Modulo di citologia (3)

IL NUCLEO

Il nucleo è una regione della cellula circondata, o delimitata, da una cisterna perinucleare; la cisterna

perinucleare è formata da una membrana esterna e una membrana interna e, in alcuni punti ben precisi

queste 2 membrane si fondono, per cui si formano i pori nucleari. Al di sotto della membrana nucleare interna

si trova una lamina nucleare, su ogni porzione della cisterna perinucleare si trovano tanti tratti di lamina nucleare,

che non può essere continua, altrimenti impedirebbe il passaggio che avviene tramite i pori nucleari. Inoltre,

sono presenti un nucleolo, una matrice nucleare e un nucleoplasma; nella matrice nucleare e nel nucleoplasma

sono immerse le molecole di DNA sotto forma di cromatina (le molecole di DNA non possono rimanere disperse in

questo spazio, ma devono compattarsi, rispettando un ordine gerarchico, tale per cui una cellula eucariotica animale di un mammifero, in un

diametro di circa 10 contiene molecole di DNA che se si potessero misurare come molecole distese raggiungerebbero una lunghezza di 2 m).

μm,

Quindi, il nucleo, in generale, è il deposito dell’informazione genetica e il centro di controllo di tutta la cellula (se una cellula produce o non produce

determinate proteine, se ha bisogno di enzimi, se deve regolare il traffico, il processo di apoptosi, o altro, tutto dipende dal nucleo). Nel nostro

organismo esistono anche cellule prive di nucleo, ma sono cellule sottoposte ad un continuo turnover, vengono continuamente rinnovate.

In un nucleo interfasico: (ogni nostra cellula compie un ciclo cellulare, il nucleo interfasico è quello presente nell’intervallo della vita della cellula in

cui essa non si sta dividendo, ovvero nelle fasi G , S e G ), i cromosomi sono meno compattati (la cromatina è più distesa, e questo è necessario

1 2

perché durante l’interfase la cellula compie tutti i suoi processi vitali, alcuni geni vengono trascritti e quindi devono essere accessibili agli enzimi che

sono preposti alla trascrizione); sono contenuti 1 o 2 nucleoli, che sono i siti dove vengono sintetizzati gli RNA ribosomiali e dove vengono

assemblati con specifiche proteine per costituire le singole unità ribosomiali; è presente il nucleoplasma, una matrice ricca di ioni e componenti

chimiche, le quali creano questo plasma specifico di questa regione; inoltre, c’è una matrice, formata da proteine fibrillari che si organizzano in

modo compatto per creare supporto ai cromosomi, quindi alle fibre di cromatina, creano una sorta di setaccio dove le molecole di DNA ricevono i

giusti punti di contatto per organizzare in modo adeguato questa componente.

Ma tutte le cellule hanno un nucleo? La risposta è no, perché ci sono delle cellule, come per esempio i globuli rossi dei mammiferi, che sono prive

di nucleo (i globuli rossi di anfibi e uccelli, invece, sono nucleati). Esistono inoltre cellule plurinucleate, come le cellule muscolari striate scheletriche,

ed esistono cellule binucleate, come i cardiociti (che hanno un nucleo o massimo 2), o alcune cellule che si possono trovare a livello dell’epitelio di

transizione (che è quello che riveste la vescica). Quindi, la regola generale è che tutte le cellule di un organismo hanno un nucleo, poi ci sono dei

tessuti che possono portare delle eccezioni.

La forma del nucleo è correlata con quella della cellula, non è identica in tutte le tipologie cellulare: potrebbe avere forma sferica, fusata, o ellittica;

una forma appiattita o fusata del nucleo, ad esempio, si ritrova nelle cellule che hanno una forma pavimentosa. Anche la posizione del nucleo è

caratteristica di ogni tipo cellulare: potrebbe essere basale, perfettamente centrale, o periferica, confinata in una regione ben precisa. Comunque il

nucleo deve poter mantenere una morfologia e una posizione ben costante, e questo è regolato dalla cellula stessa, della quale fa parte.

La cellula presenta una membrana plasmatica che la delimita, mentre il nucleoplasma, la matrice nucleare e tutto ciò che è contenuto è delimitato

L’involucro nucleare

da un involucro nucleare. (che NON può essere confuso con la membrana nucleare, perché sono 2 cose diverse

concettualmente e strutturalmente) è formato da una membrana interna in continuità con una membrana nucleare esterna, a sua volta in continuità

con la cisterna del RER; c’è quindi continuità tra lo spazio tra le 2 membrane nucleari e il lume della cisterna del RER, sulla membrana nucleare

esterna sono adesi i ribosomi, che son adesi anche a livello della membrana del RER. La membrana nucleare interna e quella esterna, che hanno

uno spessore di 7­8 nm, non sono delle strutture continue, sono fuse tra di loro per poter costituire il poro nucleare, e sono separate dallo spazio

poro nucleare

perinucleare (di circa 10­50 nm), con l’obiettivo di creare una barriera tra nucleo e citoplasma. Il non è

un semplice punto di passaggio, ma, per poter garantire che il contenuto nucleare possa essere selettivamente

trattenuto nel nucleo e ciò che c’è nel citoplasma non possa passare nel nucleo in modo non controllato, a livello del

poro nucleare è presente un complesso proteico, formato da un numero ben preciso di proteine, che selettivamente

decide ciò che deve entrare e ciò che deve uscire. Quindi il poro garantisce una comunicazione

nucleoplasma­citoplasma e viceversa, ma questo passaggio è selettivamente controllato. Lo spazio presente

