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:

  1. Ran-GTP가 NPC 단백질을 nuclear import receptor에서 해리시킴
  2. Free NPC 단백질이 염색체 표면에 부착하여 새로운 NPC 조립
  3. 탈인산화된 lamin이 chromatin에 재결합하여 inner nuclear membrane 단백질을 모집
  4. ER이 전체 염색체 세트를 점차 감싸면서 → ER 막들이 측면으로 융합하여 봉합된 nuclear envelope 형성 (engulfment)
  5. 내부 nuclear envelope은 초기에는 염색체 표면에 밀착, chromatin에 결합된 단백질만 포함하고 ribosome 등 다른 큰 단백질은 배제
  6. 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.