핵공
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1. 개요
핵공은 세포 핵막에 존재하는 거대한 단백질 복합체로, 세포질과 핵 사이의 물질 수송을 조절하는 역할을 한다. 핵공은 세포의 상태에 따라 개수가 다르며, 누클레오포린(nucleoporin, Nup)이라는 단백질로 구성되어 있다. 핵공 복합체는 8개의 서브 유닛이 회전 대칭으로 배치되어 있으며, 세포질 필라멘트와 핵 바스켓 구조를 가지고 있다. 작은 입자는 수동 확산을 통해 핵공을 통과하며, 더 큰 입자는 핵 수송 수용체의 도움을 받아 능동 수송된다. 핵공의 형성 및 분해는 세포 주기와 밀접하게 관련되어 있으며, 다양한 모델을 통해 조립 과정이 연구되고 있다.
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2. 구조
핵막공의 수는 세포의 상태에 따라 다르지만, 핵 하나당 출아 효모에서는 평균 100개 이상(약 10개/μm2)[3], 쥐 NRK 세포에서는 1700개 전후(약 3개/μm2)[4]라는 보고가 있다.
사람의 핵막공 복합체는 약 110 MDa의 구조이다. 핵막공 복합체를 만드는 단백질은 누클레오포린(nucleoporin, Nup)으로 알려져 있다. 핵막공 복합체는 적어도 456개의 단백질 분자로 구성되어 있으며, 34종류의 서로 다른 단백질(누클레오포린)을 포함한다[5]。 전형적으로 누클레오포린의 약 절반은 솔레노이드 형의 단백질 도메인――α-솔레노이드 또는 β-프로펠라를 가지고 있으며, 그 둘을 별도의 구조 도메인으로 포함하는 경우도 있다. 나머지 절반은 전형적인 천연 변성 단백질의 구조적 특징을 나타내는 매우 유연한 단백질로, 안정된 입체 구조를 갖지 않는다[6]。 이러한 단백질은 FG 누클레오포린이라고 불리며, 그 이름은 아미노산 배열에 페닐알라닌ー글리신의 반복 서열이 다수 존재하는 데서 유래한다[7]。
핵막공 복합체 전체의 직경은 척추동물에서 약 120 nm이다[8]。 채널의 직경은 사람의 경우 5.2 nm[9], 아프리카 발톱 개구리에서는 10.7 nm로 차이가 있으며, 깊이는 약 45 nm이다[10]。 단일 가닥 mRNA의 두께는 0.5 – 1 nm이다. 포유류의 핵막공 복합체는 약 124 MDa로[11] 약 30종류의 단백질로 구성되어 있으며, 각각이 여러 복사본 존재한다[12]。 대조적으로, 효모 ''Saccharomyces cerevisiae''의 것은 작고, 겨우 66 MDa이다[13]。
핵막공 복합체는 8개의 서브 유닛이 회전 대칭으로 배치된 거대한 단백질 복합체이다. 세포질 쪽에는 세포질 필라멘트, 핵질 쪽에는 핵 바스켓이라고 불리는 구조가 튀어나와 있으며, 수송 과정에서는 이러한 구조와 수송되는 물질의 상호 작용이 중요한 역할을 한다. 실제 구멍(아우터 링)을 둘러싼 8개의 단백질 서브 유닛 각각에서, 스포크형 단백질이 구멍을 향해 뻗어 있다[14]。 중심부에는 plug라고 불리는 구조가 인정되지만[14], 다양한 외형을 이루며, 칼슘농도와 구조 변화의 관련성이 지적되고 있지만, 상세한 역할은 불명이다.