tra le 2 membrane, la cisterna perinucleare, è necessaria per impedire che le 2 membrane collassino l’una sull’altra e che mantengano una corretta

lamina nucleare

e costante distanza. Al di sotto della membrana nucleare interna c’è una fitta rete di filamenti intermedi, ovvero la formata dalle

lamìne, che ha diversi significati: essendo dei filamenti intermedi sono una componente nucleoscheletrica, quindi da loro dipende l’esigenza del

nucleo di mantenere una particolare struttura, inoltre sono disposti in modo ordinato, quindi rappresentano anche dei punti di ancoraggio per la

cromatina, in particolar modo per l’eterocromatina (cromatina che essendo compatta non si rende disponibile nei confronti di quegli enzimi che sono

preposti ad una trascrizione, quindi è quella porzione di DNA i cui geni sono stati silenziati e non vengono trascritti, perciò non daranno origine a

specifici RNA messaggeri); nel nucleo è presente anche l’eucromatina, che è la cromatina la cui disposizione è ottimale per essere agganciata dagli

matrice nucleare,

enzimi preposti ai processi di trascrizione. La costituita anch’essa da componenti proteiche fibrose, rappresenta un punto di

aggancio per l’organizzazione delle molecole di DNA all’interno del nucleo.

complesso del poro nucleare,

A livello di ogni poro nucleare si inserisce una struttura proteica, detta con diametro di circa 120 nm. È formato da

un anello localizzato sul lato citosolico e da un anello localizzato sul lato del nucleoplasma, in modo che tutto sia in registro: i 2 anelli poggiano

rispettivamente sulla membrana nucleare esterna e sulla membrana nucleare interna; i 2 anelli sono perfettamente concentrici, uno sopra l’altro, ma

non sono a contatto tra di loro, poggiano sulle membrane nucleari. L’anello citoplasmatico ha una particolarità che non si ritrova nell’anello volto

verso il nucleoplasma: dall’anello citoplasmatico si dipartono delle strutture fibrose di natura proteica, estremamente importanti per riconoscere ciò

che dal citoplasma dovrà entrare nel nucleo, che vanno a costituire una struttura a canestro perché confluiscono verso un anello più interno e più

piccolo, e vanno quindi ad agganciarsi alla struttura ottamerica, alle proteine disposte a costituire la struttura portante. Su entrambi i lati della

cisterna perinucleare sporgono 2 anelli, ogni anello è formato da 8 subunità proteiche che sono visibili singolarmente; questo 8 subunità proteiche

vengono mantenute in registro da 8 braccia proteiche. All’interno del complesso del poro c’è una struttura che fino a qualche tempo fa era chiamata

trasportatore o granulo del trasportatore, perché era stata ipotizzata la presenza di questa struttura proteica attraverso la quale passa ciò che dal

citoplasma va al nucleoplasma e viceversa, in realtà non era stata l’unica regione identificata come punto di passaggio, perché si ipotizzava che

attraverso di esso venissero trasportate le molecole molto ingombranti, mentre dagli 8 pori tra una proteina e l’altra passassero le molecole di

dimensioni inferiori. Ad oggi, rispetto a questa ipotesi, ci sono 2 schieramenti: alcuni studiosi sostengono la presenza del trasportatore e di un

passaggio attraverso di esso, altri invece non ammettono la presenza di alcun granulo centrale; è stato però proposto un nuovo modello in cui sono

state identificate altre proteine che regolano il passaggio attraverso questo complesso.

A livello del complesso del poro nucleare sono presenti delle proteine, dette nucleoporine (strutture filamentose che fungono da filtro), che

costituiscono una struttura estesa e flessibile che crea un setaccio idrofobico per controllare e garantire un corretto trasporto in entrambi i sensi; le

molecole che devono passare attraverso questo complesso sono: proteine istoniche (sono quelle che intervengono nel compattare il DNA),

nucleosidi trifosfato (per la duplicazione del DNA e per la trascrizione di RNA messaggeri, RNA transfer ed RNA ribosomiali), enzimi preposti ad

trascrizione e traduzione, proteine di natura strutturale, lamìne, ioni. Le molecole che hanno piccole dimensioni passano per diffusione, i punti di

passaggio sono gli 8 piccoli spazi tra una subunità e l’altra che costituiscono l’anello, e si pensa che possa avvenire un trasporto passivo che non

richiede energia (ioni, nucleosidi trifosfati, piccole proteine, enzimi…dimensioni compatibili con un diametro di circa 9 nm); le grosse molecole, che

invece non riescono a passare attraverso questi piccoli passaggi, devono per forza passare nella parte centrale del complesso del poro, ma

richiedono un meccanismo di controllo, perché possa avvenire il loro trasporto, infatti, servono delle specifiche proteine, chiamate importine ed

esportine. In quest’ultimo caso, quindi, il trasporto è attivo, e si tratta di enzimi preposti alla sintesi di DNA ed RNA che hanno un peso molecolare

superiore a 100.000 D, subunità ribosomiali singole, complessi ribonucleici.

Modello di importazione delle proteine

Sono stati presi degli oociti di anfibio in cui sono state iniettate particelle sintetizzate con diametri molto diversi, iniettando queste particelle di

diverse dimensioni si è visto quali riuscivano a passare e quali no. Questa è stata la prima evidenza sperimentale che ha evidenziato un passaggio

attraverso il poro nucleare. Esse sono state rivestite con proteine di interesse nucleare, in modo tale che, riconosciut