Inre kärnmembranprotein
Inre kärnmembranproteiner ( INM-proteiner ) är membranproteiner som är inbäddade i eller associerade med det inre membranet av kärnhöljet . Det finns cirka 60 INM-proteiner, varav de flesta är dåligt karakteriserade med avseende på struktur och funktion. Bland de få välkarakteriserade INM-proteinerna är lamin B-receptor (LBR), lamina-associerad polypeptid 1 (LAP1), lamina-associerad polypeptid-2 (LAP2), emerin och MAN1 .
Vanliga strukturella egenskaper
Flera integrerade kärnmembranproteiner av olika storlek och struktur har identifierats. Det föreslås att de delar vissa strukturella egenskaper med avseende på nukleoplasmatiska domän(er) och lipidlösliga domän(er). Vissa INM-proteiner innehåller vanliga proteindomänstrukturer och kan därför kategoriseras i kända proteindomänfamiljer . Dessa inkluderar LEM-, SUN- och KASH- domänfamiljerna. Medlemmar av LEM-domänfamiljen spelar en roll i behövd hänvisning kromatinorganisationen [ ] . SUN- och KASH-domäner deltar i att länka cytoskelettet och nukleoskelettet genom LINC-komplexet .
Fungera
Laminer och kromatin som finns i kärnhöljet är organiserade med hjälp av proteiner inbäddade i INM. INM-proteiner hjälper också till att organisera kärnporkomplex (NPC). Proteinet mPom121 är inriktat på INM och är nödvändigt för NPC-bildning. Proteiner som innehåller LEM-domänen, såsom emerin, LAP2β och MAN1, verkar ha ett antal roller. De interagerar med barriär-till-autointegrationsfaktorn (BAF). och hjälpa till att undertrycka genuttryck , både genom att binda specifika genomiska regioner till den nukleära periferin och genom interaktion med histondeacetylas (HDAC) 3 .
Syntes och translokation
Det finns flera proteiner associerade med det inre kärnmembranet . Det är troligt att majoriteten av dem också är förknippade med kärnskiktet . Vissa kan interagera direkt med kärnskiktet, och vissa kan vara associerade med det genom ställningsproteiner . Alla INM-proteiner är arrangerade så att deras N-terminaler är vända mot nukleoplasman och riktas mot olika kinaser. De syntetiseras på ett av tre ställen; i cytoplasman, den cytoplasmatiska ER eller det yttre kärnmembranet . Alla kräver lokalisering till INM. Eftersom det yttre kärnmembranet är kontinuerligt med det endoplasmatiska retikulum är det möjligt att de inre kärnmembranets proteiner translateras på det grova endoplasmatiska retikulumet, varvid proteinerna rör sig in i kärnan genom lateral diffusion genom en kärnpor . I denna modell diffunderar proteiner fritt från ER till det inre kärnmembranet, där association med nukleär lamina eller kromatin immobiliserar dem. En nukleär lokaliseringssignal är inte tillräcklig för att rikta ett protein till INM, och den N-terminala domänen av LBR kan inte translokeras till kärnlumen om dess storlek ökas från 22 till cirka 70 kDa, vilket stöder denna uppfattning. Nuvarande åsikt är att INM-proteiner som syntetiseras i cytoplasman transporteras till INM genom nukleära porkomplex (NPC).
Potentiell roll i celldifferentiering
Det har föreslagits att kromatinbindande/modifierande proteiner inbäddade i det inre kärnmembranet kan vara centrala för att bestämma identiteten för nyligen differentierade celler. De nukleoplasmatiska domänerna av sådana proteiner kan interagera med kromatin för att skapa en ställning och begränsa konformationen av kromosomer inom tre dimensioner. Sådana innernukleära membranproteiner (INM) kan fungera helt enkelt genom att begränsa rörelsen av bundet kromatin, genom att rekrytera kromatin-remodellerande proteiner eller genom inneboende enzymaktivitet. INM:kromatininteraktioner gör att vissa segment av kromatin blir mer exponerade för nukleoplasman än andra.
