Nuclear Envelope Disassembly
동물 세포에서는 유사분열(mitosis) 동안 방추사(microtubule)가 복제된 염색체에 접근할 수 있도록 핵막이 분해된다. 유사분열 말기에는 핵막이 재조립된다.
Fig 12-65. 유사분열 중 핵막과 핵 lamina의 분해 및 재형성. Lamin의 인산화가 nuclear lamina 분해를 유발하여 핵막 붕괴가 시작된다. 탈인산화가 과정을 역전시킨다. Lamin network는 개별 decondensing 딸염색체 주변에서부터 재형성된다. Lamin이 inner nuclear membrane에 있는 lamin receptor를 가진 막을 모집하고, 결국 이 막 구조들이 융합되어 완전한 핵을 형성한다.
분해 과정 (유사분열 시작)
유사분열 시작 시 활성화되는 **Cdk (cyclin-dependent kinase)**가 다음을 인산화한다:
- Nucleoporin: NPC 단백질들이 분리되어 일부는 nuclear import receptor에 결합 (재조립 시 NPC 형성에 사용됨)
- Lamin: Nuclear lamina 분해 → nuclear envelope 붕괴 개시
- Inner nuclear membrane 단백질: Lamina, chromatin과의 결합이 끊어짐
분해 결과:
- Nuclear envelope 막 단백질들이 ER 막 전반으로 분산됨
- Dynein 모터 단백질이 outer nuclear membrane에 모집되어 당기는 힘 발생
- Outer와 inner nuclear membrane을 연결하는 transmembrane 단백질이 이 힘을 전달하여 핵막이 chromatin에서 벗겨짐
- 핵 단백질 대부분이 세포질 단백질과 완전히 혼합됨
재조립 과정 (유사분열 말기)
염색체 분리 후 Cdk가 불활성화되어 nucleoporin, lamin, 핵막 단백질의 탈인산화가 일어난다.
재조립의 위치 표지:
- Ran GEF는 유사분열 중에도 chromatin에 결합된 상태 유지
- 따라서 염색체 주변에 **Ran-GTP 구름(cloud)**이 형성됨
- Ran-GTP가 염색체 표면으로 NPC 단백질과 lamin 모집의 위치 표지 역할
재조립 순서:
- Ran-GTP가 NPC 단백질을 nuclear import receptor에서 해리시킴
- Free NPC 단백질이 염색체 표면에 부착하여 새로운 NPC 조립
- 탈인산화된 lamin이 chromatin에 재결합하여 inner nuclear membrane 단백질을 모집
- ER이 전체 염색체 세트를 점차 감싸면서 → ER 막들이 측면으로 융합하여 봉합된 nuclear envelope 형성 (engulfment)
- 내부 nuclear envelope은 초기에는 염색체 표면에 밀착, chromatin에 결합된 단백질만 포함하고 ribosome 등 다른 큰 단백질은 배제
- Ran-GTP가 핵 안에, Ran-GDP가 밖에 있으므로 NLS를 가진 단백질의 단방향 수입 개시 → 핵 단백질 구성 복원
참고
세균과 효모 같은 많은 생물에서는 유사분열 동안 핵막이 온전히 유지되며(closed mitosis), 핵이 분열로 증식한다.