Nucleolus Egenskaber, Struktur, Morfologi og Funktioner



den nucleolus er en cellulær struktur, der ikke er afgrænset af membran, som er et af de mest fremtrædende områder af kernen. Det observeres som en tættere region i kernen og er opdelt i tre regioner: tæt fibrillar komponent, fibrillar center og den granulære komponent..

Det er hovedsageligt ansvarlig for syntesen og samlingen af ​​ribosomer; Denne struktur har imidlertid også andre funktioner. Mere end 700 proteiner er fundet inden for nukleolus, der ikke er involveret i ribosombiogenese-processer. På samme måde er nukleolus involveret i udviklingen af ​​forskellige patologier.

Den første forsker til at observere området af nucleolus var F. Fontana i 1781, mere end to århundreder siden. Så i midten af ​​1930'erne var McClintock i stand til at observere denne struktur i sine eksperimenter med Zea mays. Siden da har hundredvis af undersøgelser fokuseret på at forstå funktionerne og dynamikken i denne kerneområde.

indeks

  • 1 Generelle egenskaber
  • 2 Struktur og morfologi
    • 2.1 Fibrillære centre
    • 2.2 Tæt fibrillar komponent og granulær komponent
    • 2.3 Nukleolarorganiserende region
  • 3 funktioner
    • 3.1 Ribosomal RNA dannelsesmaskineri
    • 3.2 Organisering af ribosomer
    • 3.3 Transkription af ribosomalt RNA
    • 3.4 Montering af ribosomer
    • 3.5 Andre funktioner
  • 4 Nucleolus og cancer
  • 5 Nucleolus og vira
  • 6 referencer

Generelle egenskaber

Nucleolus er en fremtrædende struktur placeret inden for kernen af ​​eukaryote celler. Det er en "region" i form af en kugle, da der ikke findes nogen type biomembran, der adskiller den fra resten af ​​de nukleare komponenter.

Det kan observeres under mikroskopet som en underregion af kernen, når cellen er i grænsefladen.

Det er organiseret i regioner kaldet NORs (for dens akronym på engelsk: kromosomale nukleolare organiseringsområder), hvor sekvenserne kodende for ribosomer er fundet.

Disse gener er i specifikke regioner af kromosomer. Hos mennesker er de organiseret i tandem i satellitregionerne af kromosomer 13, 14, 15, 21 og 22.

I nukleolus forekommer transkriptionen, behandlingen og samlingen af ​​de underenheder, der udgør ribosomerne.

Udover sin traditionelle funktion er nucleolus relateret til tumor suppressor proteiner, celle cyklus regulatorer og lige proteiner fra virus.

Nucleolusproteinerne er dynamiske, og tilsyneladende er deres sekvens bevaret i løbet af evolutionen. Af disse proteiner er kun 30% forbundet med biogenese af ribosomer.

Struktur og morfologi

Nukleolus er opdelt i tre hovedkomponenter, der er differentierbare ved elektronmikroskopi: den tætte fibrillerkomponent, fibrillarcentret og den granulære komponent..

Generelt er det omgivet af kondenseret chromatin, kaldet heterochromatin. Fremgangsmåderne til transkription af ribosomalt RNA, behandling og samling af ribosomale precursorer forekommer i nukleoluset.

Nukleolus er en dynamisk region, hvor proteiner, som komponenter kan associere og hurtigt adskilles fra de nukleolære komponenter, skaber en kontinuerlig udveksling med nukleoplasmaet (det indre gelatinøse stof i kernen).

I pattedyr varierer strukturen af ​​nukleolus med stadierne af cellecyklussen. I profasen observeres en disorganisering af nukleolus, og den samles igen ved afslutningen af ​​den mitotiske proces. Den maksimale aktivitet af transkription i nucleolus er blevet observeret i faser S og G2.

Aktiviteten af ​​RNA-polymerase I kan påvirkes af forskellige phosphoryleringstilstande, hvorved nukleolusaktiviteten ændres under cellecyklussen. Silencing under mitose sker ved phosphorylering af forskellige elementer, såsom SL1 og TTF-1.

Imidlertid er dette mønster ikke almindeligt i alle organismer. For eksempel er nukleolus i gær til stede - og aktiv - i hele processen med celledeling.

Fibrillar centre

De gener, der koder for ribosomalt RNA, er placeret i fibrillarcentrene. Disse centre er klare regioner omgivet af tætte fibrillære komponenter. Fibrillære centre er variable i størrelse og antal afhængigt af celletypen.

Et vist mønster er blevet beskrevet med hensyn til de fibrillære centres karakteristika. Celler med høj syntese af ribosomer har et lavt antal fibrillære centre, mens celler med reducerede metaboliser (såsom lymfocytter) har større fibrillære centre.

Der er specifikke tilfælde, som i neuroner med et meget aktivt stofskifte, hvis nukleol har et kæmpe fibrillært center ledsaget af mindre mindre centre.

