Fig. 1 Estruturas gerais do núcleo celular e estruturas subnucleares. O envelope nuclear consiste em duas membranas (duas bicamadas lipídicas), sendo a externa contínua à membrana do Retículo Endoplasmático e seu lúmen está em continuidade com o espaço entre as duas membranas nucleares, chamado de espaço perinuclear. Os poros nucleares estão conectados às bicamadas das membranas interna e externa. Revestindo interiormente o envelope está a lâmina nuclear, composta por filamentos intermediários de laminina, formando uma rede capaz de dar suporte mecânico ao envelope nuclear. No interior do núcleo é encontrado, no nucleoplasma (o espaço intranuclear), a cromatina. Esta é o material genético (DNA) associado a proteínas chamadas histonas, que interagem firmemente com as dupla-fitas de DNA, influenciando na forma como os cromossomos podem ser encontrados de acordo com a fase do ciclo celular em que a célula está. Os cromossomos podem estar como heterocromatina, altamente compactados e densos (fibras de 30nm), sem atividade de transcrição, ou podem estar como eucromatina, mais descondensados, o que pode indicar atividade transcripcional de seus genes (“colar de contas”). O interior do núcleo também é composto por duas outras estruturas que não são delimitadas por membranas: o nucléolo, um aglomerado de macromoléculas como o DNA para transcrição de ribossomos, além de enzimas voltadas à transcrição destes e dos próprios RNAr maduros, formando uma estrutura muito eletrodensa (figura A); e os corpos de Cajal, em grande número no núcleo, que são agregados de proteínas e componentes de RNA envolvidos na síntese, montagem e estocagem de macromoléculas envolvidas na expressão gênica. Os corpos de Cajal são o local no núcleo onde ocorre o splicing do RNA.

 

Fig. 2 Lâmina nuclear e filamentos intermediários de laminina. A lâmina nuclear (figura A) é formada por filamentos intermediários compostos das lamininas A, B e C, as quais formam uma malha que reveste a membrana nuclear interna, garantindo força mecânica e impedindo que ela se desfaça, além de se relacionar com a cromatina. Durante o ciclo celular, a célula deve compactar seu genoma duplicado para a segregação das cromátides. Na intérfase, o DNA está descompactado e o genoma encontra-se espalhado pelo núcleo, mas ao entrar em processo de divisão, o DNA se condensa (formando os cromossomos mitóticos altamente condensados) e as lamininas são fosforiladas, fazendo com que a lâmina nuclear se desfaça e causando fragmentação do envelope nuclear. No final do ciclo, a laminina se desfosforila e assim os vários fragmentos do núcleo se fusionam ao redor das cromátides condensadas, refazendo os núcleos das células-filhas, e o DNA volta a se descondensar em cada uma delas.

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Fig. 3 Corpos de Cajal e o processo de splicing. Os corpos de Cajal, em grande número no núcleo, são agregados de proteínas e componentes de RNA envolvidos na síntese, montagem e estocagem de macromoléculas envolvidas na expressão gênica. É o “local” no núcleo onde ocorre o processo de splicing. O DNA possui em sua estrutura genes interrompidos, que são transcritos para a fita de RNA recém-sintetizada, ou pré-RNA, permanecendo como regiões conhecidas como íntrons e éxons. No processo de splicing, os íntrons são removidos do pré-RNA, e os éxons permanecem formando a fita de RNA maduro.

 

Fig. 4 Estrutura do complexo de poros nucleares ou NPCs. Os poros nucleares são formados por uma diversidade de proteínas diferentes (conhecidas como nucleoporinas), arranjadas em uma simetria octagonal. Ele fica aderido na dupla camada do envelope nuclear, conectados às bicamadas. São seletivos, ou seja, permitem a passagem rápida de moléculas até 5kDa. Moléculas entre 5kDa e 60kDa podem entrar no núcleo, mas entram em menor velocidade e sua passagem pode ser regulada. Já moléculas maiores que 60kDa necessitam obrigatoriamente de uma sequência sinal para importação ou exportação nuclear. Fibrilas se projetam dos dois lados do poro, sendo que na face citosólica eles permanecem como fibrilas citoplasmáticas e, dentro do núcleo, formam uma cesta, chamada de cesta nuclear; a porção transmembranar, que ancora o poro à membrana, é chamada de cerne (figura A). A figura B mostra os poros do lado nuclear da membrana, e a figura D mostra uma vista frontal. A figura C mostra o processo de transporte ativo dos poros (a substância a ser transporta encontra-se no lado do citosol, apontada pelas setas).

