ბირთვის გარსი

ბირთვის გარსი, ასევე ცნობილი როგორც ბირთვის მემბრანა, შედგება ორი ლიპიდური ბიშრისგან, რომლებიც ეუკარიოტულ უჯრედებში გარს აკრავს გენეტიკური მასალის შემცველ, ბირთვს.

ბირთვის გარსი შედგება ორი მემბრანისგან: შიდა და გარე მემბრანა. მემბრანებს შორის სივრცეს - პერინუკლეარული სივრცე ეწოდება, ის ჩვეულებრივ10-50 ნმ სიგანისაა. ბირთვის გარე მემბრანა გრძელდება ენდოპლაზმური ბადის მემბრანაში.. ბირთვის გარსში, მრავალი ბირთვის გარსის ფორაა, რომლებიც მონაწილეობენ ნივთიერებათა ტრანსპორტში, ციტოზოლსა და ბირთვს შორის. შუალედური ფილამენტების ცილები, სახელწოდებით ლამინები, ბირთვული მემბრანის შიდა მემბრანის გასწვრივ ქმნიან სტრუქტურას, რომელსაც ბირთვული ლამინა ეწოდება და იგი განაპირობებს ბირთვის სტრუქტურულ მთლიანობას.

 სტრუქტურა 

 გარე მემბრანა 
ძუძუმწოვრების უჯრედების ბირთვის გარსის გარე მემბრანაში წარმოდგენილია ოთხი ტიპის ცილა ნესპრინი (ბირთვის გარსის სპექტრინის განმეორებითი ცილები).ნესპრინის შუამავლობით, კავშირები ციტოჩონჩხთან ხელს უწყობს უჯრედში ბირთვის სწორ ლოკალიზაციას და უჯრედის მექანოსენსორული ფუნქციაის განხორციელებას.   Nesprin-1-ისა და -2-ის KASH დომენის ცილები LINC კომპლექსის ნაწილია (ბირთვული ჩონჩხისა და ციტოჩონჩხის დამაკავშირებელი) და შეიძლება პირდაპირ დაუკავშირდეს ცისტოჩონჩხის კომპონენტებს, როგორიცაა აქტინის ფილამენტები, ან შეიძლება დაუკავშირდეს ცილებს პერინუკლეარულ სივრცეში.  ნესპრინ-3 ცილები ებმის პლექტინს და აკავშირებს ბირთვის გარსს ციტოპლაზმურ შუალედურ ფილამენტებთან. ნესპრინ-4 ცილები უკავშირდება პლიუს ბოლოსკენ მოძრავ მოტორულ ცილა - კინეზინ-1-ს. 

 შიდა მემბრანა 
ბირთვის შიდა მემბრანა ესაზღვრება ნუკლეოპლაზმას და დაფარულია ბირთვული ლამინით, შუალედური ფილამენტების ბადით, რომელიც ასტაბილურებს ბირთვულ მემბრანას და ასევე მონაწილეობს ქრომატინის ფუნქციონირებაში. იგი უკავშირდება გარე მემბრანას ბირთვული ფორებით, რომლებიც განჭოლავს გარსს. მიუხედავად იმისა, რომ გარსის მემბრანები და ენდოპლაზმური ბადე ერთმანეთთში გადადის, მემბრანებში ჩაშენებული ცილები, როგორც წესი, არ ვრცელდება ამ ორ ორგანელას შორის.
მინი|248x248პქ|ბირთვის გარსის ფორების კომპლექსის სქემატური დიაგრამა. ბირთვის გარსი(1) გარე რგოლით (2), გრანულით (3), კალათით (4) და ფილამენტებით (5).
იმ გენების მუტაციებმა, რომლებიც კოდირებენ შიდა მემბრანის ცილებს, შეიძლება გამოიწვიოს ზოგიერთი ტიპის ლამინოპათია

ბირთვის გარსის ფორები

ბირთვული გარსში წარმოდგენილია ათასობით გარსის ფორების კომპლექსი, რომელთა დიამეტრი დაახლოვებით 100 ნმ-ია,  40 ნმ სიგანის ფორით. კომპლექსების შემადგენლობაშია მრავალი ნუკლეოფორინი, ცილები, რომელიც აკავშირებს ერთმანეთთან შიდა და გარე ბირთვულ მემბრანებს.

უჯრედის გაყოფა

ინტერფაზაში, G2 ფაზის დროს, ბირთვის მემბრანის ზედაპირის ფართობის იზრდება და ორმაგდება ბირთვის გარსის ფორების კომპლექსების რაოდენობა. ეუკარიოტებში, როგორიცაა საფუარი, რომელთაც ახასიათებთ დახურული მიტოზი, ბირთვის მემბრანა რჩება ინტაქტური უჯრედების გაყოფის დროს. თითისტარა ან ბირთვშივე წარმოიქმნება, ან აღწევს ბირთვის მემბრანაში, მისი დაშლის გარეშე. სხვა ეუკარიოტებში (ცხოველებში, ისევე როგორც მცენარეებში), ბირთვული მემბრანა მიტოზში, პროფაზის სტადიაზე იშლება. დაშლისა და აწყობის პროცესები სრულად არ არის შესწავლილი

