NUCLEOLUS: ZNAČILNOSTI, ZGRADBA, MORFOLOGIJA IN FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2025

Jedrce je celična struktura ni omejen z membrano, pri čemer je eden od najbolj pomembnih področij jedra. Opazimo ga kot gostejše območje v jedru in ga delimo na tri regije: gosto fibrilarno komponento, fibrilarno središče in zrnato komponento.

V glavnem je odgovoren za sintezo in sestavljanje ribosomov; vendar ima ta struktura tudi druge funkcije. V jedru je bilo najdenih več kot 700 beljakovin, ki niso vključene v procese biogeneze ribosoma. Na enak način je nukleolus vključen v razvoj različnih patologij.

Prvi raziskovalec, ki je opazoval območje nukleolusa, je bil F. Fontana leta 1781, pred več kot dvema stoletjema. Nato je McClintock sredi tridesetih let prejšnjega stoletja v svojih poskusih z Zea mays opazoval takšno strukturo. Od takrat se je na stotine raziskav osredotočilo na razumevanje funkcij in dinamike tega območja jedra.

Splošne značilnosti

Nukleolus je izrazita struktura, ki se nahaja znotraj jedra evkariontskih celic. Gre za "regijo" v obliki krogle, saj ni vrste biomembrane, ki bi jo ločevala od preostalih jedrskih komponent.

Pod mikroskopom ga lahko vidimo kot podregijo jedra, ko je celica na meji.

Organiziran je v regijah, imenovanih NOR (za kratico v angleščini: kromosomske nukleolarne organizacije), kjer najdemo zaporedja, ki kodirajo ribosome.

Ti geni so v določenih regijah kromosomov. Pri ljudeh so organizirani v tandemu v satelitskih območjih kromosomov 13, 14, 15, 21 in 22.

V nukleolu pride do prepisovanja, predelave in sestavljanja podenot, ki sestavljajo ribosome.

Poleg svoje tradicionalne funkcije je nukleolus povezan s proteini zaviranja tumorja, regulatorji celičnega cikla in celo z beljakovinami iz virusov.

Nukleolusni proteini so dinamični, zato se zdi, da se njihovo zaporedje ohranja skozi celotno evolucijo. Od teh beljakovin je bilo le 30% povezanih z biogenezo ribosomov.

Struktura in morfologija

Nukleolus je razdeljen na tri glavne sestavine, ki jih je mogoče razlikovati z elektronsko mikroskopijo: gosto fibrilarno komponento, fibrilarno središče in zrnato komponento.

Na splošno je obdan s kondenziranim kromatinom, imenovanim heterokromatin. V nukleolu se pojavljajo procesi transkripcije ribosomske RNK, obdelave in sestavljanja ribosomskih prekurzorjev.

Nukleolus je dinamično območje, kjer se beljakovine, ki jih komponente lahko hitro povežejo in ločijo od nukleolarnih komponent, ustvarjajo neprekinjeno izmenjavo z nukleoplazmo (želatinozna snov znotraj jedra).

Pri sesalcih se struktura nukleola razlikuje glede na stopnje celičnega cikla. Pri profazi opazimo deorganizacijo nukleolusa in se ponovno sestavi na koncu mitotskega procesa. Največja transkripcijska aktivnost v nukleolusu je bila opažena v fazi S in G2.

Na aktivnost RNA polimeraze I lahko vplivajo različna stanja fosforilacije, s čimer se spremeni aktivnost nukleolusa med celičnim ciklom. Tiho med mitozo se pojavi zaradi fosforilacije različnih elementov, kot sta SL1 in TTF-1.

Vendar ta vzorec ni pogost pri vseh organizmih. Na primer, v kvasovkah je nukleolus prisoten - in aktiven - v celotnem procesu delitve celic.

Fibrilarni centri

Geni, ki kodirajo ribosomsko RNA, se nahajajo v fibrilarnih središčih. Ta središča so jasna območja, obdana z gostimi fibrilarnimi sestavnimi deli. Fibrilarni centri so spremenljivi po velikosti in številu, odvisno od vrste celice.

Glede značilnosti fibrilarnih središč je bil opisan določen vzorec. Celice z visoko sintezo ribosomov imajo majhno število fibrilarnih središč, medtem ko imajo celice z zmanjšanimi presnovki (na primer limfociti) večje fibrilarne centre.

Obstajajo posebni primeri, kot pri nevronih z zelo aktivnim metabolizmom, katerega jedro ima velikansko fibrilarno središče, ki ga spremljajo manjši manjši centri.

Gosta vlaknasta in zrnasta komponenta

Gosta fibrilarna komponenta in fibrilarna središča sta vdelani v zrnato komponento, katere zrnca imajo premer od 15 do 20 nm. Proces transkripcije (prehod molekule DNA v RNA, ki velja za prvi korak ekspresije gena) poteka na mejah fibrilarnih središč in v gosto fibrilarni komponenti.

