Depuis la découverte du noyau par Robert Brown en 1833, on sait que le noyau est entouré d’une structure membraneuse. La membrane nucléaire est une bicouche lipidique enfermant le noyau et l’isolant physiquement du reste de la cellule, ce qui permet à des processus moléculaires importants de se produire dans le noyau, sans interférence du cytoplasme. Des exemples d’images de protéines localisées à la membrane nucléaire peuvent être vus dans la Figure 1.,
dans L’Atlas cellulaire, il a été démontré que 277 gènes (1% de tous les gènes humains codant des protéines) codent des protéines qui se localisent à la membrane nucléaire (Figure 2). Une analyse D’enrichissement fonctionnel basée sur L’ontologie génique (GO) des protéines membranaires nucléaires montre l’enrichissement de termes pour des processus biologiques principalement liés à l’organisation structurelle du noyau et au transport nucléocytoplasmique., Environ 85% (n=236) des protéines membranaires nucléaires se localisent dans d’autres compartiments cellulaires en plus de la membrane nucléaire, et 30% (n=82) se localisent également dans d’autres sous-structures à l’intérieur du Méta-compartiment nucléaire. La localisation supplémentaire la plus courante à l’exception du nucléoplasme est les vésicules.
TPR – A-431
LMNB1 – MCF7
SUN2 – a-431
Figure 1. Exemples de protéines localisées à la membrane nucléaire. Le TPR fait partie du complexe de pores nucléaires requis dans le trafic nucléaire et est spécifiquement impliqué dans l’exportation nucléaire d’ARNm (détectés dans les cellules A-431)., LMNB1 fait partie de la lame nucléaire et est un type de protéine de filament intermédiaire (détectée dans les cellules MCF7). SUN2 est connu pour faire partie des complexes de protéines LINC qui permettent la connexion du cytosquelette à la membrane nucléaire (détectée dans les cellules A-431).
- 1% (277 protéines) de toutes les protéines humaines ont été détectées expérimentalement dans la membrane nucléaire par l’Atlas des Protéines Humaines.
- 67 protéines dans la membrane nucléaire sont étayées par des preuves expérimentales et sur ces 17 protéines sont améliorées par L’Atlas des protéines humaines.,
- 236 protéines dans la membrane nucléaire ont plusieurs emplacements.
- 41 les protéines de la membrane nucléaire présentent une variation de cellule à cellule. Parmi ceux-ci, 37 montrent une variation d’intensité et 4 une variation spatiale.
- Nucléaire des protéines membranaires impliquées dans l’organisation du noyau et de transport nucléocytoplasmique.
la Figure 2. 1% de tous les gènes codant des protéines humaines codent des protéines localisées à la membrane nucléaire. Chaque barre est cliquable et donne un résultat de recherche de protéines appartenant à la catégorie sélectionnée.,
La structure de la membrane nucléaire
La membrane nucléaire, aussi connu comme l’enveloppe nucléaire, se compose de deux bicouches lipidiques. La membrane la plus externe est contiguë au réticulum endoplasmique (ER), tandis que la membrane la plus interne est tapissée d’un réseau fibrillaire constitué de protéines filamentaires intermédiaires nucléaires, appelées lamines nucléaires. La lame nucléaire fournit un soutien structurel et agit comme un point d’ancrage pour la chromatine, jouant ainsi un rôle important dans l’organisation nucléaire., Il a été suggéré que les lamines peuvent également participer à la réparation de l’ADN, ainsi qu’à la régulation de la réplication et de la transcription de l’ADN (Dechat T et al. (2008)). Les lamines sont classées comme de type A ou B et présentent différentes propriétés biochimiques et fonctionnelles en termes de points isoélectriques et de comportement pendant la mitose. Pendant la phase mitotique de la division cellulaire, les lamines de type B restent associées aux membranes, tandis que les lamines de type A sont solubilisées et dispersées (Gruenbaum Y et al. (2005); Stuurman N et coll. (1998))., Une sélection de protéines appropriées comme marqueurs pour la lame nucléaire et la membrane nucléaire peut être trouvée dans le tableau 1. Une liste des protéines membranaires nucléaires hautement exprimées, y compris les lamines, est résumée dans le tableau 2.
