Kärnprickar , eller prickar , eller B-snusposomer , eller avdelningar av splitsningsfaktorer , eller SC-35-domäner , eller kluster av interkromatingranuler [1] ( engelska nuclear speckles ) är kärnkraftskroppar som reglerar skarvning . Splitsningsfaktorer och små nukleära ribonukleoproteiner finns i nukleära prickar . Förändringar i proteinsammansättningen och funktionen hos nukleära prickar leder till förändringar i alternativ pre - mRNA -splitsning , så man tror att kärnfläckarnas nyckelfunktion är att reglera tillgängligheten av splitsningsfaktorer vid transkriptionsställen . Nyligen genomförda studier har visat att kärnprickar också innehåller proteiner involverade i regleringen av kromosomlokalisering , kromatinmodifiering , transkription, bearbetning av 3' -ändarna av transkript, mRNA-modifiering, proteiner som helt täcker mRNA och mRNA-ribonukleoproteiner, så nukleära prickar övervägs att vara de största centra för reglering av alla stadier av uttryck av nukleära gener [1] .
Interfaskärnorna hos mänskliga celler innehåller från 20 till 50 kärnprickar med en diameter på flera mikrometer . Den ena kärnfläcken består av interkromatingranulat 20–25 nm i diameter , som är förbundna med fibriller och bildar ett kluster, kärnfläcken. Storleken och formen på kärnfläckar kan variera avsevärt och skilja sig åt i olika celltyper. Storleken och formen på fläckar påverkas av många faktorer, inklusive nivån av ATP i cellen, fosforylering /defosforylering av olika proteiner, transkription av stressaktiverade gener, kromatinremodellering av SWI/SNF-komplexet och transkriptionsmedierad av RNA-polymeras II [1] .
Fördelningen av proteiner i kärnfläckar är ojämn. Således är SRSF2 lokaliserad i mitten av fläcken, medan det långa icke-kodande RNA :t MALAT1 och små nukleära RNA:n är belägna i periferin. Det har visat sig att storleken på fläckar beror på innehållet av RNA i dem [2] .
När det gäller biofysiska egenskaper har nukleära prickar och nukleoplasma inga signifikanta skillnader, men nukleära prickar är något tätare än den omgivande nukleoplasman. Sammansättningen och stabiliteten hos kärnfläckar beror på interaktionerna mellan deras proteinkomponenter. Många fläckproteiner har mycket flexibla regioner med låg komplexitet (d.v.s. ingen uttalad rumslig struktur) som spelar en viktig roll i protein-protein- och protein-RNA-interaktioner . De spelar också en viktig roll i fasseparation vid vätske-vätska-gränssnittet , en annan mekanism som säkerställer integriteten hos kärnfläckar. Fasseparation vid gränssnittet fläck-nukleoplasma påverkas av temperatur , pH , jonstyrka och post-translationella modifieringar av proteiner med regioner med låg komplexitet. Kedjor av upprepade aminosyror , till exempel fem eller flera på varandra följande histidinrester , fungerar som lokaliseringssignaler i kärnfläckar [1] .
Under interfas är kärnfläckar mycket stabila. Förstörelsen av kärnhöljet under mitos utlöser demonteringen av kärnfläckar, vilket resulterar i fläckproteiner i cytoplasman . Där samlas de till vad som kallas mitotiska interkromatingranuler, som kan ses i metafas , anafas och telofas . Efter att kärnhöljet har återställts i dottercellen lämnar de flesta splitsningsfaktorerna de mitotiska interkromatingranulerna och flyttar till kärnan inom 10 minuter, men vissa faktorer (till exempel SRSF2) kan finnas kvar i cytoplasman tills G1-fasen . När transkriptionen börjar, attraheras splitsnings- och RNA-bearbetningsfaktorer till de nybildade transkripten, vilket leder till kärnbildning av nukleära prickar nära aktiva transkriptionsställen. Det är möjligt att beteendet hos kärnfläckar i cellcykeln regleras av cykliner , eftersom det enda orörliga proteinet i interfasfläckar är cyklin L1 [1] .
Liksom andra kärnkroppar byter kärnprickar konstant dynamiskt proteinmolekyler med nukleoplasman. Till exempel samlas spliceosomala ribonukleoproteiner i Cajal-kroppar innan de flyttas till fläckar; dessutom reglerar de mognaden av 3'-ändarna av histontranskript i kropparna av histonloci . I nukleära fläckar kan paraspeckle -proteinerna PSF och PSP2 hittas , och ofta finns fläckar och paraspeckles nära varandra. Pat1b-proteinet lokaliseras till nukleära prickar och PML-kroppar . Den funktionella betydelsen av sådana nära band mellan kärnkraftskroppar behöver dock fortfarande fastställas [1] .
Många post-translationella modifieringar av proteiner förekommer i nukleära fläckar, såsom fosforylering, metylering , acetylering , ubiquitinylering och SUMO -ylering. 31 proteinkinaser har identifierats i fläckar , och reversibel fosforylering spelar en viktig roll i den intracellulära lokaliseringen av fläckproteiner, såsom arginin och serinrika splitsningsfaktorer (SRSF). Fosforylering och defosforylering av dessa proteiner påverkar splitsningen och sammansättningen av proteiner i prickar [1] .
Kärnprickar är nära förknippade med signalvägar som involverar fosfoinositol derivat (PI). Många fläckproteiner kan binda direkt till dem, andra regleras av PIs indirekt genom aktiviteten av PI-beroende proteiner, nämligen proteinkinaser och ubiquitinligaser . Det finns också direkta indikationer på att PI själva är lokaliserade i kärnfläckar. De kan ha en betydande effekt på nukleära prickar, eftersom signalproteinerna som regleras av dem är extremt multifunktionella, som till exempel vissa proteinkinaser lokaliserade i prickar [1] .