Tyk fibrillar komponent og granulær komponent

Den tætte fibrillære komponent og de fibrillære centre er indlejret i den granulære komponent, hvis granuler har en diameter på 15 til 20 nm. Transskriptionsprocessen (passage af DNA-molekylet til RNA, betragtes som det første trin af genekspression) forekommer ved grænserne af fibrillære centre og den tætte fibrillære komponent.

Behandlingen af ​​præ-ribosomalt RNA forekommer i den tætte fibrillære komponent, og fremgangsmåden strækker sig til den granulære komponent. Transkripterne ophobes i den tætte fibrillære komponent, og de nukleolære proteiner er også placeret i den tætte fibrillære komponent. Det er i denne region, hvor samlingen af ​​ribosomer forekommer.

Efter at denne fremgangsmåde til samling af ribosomal RNA med de nødvendige proteiner kulminereres, eksporteres disse produkter til cytoplasmaet.

Den granulære komponent er rig på transkriptionsfaktorer (SUMO-1 og Ubc9 er nogle eksempler). Typisk er nukleolus omgivet af heterochromatin; det menes at dette komprimerede DNA kan have en rolle i transkriptionen af ​​ribosomalt RNA.

I pattedyr komprimeres eller ribbes det ribosomale DNA i cellerne. Denne organisation synes at være vigtig for reguleringen af ​​ribosomalt DNA og for beskyttelse af genomisk stabilitet.

Nukleolarorganiserende region

I denne region (NOR) er grupperede gener (ribosomalt DNA), som koder for ribosomalt RNA.

De kromosomer, der udgør disse regioner, varierer afhængigt af arten af ​​undersøgelsen. Hos mennesker er de fundet i satellitregionerne i de acrocentriske kromosomer (centromeren er placeret nær en af ​​enderne), specifikt i par 13, 14, 15, 21 og 22.

Enhederne af DNA-ribosomer består af den transkriberede sekvens og en ekstern spacer, der er nødvendig til transkription af RNA-polymerase I.

I promotorer til ribosomalt DNA kan to elementer adskilles: et centralt element og et element placeret opstrøms (opstrøms)

funktioner

Ribosomal RNA dannelsesmaskineri

Nukleolus kan betragtes som en fabrik med alle de nødvendige komponenter til biosyntesen af ​​forstadierne af ribosomerne..

Ribosomalt eller ribosomalt RNA (ribosomalsyre), der almindeligvis forkortes som rRNA, er en bestanddel af ribosomer og deltager i syntese af proteiner. Denne komponent er afgørende for alle kønsformer af levende væsener.

Ribosomal RNA er forbundet med andre komponenter af proteinegenskab. Denne union resulterer i ribosomale presubunities. Klassifikationen af ​​ribosomal RNA er normalt givet med et "S" brev, der angiver Svedberg-enheder eller sedimentationskoefficient.

Organisering af ribosomer

Ribosomer består af to underenheder: den større eller større og den mindre eller mindre. 

Det ribosomale RNA af prokaryoter og eukaryoter er differentierbar. I prokaryoter er den store underenhed 50S og består af ribosomal RNA 5S og 23S, også den lille underenhed er 30S og er kun sammensat af 16S ribosomalt RNA.

I modsætning hertil består hovedunderenheden (60S) af ribosomal RNA 5S, 5,8S og 28S. Den lille underenhed (40S) er udelukkende sammensat af 18S ribosomalt RNA.

Generne kodende for ribosomale RNA'er 5,8S, 18S og 28S findes i nucleolus. Disse ribosomale RNA'er transkriberes som en enkelt enhed i nukleolus med RNA-polymerase I. Denne proces resulterer i en precursor af 45S RNA.

Den nævnte ribosomale RNA-forstadie (45S) skal udskæres i sine 18S-komponenter, der tilhører den lille underenhed (40S) og 5,8S og 28S af den store underenhed (60S).

Det manglende ribosomale RNA, 5S, syntetiseres uden for nukleoluset; I modsætning til dets homologer katalyseres processen ved RNA polymerase III.

Transkription af ribosomalt RNA

En celle har brug for et stort antal ribosomale RNA-molekyler. Der er flere kopier af generne, der koder for denne type RNA, for at opfylde disse høje krav.

For eksempel er der ifølge de data, der findes i det humane genom, 200 kopier for ribosomalt RNA 5,8S, 18S og 28S. Til ribosomal RNA 5S er der 2000 kopier.

Processen starter med det 45S ribosomale RNA. Det begynder med fjernelse af afstandsstykket nær 5'-enden. Når transkriptionsprocessen er afsluttet, fjernes det resterende afstandsstykke ved 3'-enden. Efter efterfølgende elimineringer opnås modent ribosomalt RNA.

Også, ribosomalt RNA-processering kræver en række væsentlige ændringer i deres baser, som methylering processer og omdannelse af uridin til pseudouridin.

Efterfølgende forekommer tilsætningen af ​​proteiner og RNA'er i nukleolus. Blandt disse er de små nukleolære RNA'er (ARNpn), som deltager i adskillelsen af ​​de ribosomale RNA'er i produkterne 18S, 5,8S og 28S.