2. 1. 구성 요소
핵막공의 수는 세포의 상태에 따라 다르지만, 핵 하나당 출아 효모에서는 평균 100개 이상(약 10개/μm2)[3], 쥐 NRK 세포에서는 1700개 전후(약 3개/μm2)이다.[4]사람의 핵막공 복합체는 약 110 MDa의 구조이다. 핵막공 복합체를 만드는 단백질은 누클레오포린(nucleoporin, Nup)으로 알려져 있으며, 적어도 456개의 단백질 분자로 구성되어 있고 34종류의 서로 다른 단백질(누클레오포린)을 포함한다.[5] 전형적으로 누클레오포린의 약 절반은 솔레노이드 형의 단백질 도메인――α-솔레노이드 또는 β-프로펠라를 가지고 있으며, 그 둘을 별도의 구조 도메인으로 포함하는 경우도 있다. 나머지 절반은 전형적인 천연 변성 단백질의 구조적 특징을 나타내는 매우 유연한 단백질로, 안정된 입체 구조를 갖지 않는다.[6] 이러한 단백질은 FG 누클레오포린이라고 불리며, 그 이름은 아미노산 배열에 페닐알라닌ー글리신의 반복 서열이 다수 존재하는 데서 유래한다.[7]
핵막공 복합체 전체의 직경은 척추동물에서 약 120 nm이다.[8] 채널의 직경은 사람의 경우 5.2 nm[9], 아프리카 발톱 개구리에서는 10.7 nm로 차이가 있으며, 깊이는 약 45 nm이다.[10] 단일 가닥 mRNA의 두께는 0.5 – 1 nm이다. 포유류의 핵막공 복합체는 약 124 MDa로[11] 약 30종류의 단백질로 구성되어 있으며, 각각이 여러 복사본 존재한다.[12] 대조적으로, 효모 ''Saccharomyces cerevisiae''의 것은 작고, 겨우 66 MDa이다.[13]
핵막공 복합체는 8개의 서브 유닛이 회전 대칭으로 배치된 거대한 단백질 복합체이다. 세포질 쪽에는 세포질 필라멘트, 핵질 쪽에는 핵 바스켓이라고 불리는 구조가 튀어나와 있으며, 수송 과정에서는 이러한 구조와 수송되는 물질의 상호 작용이 중요한 역할을 한다. 실제 구멍(아우터 링)을 둘러싼 8개의 단백질 서브 유닛 각각에서, 스포크형 단백질이 구멍을 향해 뻗어 있다.[14] 중심부에는 plug라고 불리는 구조가 있지만,[14] 다양한 외형을 이루며, 칼슘농도와 구조 변화의 관련성이 지적되고 있지만, 상세한 역할은 불명이다.
2. 2. 구조적 특징
핵막공의 수는 세포의 상태에 따라 다르지만, 핵 하나당 출아 효모에서는 평균 100개 이상(약 10개/μm2)[3], 쥐 NRK 세포에서는 1700개 전후(약 3개/μm2)이다.[4]사람의 핵막공 복합체는 약 110 MDa의 구조이다. 핵막공 복합체를 만드는 단백질은 누클레오포린(nucleoporin, Nup)으로 알려져 있으며, 핵막공 복합체는 적어도 456개의 단백질 분자로 구성되어 있고, 34종류의 서로 다른 단백질(누클레오포린)을 포함한다.[5] 누클레오포린의 약 절반은 솔레노이드 형의 단백질 도메인――α-솔레노이드 또는 β-프로펠라를 가지고 있으며, 그 둘을 별도의 구조 도메인으로 포함하는 경우도 있다. 나머지 절반은 전형적인 천연 변성 단백질의 구조적 특징을 나타내는 매우 유연한 단백질로, 안정된 입체 구조를 갖지 않으며,[6] FG 누클레오포린이라고 불린다. FG 누클레오포린은 아미노산 배열에 페닐알라닌ー글리신의 반복 서열이 다수 존재한다.[7]
핵막공 복합체 전체의 직경은 척추동물에서 약 120 nm이다.[8] 채널의 직경은 사람의 경우 5.2 nm[9], 아프리카 발톱 개구리에서는 10.7 nm로 차이가 있으며, 깊이는 약 45 nm이다.[10] 단일 가닥 mRNA의 두께는 0.5 – 1 nm이다. 포유류의 핵막공 복합체는 약 124 MDa로[11] 약 30종류의 단백질로 구성되어 있으며, 각각이 여러 복사본 존재한다.[12] 효모 ''Saccharomyces cerevisiae''의 것은 작고, 겨우 66 MDa이다.[13]
핵막공 복합체는 8개의 서브 유닛이 회전 대칭으로 배치된 거대한 단백질 복합체이다. 세포질 쪽에는 세포질 필라멘트, 핵질 쪽에는 핵 바스켓이라고 불리는 구조가 튀어나와 있으며, 수송 과정에서는 이러한 구조와 수송되는 물질의 상호 작용이 중요한 역할을 한다. 실제 구멍(아우터 링)을 둘러싼 8개의 단백질 서브 유닛 각각에서, 스포크형 단백질이 구멍을 향해 뻗어 있다.[14] 중심부에는 plug라고 불리는 구조가 인정되지만,[14] 다양한 외형을 이루며, 칼슘농도와 구조 변화의 관련성이 지적되고 있지만, 상세한 역할은 불명이다.