 

Fig. 5 Importação Nuclear. Uma proteína que realiza sua função no núcleo precisa conter em sua cadeia  uma sequência sinal de localização nuclear (NLS). Esta sequência é reconhecida por um receptor de importação nuclear (importina) que se liga a sua estrutura. Os receptores de importação carregados se ligam ao poro pelo lado citoplasmático e são movidos para dentro do núcleo, onde a ligação com a proteína Ran, ligada à um GTP ( Ran-GTP) leva a liberação da proteína que está sendo transportada do receptor.  O receptor de importação sem a presença da proteína volta para o citosol, onde o GTP é hidrolisado em GDP (Ran-GDP), levando a liberação do Ran (que serão reaproveitados tanto a proteína Ran quanto o receptor pela célula).

 

Fig. 6 -  Compactação do DNA.  No núcleo está contido o material genético da célula, responsável por comandar todas suas funções e hereditariedade. Porém, este material, o DNA, é muito extenso (2 metros em humanos) e o núcleo celular é um local pequeno e limitado (6 micrometros). Visando  resolver este problema a célula compacta este material através das Histonas. As histonas são proteínas que se unem ao DNA, como mostrado em (A), e se entrelaçam transformando uma estrutura de colar de contas (C) em formas cada vez mais condensadas na forma de fibra de 30 nm (B). Dependendo da necessidade da célula a cromatina (DNA+ proteínas) pode se apresentar de diferentes formas. Como Heterocromatina (fibra de 30 nm), altamente compactada e sem expressão genética ativa (não transcrevem RNA) ou como Eucromatina (colar de contas) , que se encontra descondensada, podendo ser ou não ativa (ocorrendo ou não sua transcrição).

 

Fig 7: Nucléolo. O nucléolo é um aglomerado de macromoléculas, possuindo um centro fibrilar composto dos genes (fragmentos de DNA) para transcrição de ribossomos (genes que codificam as subunidades ribossomais), além de enzimas voltadas à transcrição destes (entre elas, a RNA polimerase I) e pré-RNAr, e os componentes granulares, os pré-ribossomos, além dos próprios RNAr maduros, antes de saírem para o citoplasma. Estes componentes formam uma estrutura muito eletrodensa, mais “escura”, visível na microscopia eletrônica.

 

Fig. 8 Nucleossomo. O Nucleossomo, como mostrado em A,  é uma unidade estrutural de um cromossomo eucariótico composto por um pequeno segmento de DNA enrolado ao redor de um núcleo de histonas (B) formando uma subunidade fundamental da cromatina. O Nucleossomo inclui aproximadamente 200 pares de nucleotídeos , divididos em dois espirais, que se enrolam em torno de um disco proteico, constituído por quatro pares de proteínas chamadas histonas (H2A, H2B, H3 e H4) representadas em B.

 

Fig. 9 Estruturas do Cromossomo. Na imagem observamos importantes estruturas do cromossomo.  O telômero é uma estruturas constituída por fileiras repetitivas de proteínas e DNA não codificante que formam as extremidades dos cromossomos, sua principal função é manter a estabilidade estrutural do cromossomo. Origens de replicação são regiões específicas na sequência  nucleotídicas, nas quais determinadas proteínas envolvidas na iniciação da replicação se ligam para abrir a dupla hélice deste ácido nucléico, permitindo o início da biossíntese (replicação) de novas moléculas de DNA. Na célula que está em processo de divisão, cada cromossomo condensado aparece como um par de bastões unidos em um determinado ponto através do centrômero. Essas duas “metades” cromossômicas, denominadas cromátides-irmãs são idênticas e surgem da duplicação do filamento cromossômico original, que ocorre na interfase, pouco antes de a divisão celular se iniciar. Durante o processo de divisão celular, as cromátides-irmãs se separam e cada cromátide migra para uma das células-filhas que se formam.

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