لماذا أفردت دورية "ساينس" عددا خاصا للثقب النووي؟!

تكشف الدراسات عن البنية الرائعة لمركب المسام النووي البشري - أحد أكبر البروتينات في الطبيعة والمدخل إلى نواة الخلية.

أصدرت دورية "ساينس" عدد خاص جديد يكشف عن صورة شبه ذرية لثقب نواة الخلية البشرية الضخم، وهو بنية معقدة تتكون من مئات البروتينات التي تتوسط في تبادل المواد بين نواة الخلية والسيتوبلازم المحيط بها. تكشف الدراسات المنشورة في هذا العدد عن البنية الرائعة لمركب المسام النووي البشري - أحد أكبر البروتينات في الطبيعة والمدخل إلى نواة الخلية. والذي تمت إعادة بنائه من خلال دمج بيانات ميكروسكوبية مع النمذجة، وأظهرت الصورة التي احتلت غلاف المجلة عرض مقطعي لمركب المسام النووي البشري، وهو أحد أكبر التجمعات في الخلايا حقيقية النواة، وهو البوابة ثنائية الاتجاه لنقل الجزيئات الضخمة. قام الباحثون بدمج العديد من التقنيات التحليلية لتحديد التركيب المركب المسام النووي البشري بدقة شبه ذرية.

ما هي الثقوب النووية؟

النواة، كما هو معروف، هي عضية مرتبطة بالغشاء تحتوي على كروموسومات الخلية، حيث تسمح المسام الموجودة في الغشاء النووي بمرور الجزيئات داخل وخارج النواة، وتعتبر النواة واحدة من أكثر أجزاء الخلية وضوحًا عندما تنظر إلى صورة الخلية، وتحتوي النواة على كل كروموسومات الخلية والتي تشفر المادة الجينية.

لذلك هذا حقًا جزء مهم من الخلية يجب حمايته، وتحتوي النواة على غشاء حولها يحافظ على جميع الكروموسومات بالداخل، ويميز بين الكروموسومات الموجودة داخل النواة والعضيات الأخرى ومكونات الخلية التي تبقى في الخارج، إذ في بعض الأحيان تحتاج أشياء مثل الحمض النووي الريبي إلى المرور بين النواة والسيتوبلازم، وبالتالي توجد مسامات في هذا الغشاء النووي تسمح للجزيئات بالدخول والخروج من النواة، وكان يُعتقد أن الغشاء النووي يسمح فقط للجزيئات بالخروج، ولكن الآن يدرك أن هناك عملية نشطة أيضًا لجلب الجزيئات إلى النواة.

الغشاء النووي

الغشاء النووي هو غشاء مزدوج يحيط بنواة الخلية، حيث إنه يعمل على فصل الكروموسومات عن باقي الخلية، ويشتمل الغشاء النووي على مجموعة من الثقوب أو المسام الصغيرة التي تسمح بمرور مواد معينة مثل: الأحماض النووية والبروتينات بين النواة والسيتوبلازم.

الغشاء النووي عبارة عن غشاء مزدوج يحيط بكل المواد الوراثية النووية وجميع مكونات النواة الأخرى. وتوجد بعض الثقوب أو المسام الصغيرة الموجودة في الغشاء النووي، والتي تسمح للحمض النووي الريبي المرسال والبروتينات بالانتقال بين النواة والسيتوبلازم، لكن الغشاء النووي ينظم المادة التي يجب أن تكون في النواة على عكس المادة التي يجب أن تكون في السيتوبلازم.

يعمل الغشاء النووي على فصل الكروموسومات عن باقي الخلية ويشتمل الغشاء النووي على مجموعة من الثقوب أو المسام الصغيرة التي تسمح بمرور مواد معينة مثل الأحماض النووية والبروتينات بين النواة والسيتوبلازم.

