Çekirdek ve Çekirdek Zarı
Çekirdek, hücrenin genomunu barındıran ve ökaryotik hücrelerin ayırt edici özelliği olan, zarla çevrili bir kompartımandır. Çekirdek ile sitoplazma arasındaki moleküllerin seçici geçişini düzenleyen çekirdek zar gözenek kompleksleri (nuclear pore complexes) tarafından delinmiş çift katlı bir zar olan çekirdek zarı ile çevrilidir ve kromatini gen ifadesini etkileyecek şekilde uzamsal olarak düzenlemektedir.
Tanım
Çekirdek, hücrenin kromozomal DNA'sını içeren, endoplazmik retikulum ile devamlılık gösteren çift katlı bir zar olan ve nükleositoplazmik taşınmayı sağlayan çekirdek zar gözenek kompleksleri tarafından delinmiş çekirdek zarı ile çevrili ökaryotik bir organeldir.
Kapsam
Bu madde, çekirdeğin ve zarının yapısını; çift katlı zarı, çekirdek laminasını (nuclear lamina), çekirdek zar gözenek komplekslerini ve kromatinin ile çekirdekçiğin (nukleolus) uzamsal organizasyonunu kapsamaktadır. Çekirdek, hücre biyolojisinde yapısal ve referans bir konu olarak ele alınmaktadır; transkripsiyon ve replikasyonun moleküler detayları ilgili maddelerde incelenmekte olup, klinik yönetim bilgisi sunulmamaktadır.
Temel sorular
- Çekirdek zarı, genomu sitoplazmadan nasıl ayırır?
- Çekirdek zar gözenek kompleksleri, çekirdek ile sitoplazma arasında neyin geçeceğini nasıl seçer?
- Kromatin, çekirdek içinde üç boyutlu olarak nasıl organize edilir?
- Mekanik sinyaller, çekirdek zarı aracılığıyla genoma nasıl ulaşır?
Anahtar kavramlar
- Çekirdek zarı (çift katlı zar)
- Çekirdek zar gözenek kompleksi
- Çekirdek laminası (nuclear lamina) ve laminler
- Kromatin ve kromozom bölgeleri (chromosome territories)
- Çekirdekçik (nukleolus) ve ribozom biyogenezi
- Nükleositoplazmik taşıma
- Heterokromatin ve ökromatin
Temel kuramlar
- Çekirdek mekanotransdüksiyonu (Nuclear mechanotransduction)
- Uhler ve Shivashankar, sitoiskelet ve çekirdek zarı (LINC kompleksi ve lamina aracılığıyla) yoluyla iletilen mekanik kuvvetlerin kromatin organizasyonunu ve gen ifadesini nasıl değiştirdiğini, hücre şeklini ve fiziksel çevreyi genoma bağlayarak açıklamaktadır.
Mekanizmalar
Çekirdek zarı, endoplazmik retikulum lümeni ile devamlılık gösteren perinükleer bir boşlukla ayrılmış bir iç ve dış zardan oluşmaktadır; iç zar, zarı destekleyen ve kromatini bağlayan lamin ara filamentlerinden oluşan bir ağ olan çekirdek laminası (nuclear lamina) ile kaplıdır. Çekirdek zar gözenek kompleksleri her iki zarı da kat eder ve seçici kapılar gibi işlev görerek küçük moleküllerin serbestçe geçişine izin verirken, taşıyıcı reseptörlerle etkileşimler yoluyla protein ve RNA'ların taşınmasını kontrol etmektedir. İç kısımda, kromatin rastgele olmayan bir şekilde kromozom bölgelerine (chromosome territories) ve transkripsiyonel olarak aktif ve sessiz bölgelere ayrılmıştır ve bu uzamsal düzenleme, ribozomların çekirdekçikte (nukleolus) bir araya gelmesiyle birlikte gen regülasyonuna bağlıdır ve zar boyunca iletilen mekanik girdilerden etkilenebilmektedir.
Klinik önem
Çekirdek mimarisi, çekirdek boyutu, şekli ve kromatin paterninin doku değerlendirmesine bilgi sağladığı histopatoloji için önemlidir ve çekirdek zarı proteinlerindeki anormallikler kalıtsal bozukluklarla ilişkilendirilmektedir. Bu madde, referans ve eğitim amaçlı normal çekirdek yapısını tanımlamakta olup, teşhis veya tedavi için bir temel değildir.
Kanıt ve kılavuzlar
Buradaki yapısal ve işlevsel açıklama, çekirdek zar gözenek kompleksleri ve çekirdek mekanotransdüksiyonu (nuclear mechanotransduction) üzerine yapılan derlemelere, çekirdek organizasyonu üzerine birincil çalışmalara ve standart ders kitaplarına dayanmaktadır. Bu, klinik kılavuz materyali olmaktan ziyade tanımlayıcı hücre biyolojisi niteliğindedir.
Tarihçe
Çekirdek, ilk mikroskopçular tarafından tanımlanan ilk organellerden biriydi ve on dokuzuncu yüzyılın sonlarında kalıtımın taşıyıcısı olarak tanınmıştır. Elektron mikroskobu daha sonra çift katlı zarı ve çekirdek zar gözenek komplekslerini çözümlemiş, biyokimya ise çekirdek laminasının (nuclear lamina) laminlerini tanımlamıştır. Daha yakın tarihli çalışmalar, kromatinin üç boyutlu organizasyonunu bölgelere ayırmış ve çubuk fotoreseptör çekirdeklerinin kromatini nasıl yeniden düzenlediğine dair çalışmalarda ve çekirdek mekanotransdüksiyonu (nuclear mechanotransduction) üzerine yapılan derlemelerde olduğu gibi çekirdek mekaniğini gen regülasyonuna bağlamıştır.
Tartışmalar
- Genomun uzamsal organizasyonu ne kadar belirleyicidir?
- Kromatin konumlandırmasının gen ifadesini aktif olarak yönlendirip yönlendirmediği veya büyük ölçüde yansıtıp yansıtmadığı hala tartışılmaktadır; gece çubuk hücrelerinin tersine dönmüş çekirdek mimarisi gibi gözlemler, radikal yeniden organizasyonun mümkün ve işlevsel olarak önemli olduğunu göstermektedir, ancak nedensel yön hala incelenmektedir.
Öne çıkan isimler
- Michael P. Rout
- Caterina Strambio-De-Castillia
- G. V. Shivashankar
- Thomas Cremer
İlgili konular
Temel eserler
- strambio-decastillia-2010
- solovei-2009
Sıkça sorulan sorular
- Çekirdek zarı tek katlı bir zar mıdır?
- Hayır. Dış zarı endoplazmik retikulum ile devamlılık gösteren ve iç zarı çekirdek laminası (nuclear lamina) ile kaplı çift katlı bir zardır; bu iki zar çekirdek zar gözenek komplekslerinde birleşmektedir.
- Büyük moleküller çekirdeğe nasıl girer ve çıkar?
- Çekirdek zar gözenek kompleksleri aracılığıyla. Bu kompleksler küçük moleküllerin serbestçe difüzyonuna izin verirken, daha büyük protein ve RNA'ları seçici ve düzenlenmiş bir şekilde taşımak için taşıyıcı reseptörlere ihtiyaç duyar.