Nucleolus Egenskaper, Struktur, Morfologi og Funksjoner



den nucleolus er en cellulær struktur som ikke er avgrenset av membran, som er et av de mest fremtredende områdene av kjernen. Det observeres som en tettere region i kjernen og er delt inn i tre regioner: tett fibrillerkomponent, fibrillar senter og granulær komponent..

Det er hovedsakelig ansvarlig for syntesen og samlingen av ribosomer; Denne strukturen har imidlertid også andre funksjoner. Mer enn 700 proteiner er funnet i nukleolus som ikke er involvert i ribosombiogenese prosesser. På samme måte er nukleolus involvert i utviklingen av forskjellige patologier.

Den første forskeren til å observere området av nukleolus var F. Fontana i 1781, mer enn to århundrer siden. Så i midten av 1930-tallet var McClintock i stand til å observere denne strukturen i sine eksperimenter med Zea mays. Siden da har hundrevis av undersøkelser fokusert på å forstå funksjonene og dynamikken i denne kjerneområdet.

index

  • 1 Generelle egenskaper
  • 2 Struktur og morfologi
    • 2.1 Fibrillære sentre
    • 2.2 Tett fibrillar komponent og granulær komponent
    • 2.3 Nukleolarorganiserende region
  • 3 funksjoner
    • 3.1 Ribosomal RNA formasjonsmaskineri
    • 3.2 Organisering av ribosomer
    • 3.3 Transkripsjon av ribosomalt RNA
    • 3.4 Montering av ribosomer
    • 3.5 Andre funksjoner
  • 4 Nukleolus og kreft
  • 5 Nucleolus og virus
  • 6 Referanser

Generelle egenskaper

Nukleolus er en fremtredende struktur lokalisert inne i kjernen av eukaryotiske celler. Det er en "region" i form av en sfære, siden det ikke finnes noen type biomembran som skiller den fra resten av atomkomponentene.

Det kan observeres under mikroskopet som en delregion av kjernen når cellen er i grensesnittet.

Det er organisert i regioner som kalles NORs (for sin akronym på engelsk: kromosomale nukleolare organiseringsområder), hvor sekvensene som koder for ribosomer, er funnet.

Disse gener er i spesifikke områder av kromosomene. Hos mennesker er de organisert i tandem i satellittområdene av kromosomer 13, 14, 15, 21 og 22.

I nukleolus forekommer transkripsjon, behandling og montering av underenhetene som utgjør ribosomene.

I tillegg til sin tradisjonelle funksjon er nukleolus relatert til tumor suppressor proteiner, celle syklus regulatorer og til og med proteiner fra virus.

Nucleolusproteinene er dynamiske og tilsynelatende har deres sekvens blitt bevart i løpet av evolusjonen. Av disse proteinene har bare 30% vært assosiert med biogenesen av ribosomer.

Struktur og morfologi

Nukleolus er delt inn i tre hovedkomponenter, differensierbar ved elektronmikroskopi: den tette fibrillære komponenten, fibrillar senter og den granulære komponenten..

Vanligvis er det omgitt av kondensert kromatin, kalt heterochromatin. Prosessene for transkripsjon av ribosomal RNA, behandling og montering av ribosomale forløpere forekommer i nukleoluset.

Nukleolus er en dynamisk region hvor proteiner som komponentene kan assosiere og skiller seg raskt fra de nukleolære komponentene, skaper en kontinuerlig utveksling med nukleoplasmaet (intern gelatinøs substans av kjernen).

I pattedyr varierer strukturen av nukleolus med stadiene av cellesyklusen. I profasen observeres en disorganisering av nukleolus og den blir samlet igjen på slutten av den mitotiske prosessen. Maksimal aktivitet av transkripsjon i nukleolus er blitt observert i fasene S og G2.

Aktiviteten til RNA-polymerase I kan påvirkes av forskjellige fosforyleringstilstander, og dermed modifisere aktiviteten til nukleoluset under cellesyklusen. Silencing under mitose skjer ved fosforylering av forskjellige elementer som SL1 og TTF-1.

Imidlertid er dette mønsteret ikke vanlig i alle organismer. For eksempel, i gjær er nukleolus tilstede - og aktiv - gjennom hele prosessen med celledeling.

Fibrillar sentre

Generene som kodes for ribosomalt RNA er plassert i fibrillære sentre. Disse sentrene er klare områder omgitt av tette fibrillære komponenter. Fibrillære senter er variabel i størrelse og antall, avhengig av celletype.

Et visst mønster er blitt beskrevet med hensyn til egenskapene til de fibrillære sentrene. Celler som har høy syntese av ribosomer har et lavt antall fibrillære sentre, mens celler med redusert metabolisme (som lymfocytter) har større fibrillære sentre.