le Tableau 1. Sélection de protéines appropriées comme marqueurs pour la membrane nucléaire.,etin
Table 2., Protéines membranaires nucléaires localisées uniques hautement exprimées à travers différentes lignées cellulaires.,td>LMNB1
The space between the inner and the outer membrane is called the perinuclear space., Les membranes sont reliées les unes aux autres à de grands complexes protéiques, connus sous le nom de complexes de pores nucléaires, formant un grand nombre de canaux qui permettent le transport Dans et hors du noyau. Chaque complexe de pores nucléaires se compose de 100-200 protéines qui forment une symétrie annulaire caractéristique de huit fois (Paine PL et al. (1975); Reichelt R et coll. (1990); CALLAN HG et coll. (1950)). Lors de l’imagerie d’une intersection de la cellule, la membrane nucléaire est visible sous la forme d’un mince cercle le long du bord externe du noyau, ce qui est cohérent entre les lignées cellulaires (Figure 3)., La membrane n’est cependant pas parfaitement lisse et les cavités membraneuses peuvent apparaître comme de petits cercles ou points à l’intérieur du noyau, à ne pas confondre avec les corps nucléaires.
LBR – HEK 293
LBR – U-2 OS
LBR – RH-30
Figure 3. Des exemples de la morphologie de la membrane nucléaire dans différentes lignées cellulaires, où la morphologie est relativement uniforme. Les images montrent des taches immunofluorescentes de la protéine LBR dans les cellules HEK 293, U-2 OS et RH-30.
la Figure 4. Vue 3D de la membrane nucléaire dans U-2 OS, visualisée par coloration immunofluorescente de LMNB1., La morphologie de la membrane nucléaire dans les cellules souches induites par L’homme peut être vue dans le Allen Cell Explorer.
la fonction de la membrane nucléaire
la membrane nucléaire Sert de barrière entre le noyau et le cytoplasme, séparant la régulation et la transcription des gènes dans le noyau de la traduction dans le cytoplasme (CALLAN HG et al. (1950); WATSON ML & période; (1955)). Les pores nucléaires permettent la diffusion de petites molécules, mais aussi le transport actif de molécules plus grosses comme L’ARN et les protéines, à travers la membrane nucléaire (Paine PL et al., (1975); BAHR GF et al. (1954)). En ce sens, la membrane nucléaire crée à la fois une barrière, mais aussi un lien, entre le noyau et le reste de la cellule. La membrane nucléaire est une structure très dynamique, dont la composition est modifiée tout au long du cycle cellulaire. Après la réplication en phase S, la membrane nucléaire se dilate en G2, mais se décompose ensuite lors de l’entrée dans la mitose pour permettre la connexion de l’appareil de broche aux chromatides sœurs., Le mécanisme de dégradation implique le démontage des complexes de pores nucléaires, la dépolymérisation de la lame nucléaire, l’élimination des protéines associées à la membrane nucléaire interne. Le réassemblage de la membrane nucléaire se produit après l’achèvement de la mitose (Terasaki M et al. (2001); Dultz E et coll. (2008); Salina D et coll. (2002); Beaudouin J et coll. (2002); Gerace L et coll. (1980); Ellenberg J et coll. (1997); Yang L et coll. (1997)). Des Mutations dans les gènes codant pour les protéines associées aux lamines nucléaires donnent lieu à plusieurs maladies, appelées collectivement laminopathies., Un exemple est la protéine émerine qui assure l’ancrage de la membrane nucléaire au cytosquelette (Figure 6). Les Mutations du gène EMD provoquent la dystrophie musculaire Emery-Dreifuss( EDMD); une maladie liée au chromosome X caractérisée par des contractures et dans de nombreux cas également une cardiomyopathie (Bione s et al. (1994)).
L’analyse D’ontologie génique (GO) des gènes codant des protéines principalement localisées à la membrane nucléaire révèle un enrichissement des termes GO décrivant des fonctions qui sont bien en ligne avec les fonctions connues de la membrane nucléaire., Les Termes enrichis pour le processus biologique du domaine GO sont principalement liés au transport moléculaire (Figure 5a). L’analyse d’enrichissement de la fonction moléculaire du domaine GO donne les meilleurs résultats pour les termes liés aux lamines, aux complexes de pores nucléaires et au trafic nucléaire (Figure 5b).