3. 수송
작은 입자 (~30–60 kDa)는 수동 확산에 의해 핵막공 복합체를 통과할 수 있다.[15][16] 더 큰 입자도 수동 확산으로 통과할 수 있지만, 그 속도는 분자량에 따라 점차 감소한다. 효율적인 복합체의 통과에는 몇 가지 단백질 인자가 필요하며,[17] 특히 핵 수송 수용체는 짐 분자에 결합하여 핵막공 복합체를 경유한 핵내 통과 (임포틴), 핵외 통과 (엑스포틴)를 매개한다. 핵 수송 수용체의 가장 큰 패밀리는 카리오페린이며, 수십 종류의 임포틴과 엑스포틴이 포함되어 있다. 이 패밀리는 더욱 카리오페린-α와 카리오페린-β 서브패밀리로 분류된다. 다른 핵 수송 수용체에는 NTF2나 NTF2 유사 단백질 등이 있다.
수송의 메커니즘을 설명하기 위해 3가지 모델이 제안되었다.
3. 1. 수송 메커니즘
작은 입자(~30–60 kDa)는 수동 확산에 의해 핵막공 복합체를 통과할 수 있다.[15][16] 더 큰 입자도 수동 확산으로 통과할 수 있지만, 그 속도는 분자량에 따라 점차 감소한다. 효율적인 복합체의 통과는 핵 수송 수용체의 작용이 필요하며,[17] 핵 수송 수용체는 짐 분자에 결합하여 핵막공 복합체를 경유한 핵내 통과 (임포틴), 핵외 통과 (엑스포틴)를 매개한다. 핵 수송 수용체의 가장 큰 패밀리는 카리오페린이며, 여기에는 수십 종류의 임포틴과 엑스포틴이 포함되어 있다.핵 국재화 신호/서열(nuclear localization signal/sequence, NLS)이 노출된 적재 단백질은 빠르고 효율적으로 구멍을 통해 목적지로 수송된다. NLS 서열은 여러 개가 알려져 있으며, 일반적으로 PKKKRKV와 같은 염기성 잔기로 구성된 보존된 서열을 포함하고 있다.[19] NLS를 가진 물질은 임포틴에 의해 핵으로 유입된다.
NLS를 가진 단백질 수송은 먼저 임포틴 α가 NLS 서열에 결합하는 것으로 시작된다. 임포틴 α는 임포틴 β가 결합하기 위한 다리 역할을 한다. 임포틴 β-임포틴 α-적재 단백질 복합체는 핵막공을 통과하여 확산된다. 일단 복합체가 핵 내부로 들어가면, GTP 결합형 Ran (Ran-GTP)이 임포틴 β에 결합하여 임포틴 β를 복합체에서 해리시킨다. 그 후, cellular apoptosis susceptibility protein (CAS)라는 핵 내에서 Ran-GTP와 결합하는 엑스포틴이 임포틴 α를 적재 단백질로부터 해리시킨다. 임포틴 β-RanGTP 복합체와 임포틴 α-CAS-RanGTP 복합체는 확산에 의해 세포질로 다시 수송된다. 세포질에서는 Ran에 결합한 GTP가 GDP로 가수 분해되고, 이에 따라 임포틴 β와 임포틴 α가 해리되어 새로운 NLS 단백질 수송이 가능해진다.[20]
적재 단백질은 샤페론 단백질의 도움을 받아 구멍을 통과하지만, 구멍 통과 자체는 에너지 의존적이지 않다. 그러나 핵 내 수송 사이클 전체로는 2분자의 GTP의 가수 분해가 필요하며, 에너지 의존적인 능동 수송으로 간주된다. 핵 내 수송 사이클은 RanGTP의 핵-세포질 간 농도 기울기에 의해 구동된다.
