مجمع المسام النووي

تُصنَّع البروتينات النووية في السيتوبلازم، وتحتاج إلى النقل عبر المسام النووية إلى النواة. يمكن توجيه هذا النقل بواسطة إشارات متنوعة، من أبرزها إشارات التوطين النووي (NLS). ^{[ 19 ]} توجد عدة تسلسلات معروفة لإشارات التوطين النووي، تحتوي عمومًا على تسلسل محفوظ ذي بقايا قاعدية مثل PKKKRKV. أي مادة تحتوي على إشارة توطين نووي ستُمتص بواسطة بروتينات الاستيراد إلى النواة.

تبدأ عملية الاستيراد بارتباط بروتين إمبورتين-ألفا بتسلسل إشارة التوطين النووي (NLS) لبروتينات الشحنة، مما يشكل مركباً. ثم يرتبط بروتين إمبورتين-بيتا ببروتين إمبورتين-ألفا، مما يسهل النقل نحو المسام النووي. ^{[ 20 ]}

عندما يصل المركب إلى المسام النووية، ينتشر عبرها دون الحاجة إلى طاقة إضافية. عند دخوله النواة، يرتبط RanGTP ببروتين Importin-β ويفصله عن المركب. ثم يقوم بروتين CAS (بروتين قابلية موت الخلايا المبرمج )، وهو بروتين تصديري يرتبط بـ RanGTP في النواة، بفصل Importin-α عن الحمولة. وبذلك، يصبح بروتين NLS حرًا في النواة. ينتشر مركب Importinβ-RanGTP ومركب Importinα-CAS-RanGTP عائدًا إلى السيتوبلازم حيث تتحلل جزيئات GTP إلى GDP، مما يؤدي إلى إطلاق Importin-β و Importin-α اللذين يصبحان متاحين لجولة استيراد جديدة لبروتين NLS. ^{[ 21 ]}

على الرغم من أن عملية النقل عبر المسام النووية لا تعتمد على الطاقة، إلا أن دورة الاستيراد الكلية تتطلب تحلل جزيئين من GTP، مما يجعلها عملية نقل نشطة. وتستمد دورة الاستيراد طاقتها من تدرج RanGTP بين النواة والسيتوبلازم. وينشأ هذا التدرج من التموضع النووي الحصري لبروتينات RanGEFs، وهي بروتينات تستبدل GDP بـ GTP على جزيئات Ran. وبالتالي، يكون تركيز RanGTP أعلى في النواة مقارنةً بالسيتوبلازم.

إضافةً إلى النقل النووي، تتطلب بعض الجزيئات والمعقدات الجزيئية الكبيرة، مثل وحدات الريبوسوم الفرعية والحمض النووي الريبوزي الرسول ، النقل من النواة إلى السيتوبلازم. وتُضاهي عملية النقل هذه آلية النقل من حيث التعقيد والأهمية.

في سيناريو التصدير النووي التقليدي، تُشكّل البروتينات التي تحتوي على تسلسل تصدير نووي (NES) مُركّبًا غير متجانس ثلاثي الوحدات مع بروتين التصدير وRanGTP داخل النواة. ومن أمثلة بروتينات التصدير هذه CRM1 . ينتقل هذا المُركّب لاحقًا إلى السيتوبلازم ، حيث يحدث تحلّل GTP، مُحرّرًا البروتين الحاوي على تسلسل التصدير النووي. يعود مُركّب CRM1-RanGDP الناتج إلى النواة، حيث تُحفّز عوامل تبادل النيوكليوتيدات الغوانينية (RanGEFs) استبدال GDP بـ GTP على Ran، مُجدّدةً بذلك مصدر طاقة النظام. تعتمد هذه العملية برمتها على الطاقة وتستهلك جزيء GTP واحدًا. والجدير بالذكر أن نشاط التصدير الذي يُحفّزه CRM1 يُمكن تثبيطه بواسطة مركبات مثل ليبتوميسين B.