Flera cytoskelettproteiner har hittats i kärnfläckar . Cytoskelettomarrangemang är under kontroll av fläckproteiner involverade i PI-signaleringsvägarna ( PIP5K1A , INPPL1 , PDLIM7 /ENIGMA och profilin-1 ) och kalcium (L-plattor, PTK2B och EPB41 ). Cytoskelettproteiner kan reglera inte bara nukleär sammansättning utan också transkription. Aktinpolymerisation är viktig för nukleär transport och transkription, eftersom kärnfläckomlagringar vid suppression av RNA-polymeras II och rekrytering av RNA-polymeras II till aktiverade promotorer beror på aktinpolymerisation. Dessutom ackumuleras monomert aktin i kärnfläckar [1] .
En betydande andel av nukleära speckleproteiner genomgår kovalent bindning av ubiquitin eller liknande proteiner såsom SUMO1, ISG15 och UBL5 . Samtidigt hittades inte deubiquitinating enzymer Fastsättning av SUMO-1 fungerar som en typisk signal som attraherar proteiner till nukleära prickar [1] .
RNA-molekyler, inklusive poly( A )-innehållande RNA och olika icke-kodande RNA , har hittats i nukleära prickar . Ackumuleringen av mRNA i prickar beror på kärnexport, eftersom när denna process stängs av ackumuleras en betydande mängd mRNA i prickar. Vissa studier har visat att skarvning i sig kan förekomma i kärnfläckar, men detta uttalande kräver ytterligare verifiering. Icke-kodande RNA som ackumuleras i prickar inkluderar små nukleära RNA, 7SK RNA och det långa icke-kodande RNA MALAT1 . Detta RNA stabiliseras inte av en poly(A)-svans utan av en konserverad trihelisk struktur och ackumuleras i kärnan. Det interagerar med vissa SRSF och små nukleära RNA U1 . MALAT1 påverkar alternativ splitsning genom att reglera fosforylering och nukleär distribution av splitsningsfaktorer. Det har dock visat sig att MALAT1 inte är avgörande för normal utveckling hos möss [1] .
Mer än hälften av kärnfläckproteinerna är involverade i regleringen av transkription och splitsning. Fläckar bildas i omedelbar närhet av RNA-polymeras II-medierade transkriptionsställen och innehåller till och med flera av dess subenheter . Många fläckproteiner reglerar transkriptionell förlängning, såsom elongin (transkriptionell förlängningsfaktor SIII) och TRIM28 . Speckles innehåller proteiner som reglerar aktiviteten av RNA-polymeras II och proteiner som är involverade i DNA-reparation . Rollen av nukleära prickar i den rumsliga organisationen av transkriptionellt aktivt kromatin visas. Många fläckproteiner är involverade i den epigenetiska regleringen av genuttryck, till exempel har histoner, histonacetyltransferaser , metyltransferaser , deacetylaser och HP1 -proteinet som ansvarar för övergången av eukromatin till heterokromatin [1] identifierats i fläckar .
Inblandning av nukleära prickar i mRNA-bearbetning och export har visats. Speciellt spelar fläckar en viktig roll i valet av ett alternativt polyadenyleringsställe . N6-metylering av adenosin (m 6 A) sker i kärnfläckar . Metylerat adenosin förändrar strukturen hos RNA-molekylen och påverkar dess interaktion med proteiner, vilket har en viktig effekt på RNA- metabolismen . Under de tidiga stadierna av skarvning rekryteras exon skarvningskomplexet (EJC) till spliceosomen . Många fläckproteiner interagerar med EJC och påskyndar efterföljande steg i genuttryck, såsom splitsning av närliggande platser, nukleär mRNA-export och translation [1] .
Förändringar i strukturen och funktionen hos kärnfläckar förekommer vid en mängd olika sjukdomar. Vissa av dem, direkt associerade med mutationer i protein- och RNA-fläckgener, är relativt sällsynta. Dessa inkluderar retinitis pigmentosa , mandibulofacial dysostosis och TAR-syndrom [1] .
Förekomsten av cancer är förknippad med störningar i alternativ splitsning, som orsakas av förändringar i uttrycket av gener som kodar för splitsningsfaktorer, vilket ofta uppstår som ett resultat av morfologiska förändringar i fläcken. Speckle proteiner som SR proteiner överuttrycks i många cancerformer Förhöjda nivåer av SRSF1 är tillräckliga för att utlösa tumörutveckling [1] .
Många virus använder värdcellsproteiner, såsom splitsnings- och kärnexportproteiner, under sin livscykel . Således kontrollerar SRSF och proteiner av heterogena ribonukleoproteiner av RNA från HIV och andra virus, vilket påverkar translationen av virala proteiner. I sin tur, under en virusinfektion , förändras lokaliseringen och nivån av splitsningsfaktorer, i synnerhet avlägsnas de från kärnfläckar. Virus använder också proteiner som är ansvariga för bearbetning av 3'-änden av mRNA. Märkligt nog påverkar även virus som replikerar i cytoplasman funktionen hos kärnfläckar [1] .
Kärnprickar är inblandade i patogenesen av många neurologiska sjukdomar såsom Alzheimers sjukdom , Parkinsons sjukdom , frontotemporal demens amyotrofisk lateralskleros , spinal muskelatrofi och schizofreni . Speckleproteiner är involverade i neuronal differentiering och kontrollerar splitsningen av neuronspecifika proteiner. En möjlig roll för kärnfläckar i sjukdomar associerade med en ökning av antalet enkla upprepningar i vissa gener har visats [1] .