Obdelava ribosomske pre-RNA se pojavi v gosti fibrilarni komponenti in postopek se razširi na zrnato komponento. Prepisi se kopičijo v gosti fibrilarni komponenti, nukleolarni proteini pa se nahajajo tudi v gosti fibrilarni komponenti. V tej regiji se nahaja sestavljanje ribosomov.

Po tem postopku montaže ribosomske RNA s potrebnimi proteini se ti izdelki izvozijo v citoplazmo.

Zrnata komponenta je bogata s transkripcijskimi faktorji (primera SUMO-1 in Ubc9). Običajno je nukleolus obkrožen s heterokromatinom; Domneva se, da ta zgoščena DNK igra vlogo pri ribosomalni transkripciji RNK.

Pri sesalcih se ribosomalna DNK v celicah zgošča ali utiša. Zdi se, da je ta organizacija pomembna za uravnavanje ribosomske DNK in za zaščito genomske stabilnosti.

Nukleolarna organizacija

V tej regiji (NOR) so zbrani geni (ribosomalna DNA), ki kodirajo ribosomsko RNA.

Kromosomi, ki sestavljajo te regije, se razlikujejo glede na vrsto, ki se preučuje. Pri ljudeh jih najdemo v satelitskih območjih akrocentričnih kromosomov (centromere se nahaja blizu enega od koncev), natančneje v parih 13, 14, 15, 21 in 22.

Enote DNA ribosoma so sestavljene iz prepisanega zaporedja in zunanjega distančnika, potrebnega za prepisovanje z RNA polimerazo I.

V promotorjih za ribosomalno DNK lahko ločimo dva elementa: osrednji in element, ki se nahaja navzgor (zgoraj).

Lastnosti

Stroji za oblikovanje Ribosomal RNA

Nukleolus lahko štejemo za tovarno z vsemi komponentami, potrebnimi za biosintezo prekurzorjev ribosoma.

Ribosomska ali ribosomalna RNA (ribonukleinska kislina), ki se običajno skrajša kot rRNA, je sestavni del ribosomov in sodeluje pri sintezi beljakovin. Ta komponenta je ključnega pomena za vse rodove živih bitij.

Ribosomalna RNA se povezuje z drugimi sestavinami beljakovinske narave. Ta vezava povzroči ribosomske predpostavke. Razvrstitev ribosomske RNA je na splošno podana s črko "S", ki označuje Svedbergove enote ali koeficient sedimentacije.

Organizacija ribosomov

Ribosome sestavljata dve podenoti: glavna ali velika ter majhna ali manjša.

Ribosomska RNA prokariotov in evkariotov je različna. V prokariotih je velika podenota 50S in je sestavljena iz 5S in 23S ribosomske RNA, prav tako majhna podenota je 30S in je sestavljena samo iz 16S ribosomske RNA.

V nasprotju s tem je glavna podenota (60S) sestavljena iz 5S, 5.8S in 28S ribosomske RNA. Majhno podenoto (40S) sestavlja izključno 18S ribosomska RNA.

V nukleolusu so geni, ki kodirajo ribosomske RNK 5.8S, 18S in 28S. Te ribosomske RNK se preko RNA polimeraze prepisujejo kot enota znotraj nukleolusa. Ta postopek povzroči predhodnik RNS 45S.

Omenjeni predhodnik ribosomske RNK (45S) je treba razcepiti v 18S sestavine, ki pripadajo majhni podenoti (40S) ter 5,8S in 28S velike podenote (60S).

Manjkajoča ribosomska RNA, 5S, se sintetizira zunaj nukleola; Za razliko od svojih kolegov postopek katalizira RNA polimeraza III.

Prepisovanje Rbosomske RNA

Celica potrebuje veliko število ribosomskih molekul RNA. Obstaja več kopij genov, ki kodirajo to vrsto RNA, da izpolnjujejo te visoke zahteve.

Na primer, na podlagi podatkov, ki jih najdemo v človeškem genomu, obstaja 200 kopij za 5.8S, 18S in 28S ribosomske RNA. Za ribosomsko RNA 5S je 2000 kopij.

Proces se začne s 45S ribosomsko RNA. Začne se z odstranjevanjem distančnika blizu 5 ′ konca. Ko je postopek prepisovanja končan, se preostali distančnik, ki se nahaja na 3 'koncu, odstrani. Po kasnejših delecijah dobimo zrelo ribosomsko RNA.

Poleg tega obdelava ribosomske RNA zahteva vrsto pomembnih sprememb v njenih bazah, kot so procesi metilacije in pretvorbe uridina v psevouridin.

Pozneje pride do dodatka beljakovin in RNK, ki se nahajajo v nukleolu. Med njimi so majhne nukleolarne RNA (pRNA), ki sodelujejo pri ločevanju ribosomskih RNK ​​v izdelkih 18S, 5.8S in 28S.

PRNA imajo sekvence, ki dopolnjujejo 18S in 28S ribosomske RNA. Zato lahko spremenijo podlage predhodnice RNA, metilirajo določena področja in sodelujejo pri tvorbi pseudouridina.