Det er spesielle tilfeller, som i nevroner med en svært aktiv metabolisme, hvis nukleol har et gigantisk fibrillar senter, ledsaget av mindre mindre sentre.

Tett fibrillar komponent og granulær komponent

Den tette fibrillære komponenten og de fibrillære sentrene er innebygd i den granulære komponenten, hvis granuler har en diameter på 15 til 20 nm. Transkripsjonsprosessen (passasje av DNA-molekylet til RNA, betraktet som det første trinn av genuttrykk) skjer ved grensene av de fibrillære sentrene og den tette fibrillære komponenten.

Behandlingen av pre-ribosomalt RNA forekommer i den tette fibrillære komponenten og prosessen strekker seg til den granulære komponenten. Transkripsjonene akkumuleres i den tette fibrillære komponenten, og de nukleolære proteiner er også lokalisert i den tette fibrillære komponenten. Det er i denne regionen hvor samlingen av ribosomer forekommer.

Etter at denne prosessen med å samle ribosomal RNA med de nødvendige proteiner kulminerer, eksporteres disse produktene til cytoplasma.

Den granulære komponenten er rik på transkripsjonsfaktorer (SUMO-1 og Ubc9 er noen eksempler). Typisk er nukleolus omgitt av heterochromatin; Det antas at dette komprimerte DNA kan ha en rolle i transkripsjonen av ribosomal RNA.

I pattedyr blir det ribosomale DNA i cellene komprimert eller tyst. Denne organisasjonen synes å være viktig for reguleringen av ribosomalt DNA og for beskyttelse av genomisk stabilitet.

Nukleolarorganiserende region

I denne regionen (NOR) er grupperte gener (ribosomalt DNA) som koder for ribosomalt RNA.

Kromosomene som utgjør disse områdene varierer avhengig av arten av studien. Hos mennesker er de funnet i satellittområdene av akrocentriske kromosomer (sentromeren befinner seg nær en av endene), spesielt i par 13, 14, 15, 21 og 22.

Enhetene av DNA-ribosomer består av den transkriberte sekvensen og en ekstern spacer som er nødvendig for transkripsjon av RNA-polymerase I.

I promotorer for ribosomal DNA kan to elementer skiller seg ut: et sentralt element og et element plassert oppstrøms (Upstream)

funksjoner

Ribosomal RNA formasjonsmaskineri

Nukleolus kan betraktes som en fabrikk med alle nødvendige komponenter for biosyntesen av forløpene til ribosomene..

Ribosomal eller ribosomal RNA (ribosomalsyre), vanligvis forkortet som rRNA, er en komponent av ribosomer og deltar i syntese av proteiner. Denne komponenten er viktig for alle linjer av levende vesener.

Ribosomal RNA er assosiert med andre komponenter av protein natur. Denne foreningen resulterer i ribosomale presubunities. Klassifiseringen av ribosomal RNA er vanligvis gitt med et "S" brev, som indikerer Svedberg-enhetene eller sedimentasjonskoeffisienten.

Organisering av ribosomer

Ribosomer består av to underenheter: større eller større og mindre eller mindre. 

Det ribosomale RNA av prokaryoter og eukaryoter er differensierbar. I prokaryoter er den store underenheten 50S og består av ribosomal RNA 5S og 23S, også den lille underenheten er 30S og består kun av 16S ribosomal RNA.

I kontrast er hovedunderenheten (60S) sammensatt av ribosomal RNA 5S, 5,8S og 28S. Den lille underenheten (40S) består utelukkende av 18S ribosomalt RNA.

Generene som koder for ribosomale RNAer 5,8S, 18S og 28S er funnet i nukleoluset. Disse ribosomale RNAene transkriberes som en enkelt enhet i nukleolus ved RNA-polymerase I. Denne prosessen resulterer i en forløper for 45S RNA.

Den nevnte ribosomale RNA-forløperen (45S) må være skåret ut i sine 18S-komponenter, som tilhører den lille underenheten (40S) og 5.8S og 28S av den store underenhet (60S).

Det manglende ribosomale RNA, 5S, syntetiseres utenfor nukleoluset; i motsetning til dens homologer, katalyseres prosessen av RNA polymerase III.

Transkripsjon av ribosomalt RNA

En celle trenger et stort antall ribosomale RNA-molekyler. Det er flere kopier av gener som kodes for denne typen RNA for å møte disse høye kravene.

For eksempel, ifølge dataene funnet i det humane genomet, er det 200 kopier for ribosomalt RNA 5,8S, 18S og 28S. For ribosomal RNA 5S er det 2000 eksemplarer.

Prosessen starter med 45S ribosomal RNA. Det begynner med fjerning av avstanden i nærheten av 5'-enden. Når transkripsjonsprosessen er fullført, fjernes det gjenværende mellomromet plassert ved 3'-enden. Etter påfølgende eliminasjoner oppnås modent ribosomalt RNA.