NRNA'erne har sekvenser komplementære til ribosomale RNA 18S og 28S. Derfor kan de ændre baserne af precursor-RNA'et ved at methylere visse regioner og deltage i dannelsen af ​​pseudouridin..

Montering af ribosomer

Dannelsen af ​​ribosomer omfatter bindingen af ​​den ribosomale RNA-precursor sammen med ribosomale proteiner og 5S. Proteinerne involveret i processen transkriberes af RNA-polymerase II i cytoplasmaet og skal transporteres til nucleolus.

Ribosomale proteiner begynder at associere med ribosomale RNA'er før separationen af ​​45S ribosomal RNA forekommer. Efter adskillelse tilsættes de resterende ribosomale proteiner og 5S ribosomale RNA.

Modningen af ​​18S ribosomal RNA forekommer hurtigere. Endelig eksporteres de "preribosomale partikler" til cytoplasmaet.

Andre funktioner

Foruden biogenese af ribosomer har nylig forskning fundet, at nucleolus er en multifunktionel enhed.

Nukleolus er også involveret i behandling og modning af andre typer af RNA, såsom snRNP'er (protein og RNA-komplekser, der kombinerer med pre-messenger RNA til dannelse af spliceosom eller splejsningskomplekset) og visse RNA-overførsler. , microRNA og andre ribonukleoproteinkomplekser.

Ved at analysere proteom nucleolar proteiner, der findes i forbindelse med forarbejdning pre-messenger-RNA, kontrol cellecyklus, replikation og DNA-reparation. Konstitutionen af ​​nucleolusproteiner er dynamisk og ændrer sig under forskellige miljømæssige forhold og cellulær stress.

Der er også en række patologier forbundet med nukleolus forkerte funktion. Blandt disse er Diamond-Blackfan anæmi og neurodegenerative lidelser som Alzheimers og Huntingtons sygdom..

Hos patienter med Alzheimer er der en ændring i niveauerne af udtryk for nukleolus sammenlignet med raske patienter.

Nukleolus og kræft

Mere end 5000 undersøgelser har vist forholdet mellem ondartet proliferation af celler og nukleolus aktivitet.

Målet med nogle undersøgelser er at kvantificere nucleolusproteinerne til kliniske diagnostiske formål. Med andre ord søger vi at evaluere proliferationen af ​​cancer ved anvendelse af disse proteiner som en markør, specifikt B23, nucleolin, UBF og subunits af RNA polymerase I.

På den anden side har det vist sig, at B23-proteinet er direkte relateret til udviklingen af ​​cancer. Ligeledes er andre nukleolære komponenter involveret i udviklingen af ​​patologier, såsom akut promyelocytisk leukæmi.

Nukleolus og vira

Der er tilstrækkelige beviser til at bekræfte, at vira, både fra planter og fra dyr, har brug for nukleolproteinerne til at opnå replikationsprocessen. Der er ændringer i nukleolus, hvad angår dens morfologi og dets proteinsammensætning, når cellen oplever en viral infektion.

Et stort antal proteiner er blevet fundet, der kommer fra DNA- og RNA-sekvenser, der indeholder vira og er placeret i nucleolus.

Virusser har forskellige strategier, der tillader dem at være placeret i denne subnuclear region, såsom virale proteiner, der indeholder "signaler", der fører til nukleolus. Disse mærker er rige på aminosyrerne arginin og lysin.

Pladsen af ​​viruset i nucleolus letter dens replikation, og det synes desuden at være et krav for dets patogenicitet.

referencer

  1. Boisvert, F. M., van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, A. I. (2007). Den multifunktionelle nukleolus. Naturanmeldelser Molekylcellebiologi, 8(7), 574-585.
  2. Boulon, S., Westman, B.J., Hutten, S., Boisvert, F.-M., & Lamond, A.I. (2010). Nucleolus under stress. Molecular Cell, 40(2), 216-227.
  3. Cooper, C.M. (2000). Cellen: En molekylær tilgang. 2. udgave. Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Nucleolus: den fascinerende atomkrop. Histokemi og cellebiologi, 129(1), 13-31.
  4. Horky, M., Kotala, V., Anton, M. & WESIERSKA-GADEK, J. (2002). Nukleolus og apoptose. Annaler fra New York Academy of Sciences, 973(1), 258-264.
  5. Leung, A. K. & Lamond, A. I. (2003). Nukleolusens dynamik. Kritiske Anmeldelser ™ i Eukaryotisk Gen Expression, 13(1).
  6. Montanaro, L., Treré, D., & Derenzini, M. (2008). Nukleolus, ribosomer og cancer. Den amerikanske Journal of Pathology, 173(2), 301-310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
  7. Pederson, T. (2011). Nucleolus. Cold Spring Harbor Perspektiver i Biologi, 3(3), a000638.
  8. Tsekrekou, M., Stratigi, K., & Chatzinikolaou, G. (2017). Nucleolus: Ved vedligeholdelse og reparation af genom. International Journal of Molecular Sciences, 18(7), 1411.