Figure 5a. analyse D’enrichissement basée sur L’ontologie génétique pour le protéome membranaire nucléaire montrant les Termes significativement enrichis pour le processus biologique du domaine GO. Chaque barre est cliquable et donne un résultat de recherche de protéines appartenant à la catégorie sélectionnée.
la Figure 5b., Analyse d’enrichissement basée sur l’ontologie génétique pour le protéome membranaire nucléaire montrant les Termes significativement enrichis pour la fonction moléculaire du domaine GO. Chaque barre est cliquable et donne un résultat de recherche de protéines appartenant à la catégorie sélectionnée.
protéines membranaires nucléaires à emplacements multiples
parmi les protéines membranaires nucléaires identifiées dans L’Atlas cellulaire, environ 85% (n=236) se localisent également dans d’autres compartiments cellulaires (Figure 6). 30% (n=82) de toutes les protéines membranaires nucléaires ne se localisent que dans d’autres structures nucléaires., Le tracé du réseau montre que les emplacements les plus communs partagés avec la membrane nucléaire sont le nucléoplasme, le cytosol et les vésicules, le nucléoplasme et les vésicules étant surreprésentés. La localisation à la fois à la membrane nucléaire et au nucléoplasme pourrait mettre en évidence des protéines qui se localisent au nucléoplasme et sont enrichies à la surface interne de la membrane nucléaire ou de la lame nucléaire, peut-être en fonction du type ou de l’état cellulaire., La localisation de la membrane nucléaire et des vésicules pourrait refléter le fait que la membrane nucléaire est connectée aux voies sécrétoires par son association avec les protéines ER et/ou highlight impliquées dans le transport nucléaire. Des exemples de protéines multilocalisantes dans le protéome membranaire nucléaire peuvent être vus dans la Figure 7.
la Figure 6. Tracé en réseau interactif de protéines membranaires nucléaires avec de multiples localisations. Les nombres dans les nœuds de connexion montrent les protéines qui sont localisées à la membrane nucléaire et à un ou plusieurs emplacements supplémentaires., Seuls les nœuds de connexion contenant plus d’une protéine et au moins 0,5% de protéines dans le protéome membranaire nucléaire sont représentés. Les tailles de cercle sont liées au nombre de protéines. Les nœuds de couleur cyan montrent des combinaisons qui sont significativement surreprésentées, tandis que les nœuds de couleur magenta montrent des combinaisons qui sont significativement sous-représentées par rapport à la probabilité d’observer cette combinaison en fonction de la fréquence de chaque annotation et d’un test hypergéométrique (p?0.05). Notez que ce calcul n’est effectué que pour les protéines à double localisation., Chaque nœud est cliquable et donne une liste de toutes les protéines présentes dans les organites connectés.
EMD – U-251 MG
MX1 – U-2 OS
le nom tor1a – MCF7
la Figure 7. Exemples de protéines multilocalisantes dans le protéome membranaire nucléaire. Les exemples montrent des combinaisons communes ou surreprésentées pour les protéines multilocalisantes dans le protéome membranaire nucléaire. EMD est connu pour être impliqué dans de multiples processus, par exemple la formation et la stabilisation de l’actine. La DME est localisée à la membrane nucléaire et à L’ER (détectée dans les cellules U-251)., MX1 inhibe la réplication du virus en empêchant l’importation nucléaire de compartiments viraux et est une protéine membranaire périphérique. MX1 est localisé à la membrane nucléaire et au cytosol (détecté dans les cellules U-2 OS). TOR1A effectue une variété de tâches telles que le pliage des protéines et le contrôle des mouvements cellulaires. Il est localisé à la membrane nucléaire et aux vésicules (détecté dans les cellules MCF7).,
niveaux D’Expression des protéines membranaires nucléaires dans les tissus
l’analyse du Transcriptome et la classification des gènes en catégories de distribution tissulaire (Figure 8) montrent que les gènes codant pour les protéines membranaires nucléaires présentent une distribution similaire entre ces classes, comme tous les gènes présentés dans L’Atlas cellulaire.
la Figure 8. Graphique en barres montrant le pourcentage de gènes dans différentes catégories de distribution tissulaire pour les gènes codant des protéines associées à la membrane nucléaire par rapport à tous les gènes de l’Atlas cellulaire., L’astérisque marque un écart statistiquement significatif (p≤0,05) dans le nombre de gènes d’une catégorie sur la base d’un test statistique binomial. Chaque barre est cliquable et donne un résultat de recherche de protéines appartenant à la catégorie sélectionnée.
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