Ribosomski sklop

Tvorba ribosomov vključuje vezavo matične ribosomske RNA skupaj z ribosomalnimi proteini in 5S. Beljakovine, ki sodelujejo v procesu, se v citoplazmo prenašajo z RNA polimerazo II in jih je treba prenesti v nukleolus.

Ribosomalni proteini se začnejo povezovati z ribosomsko RNA, preden pride do cepitve 45S ribosomske RNA. Po ločitvi dodamo preostale ribosomske beljakovine in 5S ribosomsko RNA.

Zorenje 18S ribosomske RNA nastopi hitreje. Končno se "preribosomalni delci" izvozijo v citoplazmo.

Druge funkcije

Nedavne raziskave so poleg biogeneze ribosomov pokazale, da je nukleolus večnamenska entiteta.

Nukleolus je vključen tudi v predelavo in zorenje drugih vrst RNA, kot so snRNP (proteinsko-RNA kompleksi, ki se kombinirajo s RN pred messengerjem, da tvorijo spliceosom ali kompleks za spajanje) in določene prenosne RNA. , mikroRNA in drugi kompleksi ribonukleoproteinov.

Z analizo nukleolusnega proteoma so ugotovili beljakovine, povezane s predelavo RNA pred messengerjem, nadzorom celičnega cikla, podvajanjem in popravljanjem DNK. Proteinska sestava nukleola je dinamična in se spreminja v različnih okoljskih pogojih in obremenitvi celic.

Prav tako obstaja vrsta patologij, povezanih z nepravilnim delovanjem nukleola. Sem spadajo Diamond - Blackfanova anemija in nevrodegenerativne motnje, kot sta Alzheimerjeva in Huntingtonova bolezen.

Pri bolnikih z Alzheimerjevo boleznijo se spremeni nivo ekspresije nukleola v primerjavi z zdravimi bolniki.

Nukleolus in rak

Več kot 5000 raziskav je pokazalo povezavo med maligno celično proliferacijo in aktivnostjo nukleolov.

Cilj nekaterih raziskav je količinsko določiti nukleolusne proteine ​​za klinično diagnostične namene. Z drugimi besedami, cilj je oceniti širjenje raka z uporabo teh beljakovin kot markerja, zlasti podenot B23, nukleolina, UBF in RNA polimeraze I.

Po drugi strani so ugotovili, da je protein B23 neposredno povezan z razvojem raka. Tudi druge nukleolarne komponente so vključene v razvoj patologij, kot je akutna promielocitna levkemija.

Nukleolus in virusi

Na voljo je dovolj dokazov, da virusi, rastlinski in živalski, potrebujejo nukleolusne beljakovine, da dosežejo proces podvajanja. Ko se celica pojavi virusna okužba, se pojavijo spremembe v nukleolu, kar zadeva njegovo morfologijo in beljakovinsko sestavo.

Ugotovljeno je bilo veliko beljakovin, ki izvirajo iz zaporedij DNK in RNK, ki vsebujejo viruse in se nahajajo v jedru.

Virusi imajo različne strategije, ki jim omogočajo, da se najdejo v tem podnuklearnem območju, kot so virusni proteini, ki vsebujejo "signale", ki jih vodijo v nukleolus. Te oznake so bogate z aminokislinama arginin in lizin.

Lokacija virusov v nukleolusu olajša njihovo razmnoževanje, poleg tega se zdi, da je potrebna njihova patogenost.

Reference

1. Boisvert, FM, van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, AI (2007). Večfunkcionalni nukleolus. Naravni pregledi Molekularna celična biologija, 8 (7), 574–585.
2. Boulon, S., Westman, BJ, Hutten, S., Boisvert, F.-M., & Lamond, AI (2010). Nucleolus pod stresom. Molekularna celica, 40 (2), 216–227.
3. Cooper, CM (2000). Celica: Molekularni pristop. 2. izdaja Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Nucleolus: fascinantno jedrsko telo. Histokemija in celična biologija, 129 (1), 13–31.
4. Horký, M., Kotala, V., Anton, M., & WESIERSKA - GADEK, J. (2002). Nukleolus in apoptoza. Anali Newyorške akademije znanosti, 973 (1), 258–264.
5. Leung, AK, & Lamond, AI (2003). Dinamika nukleolusa. Kritični pregledi ™ v Evkariotski izražanju genov, 13 (1).
6. Montanaro, L., Treré, D., & Derenzini, M. (2008). Nukleolus, Ribosomi in Rak. Ameriški časopis za patologijo, 173 (2), 301–310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
7. Pederson, T. (2011). Nucleolus. Perspektive hladne pomladne luke v biologiji, 3 (3), a000638.
8. Tsekrekou, M., Stratigi, K., & Chatzinikolaou, G. (2017). Nucleolus: V vzdrževanju in popravilu genoma. International Journal of Molecular Sciences, 18 (7), 1411.