يوجد داخل الغشاء النووي للخلية ثقوب صغيرة أو مسام تسمح بنقل انتقائي للغاية للأحماض النووية والبروتينات داخل وخارج نواة الخلية، إذ تختلف المادة الموجودة في نواة الخلية عن المادة الموجودة في السيتوبلازم وتسمح هذه النوى ذات الحجم المنظم بالنقل الانتقائي للغاية للأحماض النووية والبروتينات داخل وخارج نواة الخلية، يعتقد أنها كانت عملية منظمة لكيفية خروج الأحماض النووية مثل (mRNAs) من نواة الخلية، ومؤخرًا أصبحنا أكثر وعياً بوجود عملية منظمة تنقل من خلالها الخلايا البروتينات والأحماض النووية إلى النواة لذلك فهذه عملية ديناميكية.

الغلاف النووي مثقوب بثقوب صغيرة تعرف باسم المسام النووية، والتي تم اكتشافها لأول مرة في منتصف القرن العشرين، وتعمل المسام، والتي هي واحدة من سلسلة من الثقوب الصغيرة الموجودة في الغشاء النووي، كقناة تستخدم لنقل الأحماض النووية والبروتينات داخل وخارج نواة الخلية.

تنظم هذه المسام مرور الجزيئات بين النواة والسيتوبلازم، مما يسمح للبعض بالمرور عبر الغشاء ولكن ليس للبعض الآخر، اللبنات الأساسية لتصنيع DNA وRNA هي بعض المواد المسموح بدخولها إلى النواة، وكذلك الجزيئات التي توفر الطاقة لبناء المادة الوراثية، والوحدات الفرعية الريبوسومية المبنية في النيوكليوسومات هي مثال رئيسي للمواد التي يجب السماح لها بمغادرة النواة ودخول السيتوبلازم.

المسام النووية قابلة للاختراق تمامًا للجزيئات الصغيرة حتى حجم أصغر البروتينات، ولكنها تشكل حاجزًا يبقي معظم الجزيئات الكبيرة خارج النواة، ومع ذلك يتم السماح لبعض البروتينات الأكبر حجمًا مثل الهستونات، بالدخول إلى النواة على الرغم من حقيقة أن المسام يجب أن تكون صغيرة جدًا للسماح لها بالمرور.

ومن المعتقد عمومًا أن بنية البروتين المعقدة التي تسمى مجمع المسام النووي التي تحيط بكل مسام تلعب دورًا رئيسيًا في السماح بالنقل النشط لمجموعة مختارة من الجزيئات الكبيرة داخل وخارج النواة. يتكون مجمع المسام النووي من عدة وحدات فرعية، ويحيط بالجزء الداخلي من المسام مادة غير غشائية منظمة في حلقة تمتد الهياكل الشبيهة بالقضبان باتجاه مركز القناة الصغيرة، إذ يتكون جدار المسام الفعلي في الغالب من وحدات فرعية عمودية ووحدات فرعية لومن بمساعدة بروتينات الغشاء.

تثبت مجمع المسام بأكمله في الغلاف النووي أيضًا، تمتد الألياف الصغيرة عادةً من كلا جانبي المركب وتتجمع في تكوينات تشبه السلة على الجانب النووي للمجمع، ويختلف التركيب البروتيني لهذه الألياف على الجانبين المتعارضين من الهيكل. بالإضافة إلى دورها في النقل النووي فإن المسام النووية مهمة كمواقع، حيث يتم دمج الغشاء الخارجي والغشاء الداخلي للغلاف النووي معًا،

وبسبب هذا الاندماج يمكن اعتبار الأغشية مستمرة مع بعضها البعض على الرغم من أن لها خصائص بيوكيميائية مختلفة، ويمكن أن تعمل بطرق مميزة، إذ نظرًا لأن الغشاء النووي الخارجي مستمر أيضًا مع غشاء الشبكة الإندوبلازمية (ER)، فيمكنه والغشاء النووي الداخلي تبادل المواد الغشائية مع(ER)، كما تمكن هذه القدرة الغلاف النووي من النمو بشكل أكبر أو أصغر عند الضرورة لاستيعاب المحتويات الديناميكية للنواة.