리보솜의 서브유닛이나 mRNA 등의 일부 분자 및 고분자 복합체는 핵에서 세포질로 수송될 필요가 있다. 핵외 수송은 핵내 수송과 유사한 메커니즘으로 이루어진다. 전형적인 핵외 수송 방식에서는 핵외 수송 신호 (nuclear export signal/sequence, NES)를 가진 단백질이 핵내에서 엑스포틴(한국어 발음표기=CRM1/CRM1영어) 등), Ran-GTP와 헤테로 삼량체 복합체를 형성한다. 그 후 복합체는 세포질로 확산되어 GTP가 가수분해되어 NES 단백질이 유리된다. CRM1-RanGDP는 확산에 의해 핵내로 돌아가 거기서 RanGEF에 의해 GDP가 GTP로 교환된다. 이 과정도 1분자의 GTP를 소비하기 때문에 에너지 의존적이다. 엑스포틴 CRM1에 의한 핵외 수송은 렙토마이신/Leptomycin영어B에 의해 저해된다[21]。
3. 2. 핵 수송 수용체
핵 국재화 신호/서열(nuclear localization signal/sequence, NLS)이 노출된 적재 단백질은 빠르고 효율적으로 핵공을 통해 목적지로 수송된다. NLS 서열은 여러 개가 알려져 있으며, 일반적으로 PKKKRKV와 같은 염기성 잔기로 구성된 보존된 서열을 포함하고 있다.[19] NLS를 가진 물질은 임포틴에 의해 핵으로 유입된다.NLS를 가진 단백질 수송은 먼저 임포틴 α가 NLS 서열에 결합하는 것으로 시작된다. 임포틴 α는 임포틴 β가 결합하기 위한 브리지 역할을 한다. 임포틴 β-임포틴 α-적재 단백질 복합체는 핵막공을 통과하여 확산된다. 복합체가 핵 내부로 들어가면, GTP 결합형 Ran(Ran-GTP)이 임포틴 β에 결합하여 임포틴 β를 복합체에서 해리시킨다. 그 후, cellular apoptosis susceptibility protein (CAS)라는 핵 내에서 Ran-GTP와 결합하는 엑스포틴이 임포틴 α를 적재 단백질로부터 해리시킨다. 임포틴 β-RanGTP 복합체와 임포틴 α-CAS-RanGTP 복합체는 확산에 의해 세포질로 다시 수송된다. 세포질에서는 Ran에 결합한 GTP가 GDP로 가수 분해되고, 이에 따라 임포틴 β와 임포틴 α가 해리되어 새로운 NLS 단백질 수송이 가능해진다.[20]
적재 단백질은 샤페론 단백질의 도움을 받아 구멍을 통과하지만, 구멍 통과 자체는 에너지 의존적이지 않다. 그러나 핵 내 수송 사이클 전체로는 2분자의 GTP의 가수 분해가 필요하며, 에너지 의존적인 능동 수송으로 간주된다. 핵 내 수송 사이클은 RanGTP의 핵-세포질 간 농도 기울기에 의해 구동된다. 이 기울기는 Ran 분자의 GDP를 GTP로 교환하는 단백질인 RanGEF가 핵에만 국재화되어 형성된다. RanGEF의 국재화 때문에, 핵 내의 Ran-GTP의 농도는 세포질과 비교하여 높다.
리보솜의 서브유닛이나 mRNA 등의 일부 분자 및 고분자 복합체는 핵에서 세포질로 수송될 필요가 있다. 핵외 수송은 핵내 수송과 유사한 메커니즘으로 이루어진다.
