Noyau
Pores nucléaires : nucléoporines
Nucléoporines transmembranaires, FG et périphériques

Outre les nucléoporines annulaires constituant la charpente structurale du pore nucléaire, d'autres nucléoporines complètent l’architecture du NPC et assurent son ancrage à la membrane ainsi que la sélectivité du transport nucléocytoplasmique.

On distingue notamment :

• les nucléoporines transmembranaires, Ndc1, Pom121, Nup210
• les nucléoporines FG du canal central, Nup62, Nup54, Nup58/45, Nup98 ,
• les nucléoporines FG périphériques, Nup214 et Nup358 pour les filaments cytoplasmiques et Nup153 pour le panier nucléaire.

Nucléoporines transmembranaires

Les nucléoporines transmembranaires assurent l’ancrage du complexe du pore nucléaire (NPC) à l’enveloppe nucléaire.

• Elles sont insérées dans la zone de fusion entre la membrane nucléaire interne et la membrane nucléaire externe et constituent le point de contact direct entre la bicouche lipidique et la charpente protéique du NPC.
• Contrairement aux nucléoporines annulaires, elles ne forment pas les anneaux structuraux.

1. Elles comportent un ou plusieurs segments hydrophobes transmembranaires assurant leur insertion dans l'enveloppe nucléaire, associés à de larges domaines luminal et nucléocytoplasmique impliqués dans les interactions avec la charpente du pore (In Pursuit of Distinctiveness: Transmembrane Nucleoporins and Their Disease Associations 2021).

Le long domaine nucléoplasmique de ces nucléoporines transmembranaires interagit préférentiellement avec des nucléoporines des anneaux externes, ce qui explique leur représentation schématique de ce côté du pore, sans pour autant correspondre à une localisation structurale résolue au sein de ces anneaux.

a. NDC1, du côté principalement de l'anneau cytoplasmique, est une protéine multipasse comportant plusieurs hélices amphipathiques transmembranaires (The Conserved Transmembrane Nucleoporin NDC1 Is Required for Nuclear Pore Complex Assembly in Vertebrate Cells 2011).

• Elle forme un noyau d’ancrage intégré à la membrane et interagissant avec des composants du module interne et du complexe en Y (Interaction of Nup53 with Ndc1 and Nup155 is required for nuclear pore complex assembly 2014).

b. Les nucléoporines transmembranaires telles que Pom121 et Nup210 participent à l’ancrage du NPC à l'enveloppe nucléaire, mais leurs domaines transmembranaires, de petite taille et flexibles, ne sont pas résolus dans les reconstructions cryo-EM intégrées du pore et ne peuvent donc pas être visualisés explicitement à ce jour.

• GP210 (Nup210), préférentiellement du côté de l'anneau nucléaire, est une protéine à passage unique, possédant un large domaine luminal glycosylé situé dans l’espace périnucléaire et un court domaine nucléoplasmique.
• POM121, préférentiellement du côté périphérique de l’anneau interne, est également une protéine à passage unique, dont le domaine nucléoplasmique étendu interagit avec des nucléoporines du module interne et contribue à l’initiation de l’assemblage du pore (Pom121 links two essential subcomplexes of the nuclear pore complex core to the membrane 2010).

2. En reliant les anneaux externes et la périphérie de l’anneau interne à l'enveloppe nucléaire, les nucléoporines transmembranaires maintiennent la cohésion mécanique du complexe.

• Elles stabilisent la courbure membranaire imposée par l’insertion du pore.
• Lors de la formation de nouveaux pores, en particulier au cours de la reconstitution post-mitotique de l’enveloppe nucléaire ou lors de l’insertion en interphase, elles interviennent précocement comme points d’ancrage initiaux pour l’assemblage progressif du NPC.

Nucléoporines FG
du canal central

1. Les nucléoporines FG constituent la composante centrale du canal de transport du complexe du pore nucléaire et sont impliquées dans le transport nucléocytoplasmique.

a. Elles sont constituées majoritairement par de longues régions intrinsèquement désordonnées, dépourvues de structure secondaire stable, contrairement aux nucléoporines annulaires, permettant la formation d’un réseau dynamique au sein du canal central.

b. Elles présentent des répétitions contenant une phénylalanine (F) suivie d’une glycine (G), formant des motifs FG servant de sites d’interaction transitoire avec les récepteurs de transport.

• Les motifs FG sont impliqués dans des interactions rapides et transitoires avec les karyophérines.
• Les motifs GLFG sont associés à des interactions plus cohésives contribuant à la densité centrale du réseau.
• Les motifs FxFG présentent des profils d’affinité intermédiaires modulant la dynamique locale du transport nucléocytoplasmique.

