他核内结构的组成与功能成与功能5核仁核仁- Ribosom

10、e-producing factoryvUnlike many of the major organelles in the cell, the nucleolus is not bound by a membrane, it is a large aggregate of macromolecules.v染色质（rRNA genes） 前体rRNA 成熟rRNA rRNA加工酶 向导RNA（snoRNP） 核糖体蛋白 核糖体亚单位前体颗粒 核骨架染色质的核仁组织区染色质的核仁组织区v核仁组织区袢环DNA 核仁主体结构核糖体加工过程rRNA基因转录前体rRNA加工成熟rRNA组装核糖体亚单位前体颗粒出核核仁的电镜结构核仁的电镜结构v纤维中心：rRNA基因区域 rRNA基因转录v致密纤维组分：snoRNP 前体rRNA加工v颗粒组分：核糖体亚单位前体颗粒组装及出核转运核体核体v了解最少的核内亚结构 高度动态性v特殊蛋白或RNA聚集的区域 RNA工具箱vCajal body & GEMS 染色质间颗粒 snoRNP snRNP核体核体-RNA工具箱工具箱