Membrana nucleare

Il nucleo è sicuramente una struttura da studiare ancora completamente, a causa dei suoi numerosi sottocompartimenti funzionali: sappiamo che a livello del DNA esistono le regioni di eterocromatina (regioni di DNA fortemente condensate, che non vengono trascritte) e di eucromatina (regioni di DNA in cui non c’è una forte condensazione del filamento di DNA con le proteine istoniche, infatti rappresenta una porzione di DNA sempre potenzialmente trascrivibile), abbiamo i polycomb body (rappresentano dei complessi proteici che modificano lo stato della cromatina andando a funzionare come repressori della trascrizione genica), i corpi di Cajal (sono corpi nucleari, probabilmente coinvolti come sito d’assemblaggio per la trascrizione dei trascritti primari), gli splicing factor (fattori di attiva trascrizione nucleare coinvolti nel processo di splicing), i nucleoli, i centromeri (porzione centrale dei cromosomi a cui si legano le fibre del fuso), i telomeri, abbiamo le lamine A, B e C che sono rappresentate da filamenti intermedi che hanno il compito di sostenere meccanicamente il nucleo nella formazione della matrice nucleare, a cui si possono poi agganciare diverse proteine che si pensa vadano a legare regioni specifiche dei cromosomi, mentre all’interno non si è ancora capito se è presente un apparato citoscheletrico e quale possa essere la sua funzione, comunque ci sono anche diverse altre strutture che in totale costituiscono più di 20 sottoregioni specializzate del nucleo, le cui funzionalità non sono ancora del tutto note. Inoltre nel nucleo posso monitorare le “farm” di trascrizione, cioè posso vedere dove è presente una zona in cui c’è una forte attività di trascrizione e di maturazione del trascritto, infatti facendo ciò si può osservare che la cellula ragiona a zone, con alcune più trascritte e altre meno trascritte. Posso monitorare tutte queste regioni con un microscopio confocale (può mettere a fuoco oggetti distanti fino a 50 nm di distanza) o con un microscopio elettronico.

Nella membrana nucleare ci sono i pori nucleari, strutture formate da numerose proteine che permettono il traffico di proteine dal nucleo al citoplasma e viceversa, in maniera molto ordinata. Possiamo vedere con un microscopio adatto che di pori nucleari ce ne sono numerosissimi sulla superficie della membrana nucleare. Essi sono strutturati in modo molto complicato, in particolare vediamo che è presente un anello centrale che può ruotare, ci sono inoltre dei filamenti proteici rivolti verso il citoplasma e una struttura a canestro che invece è rivolta verso il nucleo. A seconda del momento funzionale della cellula, in particolare in rapporto al ciclo cellulare, questi pori possono essere aperti o chiusi, attraverso la rotazione dell’anello centrale, in particolare dopo la fase S di sintesi del DNA, questi pori nucleari vivono il loro momento funzionale più attivo.

Il segnale che porta una proteina al nucleo è costituito da una sequenza di almeno 5 aminoacidi carichi positivamente (tra cui lisina e arginina) che si può trovare dovunque, sia all’N-terminale, sia al C-terminale e sia in mezzo alla proteina, inoltre può essere un segnale monopartito (formato da amminoacidi contigui tra loro) o bipartito (il segnale viene separato in due parti). Per verificare ciò basta iniettare una proteina con questo segnale e una senza, entrambe però marcate radioattivamente: si noterà che la prima si ritroverà tutta nel nucleo mentre la seconda rimarrà nel citoplasma.

La membrana nucleare e i pori nella tarda fase G2 e in mitosi sono allo stato disassemblato, in particolare sono stati frammentati per favorire l’aggancio delle fibre del fuso mitotico al cinetocore dei cromosomi, poi si ricostituiranno nella fase G1. Una proteina che deve entrare nel nucleo entra facilmente, mentre non si può dire la stessa cosa per una proteina che ne deve uscire, perchè comunque è un processo che prevede il dispendio di energia, comunque una volta entrata nel nucleo la proteina gira fino a quando non trova il dominio funzionale con cui deve andare ad interagire.