전형적인 핵외 수송 방식에서는 핵외 수송 신호 (nuclear export signal/sequence, NES)를 가진 단백질이 핵내에서 엑스포틴(label=CRM1/CRM1영어 등), Ran-GTP와 헤테로 삼량체 복합체를 형성한다. 그 후 복합체는 세포질로 확산되어 GTP가 가수분해되어 NES 단백질이 유리된다. CRM1-RanGDP는 확산에 의해 핵내로 돌아가 거기서 RanGEF에 의해 GDP가 GTP로 교환된다. 이 과정도 1분자의 GTP를 소비하기 때문에 에너지 의존적이다. 엑스포틴 CRM1에 의한 핵외 수송은 렙토마이신/Leptomycin영어B에 의해 저해된다[21]。
3. 3. Ran-GTP 사이클
핵 국재화 신호/서열(nuclear localization signal/sequence, NLS)이 노출된 적재 단백질은 빠르고 효율적으로 핵공을 통해 목적지로 수송된다. NLS 서열은 여러 개가 알려져 있으며, 일반적으로 PKKKRKV와 같은 염기성 잔기로 구성된 보존된 서열을 포함하고 있다.[19] NLS를 가진 물질은 임포틴에 의해 핵으로 유입된다.NLS를 가진 단백질 수송은 먼저 임포틴 α가 NLS 서열에 결합하는 것으로 시작된다. 임포틴 α는 임포틴 β가 결합하기 위한 브리지 역할을 한다. 임포틴 β-임포틴 α-적재 단백질 복합체는 핵막공을 통과하여 확산된다. 일단 복합체가 핵 내부로 들어가면, GTP 결합형 Ran (Ran-GTP)이 임포틴 β에 결합하여 임포틴 β를 복합체에서 해리시킨다. 그 후, cellular apoptosis susceptibility protein (CAS)라는 핵 내에서 Ran-GTP와 결합하는 엑스포틴이 임포틴 α를 적재 단백질로부터 해리시킨다. 임포틴 β-RanGTP 복합체와 임포틴 α-CAS-RanGTP 복합체는 확산에 의해 세포질로 다시 수송된다. 세포질에서는 Ran에 결합한 GTP가 GDP로 가수 분해되고, 이에 따라 임포틴 β와 임포틴 α가 해리되어 새로운 NLS 단백질 수송이 가능해진다.[20]
적재 단백질은 샤페론 단백질의 도움을 받아 구멍을 통과하지만, 구멍 통과 자체는 에너지 의존적이지 않다. 그러나 핵 내 수송 사이클 전체로는 2분자의 GTP의 가수 분해가 필요하며, 에너지 의존적인 능동 수송으로 간주된다. 핵 내 수송 사이클은 RanGTP의 핵-세포질 간 농도 기울기에 의해 구동된다. 이 기울기는 Ran 분자의 GDP를 GTP로 교환하는 단백질인 RanGEF가 핵에만 국재화되어 형성된다. RanGEF의 국재화 때문에, 핵 내의 Ran-GTP의 농도는 세포질과 비교하여 높다.
리보솜의 서브유닛이나 mRNA 등의 일부 분자 및 고분자 복합체는 핵에서 세포질로 수송될 필요가 있다. 핵외 수송은 핵내 수송과 유사한 메커니즘으로 이루어진다.
전형적인 핵외 수송 방식에서는 핵외 수송 신호 (nuclear export signal/sequence, NES)를 가진 단백질이 핵내에서 엑스포틴(CRM1/CRM1영어) 등, Ran-GTP와 헤테로 삼량체 복합체를 형성한다. 그 후 복합체는 세포질로 확산되어 GTP가 가수분해되어 NES 단백질이 유리된다. CRM1-RanGDP는 확산에 의해 핵내로 돌아가 거기서 RanGEF에 의해 GDP가 GTP로 교환된다. 이 과정도 1분자의 GTP를 소비하기 때문에 에너지 의존적이다. 엑스포틴 CRM1에 의한 핵외 수송은 렙토마이신/Leptomycin영어B에 의해 저해된다[21]。
3. 4. RNA 수송
