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Nucleo Organulo più voluminoso (5 µm) Rapporto Nucleo/plasmatico: indice caratteristico delle cellule somatiche di un organismo => divisione cellulare

Forma: correlata alla cellula; regolare (fusata, sferica, ellittica...) o irregolare Posizione: correlata alla funzione (centrale, polare...) Numero: 1 (maggior parte), 2 o più (sincizi, come osteoclasti e macrofagi)

Nucleo Involucro nucleare: sistema doppio di membrane separate, continuo al RER, senza ribosomi sulla faccia interna

Nucleo

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Nucleo Composizione di membrana: Proteine 70 Lipidi 23 Membrana esterna => proteine RE simili Membrana interna => proteine integrali specifiche per l’attacco della

lamina fibrosa (nucleoscheletro)

Involucro nucleare

7-9 nm

7-9 nm

15-40 nm

Nucleo Nucleoscheletro Lamina fibrosa o nucleare: reticolo di lamìne (Lamine A, B, C) a ridosso della membrana interna: è responsabile del mantenimento e della ricostituzione dell�involucro nucleare. Vi aderisce la cromatina

Nucleo Nucleoscheletro

Mitosi

Apoptosi Caspasi

proteolisi

depolimerizzazione A e C (oligo- e monomeri)

B legata

Ripolimerizzazione e ri-formazione del nucleo

Frammentazione del nucleo e morte cellulare

cdc2 (Chinasi > fosforilazione)

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Nucleo Poro nucleare

Annulus o complesso del poro (125 nm) proteine globulari => Nucleoporine (famiglia > 100) Complesso macromolecolare (120MDa!) 2 anelli (nucleare e citoplasmatico) 1 anello intermedio (colonnare) > 8 subunità colonnari 8 subunità radiali (annulari) > ancoraggio > Transporter componenti fibrillari (fibre citoplasmatiche e canestro nucleare) > riconoscimento molecolare

•  Funzioni di riconoscimento molecolare del traffico nucleo-citoplasma attraverso i pori nucleari (10-15 nm)

•  Sistema di trasporto a due vie di macromolecole (5-60 kDa), ATP dipendente

Nucleo

NLS: Nuclear localization signal (sequenze 4-8 aa) NES: Nuclear exportation signal (sequenze 8-10 aa) Ran: GTPasi per energia trasporto attraverso il poro Importine α e β: Transfer citoplasma > nucleo Esportine: Transfer nucleo > citoplasma

Importine Esportine

Nucleo Traffic

Citoplasma

Nucleo Nucleo e Cromatina

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Nucleo Cromatina e DNA

Cromatina Organizzata in strutture granulari, i nucleosomi (associazione con istoni)

DNA Caratteristiche: Stabilità (correzione e riparazione) Quantità costante (2n > 4n > 2n, n) Eucarioti Procarioti Filamentoso �Genoforo�, unico cromosoma circolare

50.000 geni (mammals) 2.000 – 3.000 geni 180 cm/cell H. sapiens 1.4 mm/ E.coli

Nucleo Architettura della cromatina: DNA e Istoni L’aumento di complessità del genoma si accompagna con un aumento del suo grado di organizzazione

Cromatina

Cromosoma

DNA

Nucleo Cromatina: DNA e Istoni

H2A, H2B, H3, H4 nucleo istonico del nucleosoma

H1 blocco di chiusura del rocchetto istonico Protamine: istoni “leggeri” dello spermatozoo. Vengono sostituiti dopo la fecondazione. Alcuni procarioti possiedono proteine simil-istoniche

Nucleosomi

147 bp

60 bp ≈200 bp

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Proteine non-istoniche

- proteine della matrice nucleare e proteine strutturali legate al DNA e agli istoni (scaffold) - proteine contrattili (actina, miosina, α e β tubulina) - proteine regolatrici trascrizione genica: fattori di trascrizione, enhancers... (binding a specifiche sequenze DNA) - proteine di trascrizione e processamento RNA (RNA pol I, II, III; �capping� e poli-A, splicing) - proteine enzimatiche di duplicazione DNA (replisoma) - proteine di ricombinazione, riparazione, elicasi, topoisomerasi, ecc.