توجد مسارات تصدير مختلفة عبر معقد المسام النووي (NPC) لأنواع مختلفة من الحمض النووي الريبوزي (RNA). يتم تصدير الحمض النووي الريبوزي بوساطة إشارات، حيث توجد إشارات التصدير النووي (NES) في البروتينات الرابطة للحمض النووي الريبوزي، باستثناء الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) الذي يفتقر إلى مُحَوِّل. ومن الجدير بالذكر أن جميع أنواع الحمض النووي الريبوزي الفيروسي والخلوي ( tRNA ، rRNA ، U snRNA ، microRNA ) باستثناء الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) تعتمد على RanGTP. وتُعد عوامل تصدير الحمض النووي الريبوزي الرسول المحفوظة ضرورية لتصديره من النواة. وتشمل هذه العوامل Mex67/Tap (الوحدة الفرعية الكبيرة) وMtr2/p15 (الوحدة الفرعية الصغيرة).

في الكائنات حقيقية النوى العليا، يُعتقد أن تصدير الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) يعتمد على عملية التضفير. تستقطب عملية التضفير مُركب بروتين TREX إلى الرسائل المُضفّرة، حيث يعمل كمُحَوِّل لبروتين النقل المرتبط بمعالجة المستضد (TAP)، وهو بروتين ذو ألفة منخفضة للحمض النووي الريبوزي. مع ذلك، توجد مسارات بديلة لتصدير الحمض النووي الريبوزي الرسول لا تعتمد على التضفير بالنسبة للرسائل المتخصصة مثل الهستونات. تشير الدراسات الحديثة أيضًا إلى وجود تفاعل بين التصدير المعتمد على التضفير وأحد هذه المسارات البديلة لتصدير الحمض النووي الريبوزي الرسول بالنسبة للنسخ الإفرازية والميتوكوندرية. ^{[ 22 ]}

توجد عدة نظريات حول كيفية تكوين معقدات المسام النووية. بما أن استنزاف بعض معقدات البروتين، مثل معقد Nup 107–160، يؤدي إلى تكوين نوى خالية من المسام، فمن المرجح أن معقدات Nup تُشارك في دمج الغشاء الخارجي للغلاف النووي مع الغشاء الداخلي، وليس أن دمج الغشاء هو بداية تكوين المسام. هناك عدة طرق يمكن أن تؤدي من خلالها هذه العملية إلى تكوين معقد المسام النووي الكامل.

• أحد الاحتمالات هو أن يرتبط هذا المركب البروتيني بالكروماتين ، ثم يندمج في الغشاء المزدوج بالقرب منه، مما يؤدي بدوره إلى اندماجه. بعد ذلك، ترتبط مركبات بروتينية أخرى حول هذا المركب، مُشكّلةً معقد المسام النووي (NPC). هذه الطريقة ممكنة خلال جميع مراحل الانقسام المتساوي، حيث يكون الغشاء المزدوج موجودًا حول الكروماتين قبل اندماج مركب بروتينات اندماج الغشاء. أما الخلايا بعد الانقسام، فقد تُكوّن غشاءً أولًا، ثم تُدمج فيه المسام بعد اكتمال تكوينه.
• نموذج آخر لتكوين معقد المسام النووي هو إنتاج مسامية أولية كبداية بدلاً من مُركب بروتيني واحد. تتشكل هذه المسامية الأولية عندما تجتمع عدة مُركبات من البروتينات النووية وترتبط بالكروماتين. يتشكل غشاء مزدوج حولها أثناء إعادة التجميع الانقسامي. وقد لوحظت تراكيب محتملة للمسامية الأولية على الكروماتين قبل تكوين الغلاف النووي باستخدام المجهر الإلكتروني. ^{[ 24 ]} خلال الطور البيني من دورة الخلية، يحدث تكوين المسامية الأولية داخل النواة، حيث يتم نقل كل مكون عبر معقدات المسام النووية الموجودة. ترتبط هذه البروتينات النووية بالبروتينات المستوردة، بمجرد تكوينها، مما يمنع تجميع المسامية الأولية في السيتوبلازم. بمجرد نقلها إلى النواة، يرتبط Ran GTP بالبروتينات المستوردة ويحفزه على إطلاق الحمولة. تصبح هذه البروتينات النووية حرة لتكوين المسامية الأولية. وقد ثبت على الأقل أن ارتباط البروتينات المستوردة يجلب البروتينات النووية Nup 107 وNup 153 إلى النواة. ^{[ 23 ]} عملية تجميع معقد المسام النووي هي عملية سريعة للغاية، ومع ذلك تحدث مراحل وسيطة محددة، مما يؤدي إلى فكرة أن هذا التجميع يحدث بطريقة تدريجية. ^{[ 25 ]}

