nucleo biologia

Struttura e Funzione del Nucleo

• È un organello fondamentale nelle cellule eucariotiche, contenente il patrimonio genetico (DNA) organizzato in cromosomi, a differenza delle cellule procariotiche.
• L'involucro nucleare è costituito da due membrane concentriche (interna ed esterna) e uno spazio intermembrana, in continuità con il reticolo endoplasmatico.
• La membrana nucleare interna contiene proteine specifiche per l'attacco dei cromosomi e della lamina nucleare, che fornisce supporto strutturale e ancora i cromosomi.
• Durante l'interfase, i cromosomi occupano zone specifiche chiamate territori cromosomici, con i domini intercromosomici come siti principali per la trascrizione.
• Il nucleo include anche sottocompartimenti organizzati ma non delimitati da membrane.

Complessi dei Pori Nucleari (NPC)

• L'involucro nucleare è attraversato da Complessi dei Pori Nucleari (NPC), strutture complesse formate da circa 30 diverse nucleoporine disposte con simmetria circolare.
• Le nucleoporine si classificano in: proteine trasmembrana dell'anello, nucleoporine impalcatura (che formano strati dell'anello e stabilizzano la membrana) e nucleoporine del canale (che rivestono il poro centrale).
• Le nucleoporine del canale contengono regioni non strutturate ricche di ripetizioni fenilalanina-glicina (FG), che formano una barriera intricata che impedisce la diffusione di grandi macromolecole e fungono da siti di riconoscimento.
• Dall'NPC si estendono fibrille sia sul lato citosolico che su quello nucleare; quelle nucleari convergono a formare una struttura a forma di canestro.
• Gli NPC consentono il trasporto bidirezionale di un elevato numero di macromolecole al secondo.
• Le piccole molecole solubili in acqua possono diffondere passivamente attraverso i canali acquosi degli NPC.

Trasporto Nucleo-Citoplasma

• Le proteine con dimensioni maggiori non possono diffondere liberamente e vengono trasportate attivamente, in modo selettivo e con consumo di ATP.
• Il trasporto attivo si basa su Segnali di Localizzazione Nucleare (NLS) sulle proteine da importare, solitamente brevi sequenze ricche di amminoacidi lisina e arginina con carica positiva.
• Il recettore di importazione nucleare (importine) sono proteine citosoliche solubili che riconoscono i NLS e le ripetizioni FG delle nucleoporine, facilitando il passaggio attraverso l'NPC.
• Il complesso recettore-carico si muove attraverso l'NPC legandosi e dissociandosi ripetutamente dalle sequenze FG, in un processo che conferisce direzionalità al trasporto rilasciando il carico nel nucleo.
• L'esportazione dal nucleo di grosse molecole (es. subunità ribosomiali e RNA) avviene tramite Segnali di Esportazione Nucleare (NES) e recettori di esportazione (esportine), strutturalmente correlati alle importine (carioferine).

Esempio: Regolazione di NF-κB

• NF-κB (nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells) è un fattore di trascrizione cruciale per la risposta cellulare allo stress (anossia, temperatura, infezioni).
• In condizioni normali, NF-κB è inattivo nel citosol, legato alla proteina inibitoria IκB.
• Sotto stress, IκB viene fosforilato, subendo un cambiamento conformazionale che rilascia NF-κB ed espone il suo NLS.
• Un'importina eterodimerica riconosce l'NLS esposto e trasporta NF-κB nel nucleo.
• Nel nucleo, NF-κB si lega al DNA e attiva la trascrizione di geni specifici per la risposta allo stress, inclusa la produzione di nuova IκB.
• La nuova IκB, contenente un NES, si lega a NF-κB, e il complesso IκB-NF-κB viene esportato nel citosol da un'esportina, inattivando NF-κB e mantenendolo in attesa di un nuovo stimolo.