Addendum Nucleo Struttura (nucleo interfasico)

La componente fondamentale è la cromatina: ETEROCROMATINA ≈90%: condensata, zolle e addensamenti granulo-filamentosi

>>> TRASCRIZIONALMENTE INATTIVA EUCROMATINA ≈10%: dispersa, filamentosa, poco colorabile suddivisa in: >>> EUCROMATINA TRASCRIZIONALMENTE INATTIVA (maggior parte)

>>> EUCROMATINA TRASCRIZIONALMENTE ATTIVA % di eucromatina ed eterocromatina varia a seconda dello stato funzionale della cellula (attività trascrizionale)

Cromatina > DNA e proteine Nucleolo (1 o più) > RNA e proteine Matrice nucleare (nucleoplasma)

Nucleo Cromatina

DNA a copia singola: geni strutturali (almeno 2 nella cellula 2n); codifica mRNA DNA mediamente ripetitivo: centinaia di copie rRNA e tRNA, geni strutturali di proteine istoniche, promoters e enhancers DNA altamente ripetitivo: centinaia di migliaia a milioni di copie sequenze brevi, non codificano RNA; denominato DNA satellite, localizzato in

diverse zone dei cromosomi (eterocromatina costitutiva), centromero e telomeri... Ruolo? strutturale?

• eterocromatina facoltativa: può trasformarsi in eucromatina ed essere trascritta • eterocromatina costitutiva: permanentemente inattiva

• Centromero: zona di unione dei cromosomi omologhi • Telomeri: sequenze ripetute alle estremità del cromosoma (contatore mitotico >

cloning)

EU

ET

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Nucleo Genoma silente: Metilazione del DNA (5-metil Citosina)

Le regioni di eterocromatina (hanno DNA iper-metilato

ed istoni deacetilati) Le regioni di eucromatina (hanno DNA de-metilato ed istoni iperacetilati)

Genoma silente e genoma attivo: istoni e spiralizzazione del DNA

Condensazione

silenzia!

cromosoma metafasico: nessuna trascrizione

Genoma silente e genoma attivo: istoni e spiralizzazione Modificazioni post-traduzionali degli istoni

Fosforilazione: silenzia!

Acetilazione: attiva!

Ubiquitinazione: silenzia?

IPERFOSFORILAZIONE dell�Istone H1 durante la superspiralizzazione

della cromatina a formare i cromosomi

ACETILAZIONE AMINOTERMINALE:

ATTIVA LA CROMATINA

Genoma silente e genoma attivo: istoni e

spiralizzazione

Modificazioni post-traduzionali degli istoni

metilazione

acetilazione

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GBE, July 2014

Copy number variation Diff DNA methyl region

Lamarck return?

Ecological and Evolutionary Medicine

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Nucleolo

No ha membrana!

� Sede di trascrizione e splicing dei rRNA ed assemblaggio ribosomi � Corpuscolo sferico il cui

numero varia da 1 a 6 � Incrementa in volume in

funzione dell�attività di sintesi proteica

Nucleolo

Costituito da: - DNA (organizzatori del nucleolo) - ≈80 proteine - RNA pol I e III (45S e 5S) - nucleolina (trasporto < >) - snRNP U3

Suddiviso in: • Componente granulare (pars granularis)

=> Assemblaggio ribosomi • Componente fibrillare (pars fibrillaris) => RNA DNA e proteine • Cromatina associata al nucleolo o perinucleolare Cromatina associata

al nucleolo

Organizzatore del nucleolo

Nella componente fibrillare è presente la componente degli organizzatori del nucleolo, una porzione proveniente da diversi cromosomi (10 nell’uomo) che scompare nella profase e si si ricostituisce alla fine della telofase

Nucleolo

60

40

Nucleoplasma Matrice nucleare: 3 componenti Lamina nucleare Reticolo fibronucleare Residui nucleolari

La matrice nucleare è un �network� proteico che fornisce una impalcatura per strutturare e per organizzare la cromatina, facilitandone nel contempo le attività di trascrizione e replicazione

Le proteine più rappresentate sono le nucleoplasmine e le lamine La lamina fibrosa contiene anche vimentina ed actina Il DNA si associa mediante specifiche sequenze alla matrice

Addendum