2. On distingue notamment plusieurs nucléoporines FG contribuant à l’organisation et aux propriétés de perméabilité du canal central.

a. Certaines sont associées à l'anneau interne par des interactions avec Nup93, Nup205 et Nup188.

• 

  Nup62 constitue l’un des principaux éléments du canal central et participe à l’établissement d’interactions transitoires avec les karyophérines lors de leur passage à travers la barrière FG.
• Nup54 et Nup58/45, associées au complexe central Nup62, contribuent à la formation d’un réseau flexible modulant le diamètre fonctionnel du canal de transport.

b. D'autres sont associés aux anneaux externes.

• Nup98 est ancrée aux anneaux externes via Nup96 et des interfaces avec les complexes en Y.

Nup98 contient des répétitions de type GLFG contribuant à la cohésion du réseau central et à la sélectivité de la barrière de transport.

• Nup153, associée à l'anneau nucléaire via des interactions avec le complexe Nup107–160 et Nup155, présente des motifs FxFG participant aux interactions initiales avec les complexes de transport à l’entrée du canal.
• Nup214 et Nup358, associées à l'anneau cytoplasmique via les filaments cytoplasmiques et les complexes en Y, comportent également des domaines FG impliqués dans les interactions terminales avec les exportines après la translocation à travers le canal central.

Nucléoporines périphériques

Les nucléoporines périphériques constituent les extensions du complexe du pore nucléaire situées de part et d’autre des anneaux.

Elles ne participent ni à la formation de la charpente annulaire ni à la barrière centrale FG, mais prolongent le NPC dans le cytoplasme et le nucléoplasme.

Nucléoporines des filaments cytoplasmiques

Les filaments cytoplasmiques du pore nucléaire correspondent à des extensions multiprotéiques ancrées à la charpente annulaire du NPC via un module d'arrimage situé à la surface de l’anneau cytoplasmique (Architecture of the cytoplasmic face of the nuclear pore 2022).

1. À leur point d’ancrage, les filaments cytoplasmiques sont associés au complexe en Y constituant l’anneau cytoplasmique du NPC.

Ce module est mécaniquement connecté à l’anneau interne via des nucléoporines structurales telles que Nup155 et Nup205, assurant une continuité architecturale sans constituer le site direct de fixation des filaments.

2. À partir de ce site d'arrimage, un module d’attache formé par Nup214, Nup88 et Nup62 assure la liaison entre l'anneau interne du pore et l’extension cytoplasmique du filament.

• Nup214, nucléoporine riche en répétitions FG, située à la base des filaments cytoplasmiques, intervient dans l’interface avec les importines et contribue à la coordination des étapes terminales du transport vers le cytoplasme ( mécanisme de l'export nucléocytoplasmique).

3. L’extension proprement dite du filament est majoritairement constituée par Nup358 (RanBP2), protéine de grande taille s’étendant vers le cytosol (Architecture of the cytoplasmic face of the nuclear pore 2022).

• Nup358 est localisée à l’extrémité des filaments cytoplasmiques, contient des domaines multiples (FG, Ran-binding, zinc fingers).
• Elle participe à l’organisation des interactions avec Ran et certaines karyophérines, facilitant la régulation du transport côté cytosolique.

Remarque : des facteurs associés tels que Nup98, Gle1, DDX19 et Nup42 s’associent à la base ou le long de cette extension, participant notamment au remodelage des complexes ribonucléoprotéiques exportés vers le cytoplasme.

Nucléoporines du panier

Les filaments du panier nucléaire forment une structure hautement flexible dont l’organisation filamentaire reste à ce jour non résolue dans les reconstructions cryo-EM intégrées du NPC humain, contrairement aux filaments cytoplasmiques Nup358-dépendants.

Les nucléoporines du panier nucléaire, extension nucléoplasmique du pore associée à l’export des ARN et aux interactions avec la chromatine périphérique, incluent notamment (Docking a flexible basket onto the core of the nuclear pore complex 2024) :

• Nup153, nucléoporine riche en répétitions FG localisée à la base du panier nucléaire, assure l’ancrage du panier à l’anneau nucléaire et participe aux interfaces avec les importines et exportines du côté nucléoplasmique.
• Nup50, nucléoporine localisée côté nucléoplasmique associée à Nup153, intervient dans les interactions avec les complexes d’import et participe à la régulation des étapes nucléaires du transport.
• TPR, protéine majoritairement coiled-coil formant les filaments longs du panier nucléaire, constitue l’ossature filamentaire du panier et contribue à l’organisation structurale de la face nucléaire du pore.

La composition moléculaire de l'anneau distal terminal qui relie les filaments du panier nucléaire n’est pas résolue.

Remarque : chez la levure, le panier nucléaire est constitué notamment de Mlp1/Mlp2, Nup60 et Nup2, homologues fonctionnels respectifs de TPR, Nup153 et Nup50 chez les mammifères.

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