RNA의 핵외 수송에는 RNA 종류별로 다양한 경로가 존재한다. RNA의 핵외 수송은 수송에 관여하는 RNA 결합 단백질에 존재하는 NES 신호에 의해 매개된다(단, tRNA는 제외). mRNA 이외의 세포 RNA(tRNA, rRNA, U snRNA, miRNA) 및 바이러스 RNA의 수송은 RanGTP에 의존한다[22]。mRNA의 핵외 수송에는 보존된 mRNA 핵외 수송 인자가 필요하다. 핵외 수송 인자는 Mex67/Tap (대형 서브유닛)과 Mtr2/p15/NXT1영어 (소형 서브유닛)이다. 고등 생물에서는 mRNA의 핵외 수송이 스플라이싱 의존적이라고 생각되며, TREX라고 불리는 단백질 복합체가 스플라이싱된 mRNA로 리크루트된다[23]。RNA 결합 능력이 매우 약한 TAP에 대한 어댑터로서 TREX가 기능한다. 히스톤과 같은 특수한 mRNA에는 스플라이싱에 의존하지 않는 대체적인 mRNA 핵외 수송 경로가 존재한다. 최근 연구 결과에 따르면, 분비 단백질이나 미토콘드리아 단백질을 코딩하는 유전자의 전사 산물에 관해서는 스플라이싱 의존적인 핵외 수송 경로와 대체적인 경로와의 연계가 이루어지고 있음을 시사한다[24]。4. 형성 및 분해
핵공 복합체는 게놈 접근을 제어하므로, 대량의 전사가 필요한 세포 주기 단계에서는 다량의 핵공 복합체가 필요하다. 예를 들어, 포유류나 효모의 세포에서는 핵공 복합체의 수가 세포 주기의 G1기에서 G2기 사이에 두 배로 증가하며, 난모세포에서는 발달의 초기 단계의 빠른 유사분열에 대비하여 다수의 핵공 복합체가 축적되어 있다. 간기의 세포에서도 핵공 복합체의 일부는 손상되므로, 수준을 일정하게 유지하기 위해서는 핵공 복합체를 계속 만들어야 한다. 일부 세포에서는 전사 수요의 증가로 핵공 복합체의 수가 증가하기도 한다[25]。
'''핵막공 복합체의 조립에 관해서는 몇 가지 가설이 존재한다.'''[26] Nup107-160 복합체와 같은 특정 단백질 복합체를 면역 제거하면 구멍이 없는 핵이 형성되므로[27], Nup 복합체는 핵막의 외막과 내막의 융합에 관여하며, 막의 융합이 구멍 형성의 시작 단계가 아닌 것으로 생각된다.
한 가지 가능성은 하나의 단백질 복합체가 크로마틴에 결합하는 것이다. 그 후, 복합체는 크로마틴에 근접한 이중막에 삽입되어 막의 융합을 일으킨다. 이 단백질 복합체의 주변에 다른 인자들이 차례로 결합하여 핵막공 복합체가 형성된다. 유사분열 후의 세포에서는 막이 먼저 형성되고 그 후에 구멍이 삽입된다.
또 다른 모델에서는 단일 단백질 복합체가 아닌 prepore가 먼저 형성된다고 여겨진다. 이 prepore는 몇몇 Nup 복합체가 모여 크로마틴에 결합함으로써 형성된다. 유사분열 후의 막의 재형성 시, 이 prepore의 주위에 이중막이 형성된다. 전자 현미경을 통해, prepore로 보이는 구조체가 핵막이 형성되기 전의 크로마틴 상에서 관찰되고 있다.[28] 세포 주기 간기에는 prepore의 형성은 핵의 내부에서 일어난다. 각 구성 요소는 이미 존재하는 핵막공 복합체를 통해 수송된다. 이러한 Nup은 세포질에서 합성되면 임포틴에 결합하여 세포질에서의 prepore의 형성을 막는다. 핵 내로 수송되면, Ran-GTP가 임포틴에 결합하여 Nup이 방출되어 prepore를 형성할 수 있게 된다. 적어도 Nup107과 Nup153은 임포틴에 결합하여 핵 내로 이동하는 것이 밝혀졌다.[25] 핵막공 복합체의 조립은 아직 밝혀지지 않은 중간 상태가 있는 매우 빠른 과정으로, 단계적으로 진행되는 것으로 시사되고 있다.[29]