När väl INM:kromatininteraktioner har etablerats efter bildandet av kärnhöljet, kan lösliga kärnproteiner binda till exponerade kromosomala segment. Sådana proteiner kan inkludera enzymer som modifierar histoner - såsom metylaser och acetylaser - som verkar för att förändra den tredimensionella konformationen av kromatin, såväl som DNA-bindande proteiner - såsom helikaser, gyraser och transkriptionsfaktorer - som är involverade i avveckling/ loopar DNA och/eller rekryterar RNAP-holoenzym. Detta kommer att främja transkriptionen av vissa gener och nedreglera eller förhindra transkription av andra. Sålunda sätter kärnkraftsställningen gränser för vilka gener som kan och inte kan uttryckas inom en given cell och därmed kan tjäna en grund för cellidentitet.
När alla regulatoriska proteiner, etc. har syntetiserats och ställningen har etablerats, har cellen uppnått sin egen specifika uttrycksprofil. Detta gör det möjligt för den att syntetisera cellspecifika enzymer och receptorer som är karakteristiska för dess speciella funktion. Den nukleära ställningen förutspås vara relativt permanent för en given celltyp, men induktion av en signalväg – genom ligandbindning, cell:cellkontakt eller någon annan mekanism – kan tillfälligt förskjuta uttrycksprofilen. När en sådan signal ändrar uttrycket av gener som kodar för INM eller ett kromatinmodifierande enzym, kan det inducera differentiering till en annan celltyp. Sålunda förutspår Nuclear Scaffold Theory att symmetrisk celldelning inträffar när en dottercell innehåller samma komplement av INMs som modercellen. Omvänt förväntas asymmetrisk celldelning resultera i förälder- och dotterceller med olika INM-profiler.
INM-profilen för närbesläktade celler (t.ex. CD4+ TH1- och TH2-hjälpar-T-celler) förväntas vara mer lika än för celler som är mer avlägset besläktade (t.ex. T-celler och B-celler). Graden av INM-komplementaritet förväntas vara ungefär proportionell mot graden av släktskap (t.ex. % komplementaritet till TH1-hjälpar-T-celler kommer att vara: TH2 > CD8+ > B-cell > Erytrocyt > kardiomyocyt). Vissa celler som är mycket nära besläktade kan ha liknande INM, men övergående förändringar i uttryck – t.ex. som svar på extracellulära signaler – kan möjligen leda till mer permanenta förändringar i uttrycksprofil genom att ändra transkriptionshastigheter för kromatinmodifierande enzymer, transkriptionsmodulatorer eller andra regulatoriska proteiner.
Exempel
- Emerin
- Lamina-associerade polypeptider 1 och 2 (LAP1, LAP2)
- Lamin B-receptor (LBR)
- MAN1
- Nurim
- Dpy19L1 till L4
Posttranslationella modifieringar
Posttranslationella modifieringar av INM-proteiner spelar en avgörande roll i deras funktionella modulering. Till exempel är lamin B-receptor, lamina-associerad polypeptid 1 och lamina-associerad polypeptid 2 mål för olika proteinkinaser . Arginin- och serinrester fosforylering kontrollerar LBR:s interaktion med andra subenheter av LBR-komplexet och föreslogs för att modulera interaktionen med kromatin .
Sjukdom
Laminopatier
Det breda utbudet av sjukdomar som involverar laminer och deras associerade inre kärnmembranproteiner kallas gemensamt för laminopatier. Mutationer i genen EDM , som kodar för INM-proteinet emerin kan vara orsaken till X-länkad Emery-Dreifuss muskeldystrofi . Eftersom mutationer i laminer orsakar den autosomalt dominerande formen av Emery-Dreifuss muskeldystrofi, och lamins och emerin är kända för att interagera, har det antagits att muskelsjukdom orsakas av en strukturell defekt i kärnhöljet orsakad av dysfunktion i en av dessa proteiner. Mutationer i genen LBR , som kodar för lamin B-receptorn, orsakar Pelger-Hüet-anomali .
Cancer
Tumörceller visar ofta en avvikande kärnstruktur, som används av patologer i diagnostik. Eftersom förändringar i kärnhöljet motsvarar funktionella förändringar i kärnan, kan morfologiska förändringar i kärnan vara involverade i karcinogenesen . De reglerande funktionerna hos proteiner i inre kärnmembran tyder starkt på denna möjlighet.