I tillegg krever behandlingen av ribosomal RNA en rekke viktige modifikasjoner i basene, for eksempel metyleringsprosesser og omdannelse av uridin til pseudouridin..

Deretter forekommer tilsetningen av proteiner og RNAer lokalisert i nukleolus. Blant disse er de små nukleolære RNAene (ARNpn), som deltar i separasjonen av ribosomale RNA i produktene 18S, 5,8S og 28S.

NRNAene har sekvenser komplementære til ribosomale RNA 18S og 28S. Derfor kan de endre basene til forløper-RNA, ved å metylere bestemte regioner og delta i dannelsen av pseudouridin..

Montering av ribosomer

Dannelsen av ribosomer omfatter bindingen av den ribosomale RNA-forløperen, sammen med ribosomale proteiner og 5S. Proteinene involvert i prosessen transkriberes av RNA-polymerase II i cytoplasmaen og må transporteres til nukleoluset.

Ribosomale proteiner begynner å assosiere med ribosomale RNA før separasjonen av 45S ribosomal RNA oppstår. Etter separasjon tilsettes de resterende ribosomale proteiner og 5S ribosomale RNA.

Modningen av 18S ribosomal RNA skjer raskere. Til slutt eksporteres "preribosomale partikler" til cytoplasma.

Andre funksjoner

I tillegg til biogenese av ribosomer har nylig funnet at nukleolus er en multifunksjonell enhet.

Den nucleolus er også involvert i behandlingen og modning av andre typer av RNA, for eksempel snRNPer (komplekst protein og RNA som er kombinert med den pre-mRNA for å danne spliceosome komplekset eller skjøt) og noen RNA overføre , mikroRNA og andre ribonukleoproteinkomplekser.

Gjennom analysen av nucleolusproteomet er proteiner assosiert med pre-messenger RNA-behandling, cellecykluskontroll, replikasjon og DNA-reparasjon funnet. Konstitusjonen av nukleolusproteiner er dynamisk og endres under forskjellige miljøforhold og cellulær stress.

Det er også en rekke patologier forbundet med feilfunksjonen av nukleolus. Blant disse er Diamond-Blackfan anemi og nevrogenerative forstyrrelser som Alzheimers og Huntingtons sykdom..

Hos pasienter med Alzheimer er det en endring i nivået av uttrykk for nukleolus, sammenlignet med friske pasienter.

Nukleolus og kreft

Mer enn 5000 studier har vist forholdet mellom ondartet proliferasjon av celler og aktiviteten til nucleolus.

Målet med noen undersøkelser er å kvantifisere nukleolproteiner for kliniske diagnostiske formål. Med andre ord søker vi å evaluere spredning av kreft ved å bruke disse proteinene som en markør, spesielt B23, nukleolin, UBF og underenheter av RNA-polymerase I.

På den annen side har det blitt funnet at B23-protein er direkte relatert til utvikling av kreft. På samme måte er andre nukleolære komponenter involvert i utviklingen av patologier som akutt promyelocytisk leukemi.

Nukleolus og virus

Det er tilstrekkelig bevis for å bekrefte at virus, både fra planter og fra dyr, trenger at nucleolusproteinene skal oppnå replikasjonsprosessen. Det er endringer i nukleolus, når det gjelder dens morfologi og dets proteinsammensetning, når cellen opplever en virusinfeksjon.

Et stort antall proteiner har blitt funnet som kommer fra DNA- og RNA-sekvenser som inneholder virus og er lokalisert i nukleolus.

Virus har forskjellige strategier som tillater dem å ligge i denne subnuclear regionen, for eksempel virale proteiner som inneholder "signaler" som fører til nukleolus. Disse merkene er rikt på aminosyrene arginin og lysin.

Plasseringen av viruset i den nukleolus muliggjør replikasjon og også synes å være en forutsetning for patogenitet.

referanser

  1. Boisvert, F. M., van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, A. I. (2007). Den multifunksjonelle nukleolus. Naturomtaler Molekylærcellebiologi, 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). The Cell: En Molekylær Tilnærming. Andre utgave. Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Nucleolus: den fascinerende atomkroppen. Histokjemi 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 dynamikk. Kritiske anmeldelser ™ i eukaryotisk genuttrykk, 13(1).
  6. Montanaro, L., Treré, D., & Derenzini, M. (2008). Nukleolus, ribosomer og kreft. Den amerikanske Journal of Pathology, 173(2), 301-310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
  7. Pederson, T. (2011). Nucleolus. Cold Spring Harbour Perspectives in Biology, 3(3), a000638.
  8. Tsekrekou, M., Stratigi, K., & Chatzinikolaou, G. (2017). Nucleolus: Ved vedlikehold og reparasjon av genom. International Journal of Molecular Sciences, 18(7), 1411.