أثناء الانقسام المتساوي، يبدو أن معقد المسام النووي (NPC) يتفكك على مراحل، باستثناء حقيقيات النوى الدنيا كالخميرة، حيث لا يحدث تفكك معقد المسام النووي أثناء الانقسام المتساوي. ^{[ 26 ]} تنفصل البروتينات النووية الطرفية ، مثل Nup153 وNup98 وNup214، عن معقد المسام النووي. أما البقية، التي يمكن اعتبارها بروتينات داعمة ، فتبقى مستقرة على شكل مركبات حلقية أسطوانية داخل الغلاف النووي . يُعتقد أن تفكك المجموعات الطرفية لمعقد المسام النووي مدفوعٌ بالفوسفات، حيث يتم فسفرة العديد من هذه البروتينات النووية خلال مراحل الانقسام المتساوي. مع ذلك، لا يزال الإنزيم المسؤول عن الفسفرة غير معروف في الكائن الحي. في الحيوانات متعددة الخلايا (التي تخضع لانقسام متساوي مفتوح)، يتحلل الغلاف النووي بسرعة بعد فقدان البروتينات النووية الطرفية. قد يعود سبب ذلك إلى التغير في بنية معقد المسام النووي. قد يُؤدي هذا التغيير إلى زيادة نفاذية المسام النووية للإنزيمات المُشاركة في تحلل الغلاف النووي، مثل التوبولين السيتوبلازمي ، بالإضافة إلى السماح بدخول بروتينات تنظيم الانقسام الخلوي الرئيسية. في الكائنات الحية التي تخضع لانقسام خلوي شبه مفتوح، مثل فطر Aspergillus nidulans الخيطي ، تتفكك 14 من أصل 30 بروتينًا نوويًا من البنية الأساسية، مدفوعةً بتنشيط كينازات NIMA و Cdk1 التي تُفسفر البروتينات النووية وتفتح المسام النووية ^{[ 27 ] [ 28 ]} ، مما يُوسع المسام النووية ويسمح بدخول منظمات الانقسام الخلوي. ^{[ 29 ]}

في الفطريات التي تخضع للانقسام المغلق ، حيث تبقى النواة سليمة، تُعزى التغيرات في حاجز نفاذية الغلاف النووي إلى تغيرات داخل معقد المسام النووي. تُسهّل هذه التغيرات دخول منظمات الانقسام إلى النواة. تشير الدراسات التي أُجريت على فطر Aspergillus nidulans إلى أن تركيب معقد المسام النووي يتأثر على ما يبدو بواسطة كيناز الانقسام NIMA. يُحتمل أن يقوم NIMA بفسفرة البروتينات النووية Nup98 وGle2/Rae1، مما يؤدي إلى إعادة تشكيل معقد المسام النووي. ^{[ 30 ]} تسمح إعادة التشكيل هذه بدخول مُركب البروتين cdc2/cyclinB والعديد من البروتينات الأخرى، بما في ذلك التوبولين الذائب، إلى النواة. يبقى هيكل معقد المسام النووي سليمًا طوال فترة الانقسام المغلق. يبدو أن هذا يحافظ على سلامة الغلاف النووي. ^{[ 31 ]}