დაშლა
მინი|405x405პქ|ბირთვის გარსის დაშლა და აწყობა მიტოზში.
ძუძუმწოვრებში, ბირთვული მემბრანა შეიძლება დაიშალოს რამდენიმე წუთში, მიტოზის ადრეულ სტადიებზე გარკვეული ნაბიჯების შემდეგ. პირველი, M-Cdk-ის ახდენს ნუკლეოფორინის პოლიპეპტიდების ფოსფორილირებას და ისინი შერჩევით დისოცირდება ბირთვული ფორების კომპლექსებიდან, რის შედეგადაც, დანარჩენი ბირთვული ფორების კომპლექსები ერთდროულად იშლება. ბიოქიმიური გამოკვლევები მიუთითებს, რომ ფორების კომპლექსები იშლება სტაბილურ ნაწილებად, და არა მცირე პოლიპეპტიდურ ფრაგმენტებად. M-Cdk ასევე ფოსფორილირებს ბირთვული ლამინის ელემენტებს, რაც იწვევს ლამინას დაშლას და, შესაბამისად, გარსის მემბრანების დაშლას მცირე ვეზიკულებად. ელექტრონული და ფლუორესცენციული მიკროსკოპული გამოკვლევებით დადგინდა, რომ ბირთვის მემბრანა ადსორბირდება ენდოპლაზმური ბადის მიერ - ბირთვული ცილები, რომლებიც ჩვეულებრივ არ გვხვდება ენდოპლაზმურ ბადეში, ვლინდება მიტოზის დროს ენდოპლაზურ ბადეში.

მიტოზის პრომეტაფაზურ სტადიაზე ბირთვული მემბრანის დაშლის გარდა, ბირთვული მემბრანა ასევე იშლება ძუძუმწოვრების მიგრირებად უჯრედებში, უჯრედული ციკლის ინტერფაზის სტადიაზე. ეს დროებითი რღვევა სავარაუდოდ გამოწვეულია ბირთვის დეფორმაციით. რღვევა სწრაფად აღდგება პროცესით, რომელიც დამოკიდებულია "ტრანსპორტისთვის საჭირო ენდოსომური სორტირების კომპლექსებზე" (ESCRT), რომელიც შედგება ციტოზოლური ცილის კომპლექსებისგან. ბირთვული მემბრანის რღვევის დროს, ასევე ადგილი აქვს დნმ-ის ორჯაჭვიანი სტრუქტურის დეფორმაციას. ამრიგად, უჯრედების გადარჩენა მიგრაციისას, დამოკიდებულია როგორც ბირთვის მემბრანის ისე დნმ-ის ეფექტურ აღდგენით მექანიზმებზე. 

ბირთვის გარსის დაშლა ასევე დაფიქსირდა ლამინოპათიებში და კიბოს უჯრედებში, რაც იწვევს უჯრედული ცილების არასწორ ლოკალიზაციას, მიკრობირთვების წარმოქმნას და გენომიურ არასტაბილურობას.

აღდგენა

იმის ასახსნელად, თუ როგორ ხდება მიტოზის ტელოფაზაში ბირთვის მემბრანების აღდგენა, არსებობს ორი თეორია:

ვეზიკულების შერწყმა - რა დროსაც, მემბრანული ვეზიკულები ერწყმის ერთმანეთს ბირთვული მემბრანის აღსადგენად

ფორმირება ენდოპლაზმური  - რა დროსაც აბსორბირებული ბირთვული მემბრანის შემცველი ენდოპლაზმური ბადის ნაწილები,  გარს ეხვევა და ფარავს ბირთვულ სივრცეს, და ფორმირებს ბირთვის მემბრანას.

ბირთვის მემბრანის წარმოშობა

ბირთვის მემბრანის - შედარებითი გენომიკის, ევოლუციისა და წარმოშობის შესწავლამ წარმოშვა ვარაუდი, რომ ბირთვი გაჩნდა პრიმიტიულ ეუკარიოტულ წინაპარში („პრეკარიოტი“), რაც გამოწვეული იყო არქეო-ბაქტერიული სიმბიოზით. შემოთავაზებულია რამდენიმე იდეა ბირთვული მემბრანის ევოლუციური წარმოშობის შესახებ. ამ იდეებს შორისაა, პროკარიოტის წინაპარში პლაზმური მემბრანის ინვაგინა, ან არქეალურ მასპინძელში პროტო-მიტოქონდრიების დამკვიდრების შემდეგ, ნამდვილი ახალი მემბრანული სისტემის ჩამოყალიბება. ბირთვული მემბრანის ადაპტაციური ფუნქცია შეიძლება ყოფილიყო ბარიერული, რათა მას დაეცვა გენომი ჟანგბადის რეაქტიული სახეობებისგან (ROS), რომლებიც წარმოიქმნებოდა უჯრედებში პრემიტოქონდრიის მიერ.Bernstein H, Bernstein C. Sexual communication in archaea, the precursor to meiosis. pp. 103-117 in Biocommunication of Archaea (Guenther Witzany, ed.) 2017. Springer International Publishing   DOI 10.1007/978-3-319-65536-9

სქოლიო