'''유사분열 기간 동안 핵막공 복합체는 단계적으로 해체되는 것으로 보인다.''' 핵막공 복합체의 해체는 우선 주변부에 위치하는 Nup98의 해리를 시작으로 시작되며, 핵막공 복합체의 핵을 형성하는 지지 단백질에 앞서 주변부 서브유닛의 해리가 일어나는 것으로 보인다.[30] 이러한 주변부의 해체는 대부분 인산화에 의해 구동되는 것으로 생각된다.[31] 이러한 부분적인 해체에 따른 구조 변화로 핵막공 복합체의 투과성이 증가하고, 세포질의 튜불린 등 핵막의 해체에 관여하는 단백질과 유사분열 조절 인자가 핵 내로 진입하는 것이 가능해진다. 사상균 ''Aspergillus nidulans''와 같은 semi-open형 유사분열(핵막의 완전한 해체는 일어나지 않지만, 핵막공의 변화는 일어난다)을 하는 생물에서는 NIMA나 Cdk1 키나아제 활성화에 의해 30종의 뉴클레오포린 중 14종이 핵이 되는 지지 구조로부터 해리되고, 핵막공이 넓게 열리며 유사분열 조절 인자가 핵 내로 진입한다.[32][33][34] 완전한 closed형 유사분열을 하는 생물에서도 유사분열기에 핵막공의 투과성 변화가 일어나지만, 그 기구는 불명확하다.[35]
4. 1. 형성 (Assembly)
핵막공 복합체의 조립에 관해서는 몇 가지 가설이 존재한다.[26] Nup107-160 복합체와 같은 특정 단백질 복합체를 면역 제거하면 구멍이 없는 핵이 형성되므로[27], Nup 복합체는 핵막의 외막과 내막의 융합에 관여하며, 막의 융합이 구멍 형성의 시작 단계가 아닌 것으로 생각된다.한 가지 가능성은 하나의 단백질 복합체가 크로마틴에 결합하는 것이다. 그 후, 복합체는 크로마틴에 근접한 이중막에 삽입되어 막의 융합을 일으킨다. 이 단백질 복합체의 주변에 다른 인자들이 차례로 결합하여 핵막공 복합체가 형성된다. 유사분열 후의 세포에서는 막이 먼저 형성되고 그 후에 구멍이 삽입된다.
또 다른 모델에서는 단일 단백질 복합체가 아닌 prepore가 먼저 형성된다고 여겨진다. 이 prepore는 몇몇 Nup 복합체가 모여 크로마틴에 결합함으로써 형성된다. 유사분열 후의 막의 재형성 시, 이 prepore의 주위에 이중막이 형성된다. 전자 현미경을 통해, prepore로 보이는 구조체가 핵막이 형성되기 전의 크로마틴 상에서 관찰되고 있다.[28] 세포 주기 간기에는 prepore의 형성은 핵의 내부에서 일어난다. 각 구성 요소는 이미 존재하는 핵막공 복합체를 통해 수송된다. 이러한 Nup은 세포질에서 합성되면 임포틴에 결합하여 세포질에서의 prepore의 형성을 막는다. 핵 내로 수송되면, Ran-GTP가 임포틴에 결합하여 Nup이 방출되어 prepore를 형성할 수 있게 된다. 적어도 Nup107과 Nup153은 임포틴에 결합하여 핵 내로 이동하는 것이 밝혀졌다.[25] 핵막공 복합체의 조립은 아직 밝혀지지 않은 중간 상태가 있는 매우 빠른 과정으로, 단계적으로 진행되는 것으로 시사되고 있다.[29]
4. 2. 분해 (Disassembly)
유사분열 기간 동안 핵막공 복합체는 단계적으로 해체되는 것으로 보인다. 핵막공 복합체의 해체는 우선 주변부에 위치하는 Nup98의 해리를 시작으로 시작되며, 핵막공 복합체의 핵을 형성하는 지지 단백질에 앞서 주변부 서브유닛의 해리가 일어나는 것으로 보인다.[30] 이러한 주변부의 해체는 대부분 인산화에 의해 구동되는 것으로 생각된다.[31] 이러한 부분적인 해체에 따른 구조 변화로 핵막공 복합체의 투과성이 증가하고, 세포질의 튜불린 등 핵막의 해체에 관여하는 단백질과 유사분열 조절 인자가 핵 내로 진입하는 것이 가능해진다. 사상균 ''Aspergillus nidulans''와 같은 semi-open형 유사분열(핵막의 완전한 해체는 일어나지 않지만, 핵막공의 변화는 일어난다)을 하는 생물에서는 NIMA나 Cdk1 키나아제 활성화에 의해 30종의 뉴클레오포린 중 14종이 핵이 되는 지지 구조로부터 해리되고, 핵막공이 넓게 열리며 유사분열 조절 인자가 핵 내로 진입한다.[32][33][34] 완전한 closed형 유사분열을 하는 생물에서도 유사분열기에 핵막공의 투과성 변화가 일어나지만, 그 기구는 불명확하다.[35]참조
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