NUCLEOLUS: KARAKTERISTIKA, STRUKTUR, MORFOLOGI OG FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

Den Nucleolus er en cellestruktur ikke afgrænset af en membran, er en af de mest prominente områder af kernen. Det observeres som et tættere område i kernen og er opdelt i tre regioner: tæt fibrillar-komponent, fibrillar-center og granulær komponent.

Det er hovedsageligt ansvarlig for syntesen og samlingen af ​​ribosomer; denne struktur har imidlertid også andre funktioner. Der er fundet mere end 700 proteiner i kernen, som ikke er involveret i ribosombiogeneseprocesser. På samme måde er kernen involveret i udviklingen af ​​forskellige patologier.

Den første forsker, der observerede nucleoluszonen, var F. Fontana i 1781, for mere end to århundreder siden. I midten af ​​1930'erne var McClintock i stand til at observere en sådan struktur i sine eksperimenter med Zea mays. Siden da har hundredvis af undersøgelser fokuseret på at forstå funktionerne og dynamikken i denne region i kernen.

Generelle karakteristika

Nukleolusen er en fremtrædende struktur beliggende i kernen af ​​eukaryote celler. Det er et "område" i form af en kugle, da der ikke er nogen type biomembran, der adskiller den fra resten af ​​de nukleare komponenter.

Det kan ses under mikroskopet som en underregion af kernen, når cellen er ved grænsefladen.

Det er organiseret i regioner, der kaldes NORs (for dets akronym på engelsk: kromosomale nukleolære organisatorregioner), hvor sekvenserne, der koder for ribosomer, findes.

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

I nucleolus forekommer transkription, bearbejdning og samling af underenhederne, der udgør ribosomer.

Ud over dets traditionelle funktion er nucleolus relateret til tumorundertrykkende proteiner, cellecyklusregulatorer og endda proteiner fra vira.

Nucleolus-proteiner er dynamiske, og deres sekvens ser ud til at være bevaret under hele evolutionen. Af disse proteiner er kun 30% blevet associeret med ribosombiogenese.

Struktur og morfologi

Kernen er opdelt i tre hovedkomponenter, der kan skelnes ved elektronmikroskopi: den tætte fibrillarkomponent, fibrillecentret og den granulære komponent.

Generelt er det omgivet af kondenseret kromatin, kaldet heterochromatin. I nucleolus forekommer processerne med transkription af ribosomalt RNA, behandling og samling af ribosomale forstadier.

Nukleolusen er en dynamisk region, hvor proteinerne, som komponenterne kan forbindes med og adskilles hurtigt fra de nukleolære komponenter, skaber en kontinuerlig udveksling med nukleoplasma (gelatinøst stof internt i kernen).

Hos pattedyr varierer strukturen af ​​nucleolus med stadierne i cellecyklussen. I profase observeres en uorganisering af nucleolus, og den samles igen ved afslutningen af ​​den mitotiske proces. Maksimal transkriptionel aktivitet i nucleolus er observeret i S- og G2-faser.

Aktiviteten af ​​RNA-polymerase I kan påvirkes af forskellige fosforyleringstilstande og således modificere aktiviteten af ​​nucleolus under cellecyklussen. Lyddæmpning under mitose forekommer på grund af fosforylering af forskellige elementer, såsom SL1 og TTF-1.

Imidlertid er dette mønster ikke almindeligt i alle organismer. For eksempel er nucleolus i gær til stede - og aktiv - under hele celledelingsprocessen.

Fibrillary centre

De gener, der koder for ribosomalt RNA, findes i fibrillecentrene. Disse centre er klare regioner omgivet af tætte fibrillarkomponenter. Fibrillecentrene er forskellige i størrelse og antal, afhængigt af celletypen.

Et bestemt mønster er blevet beskrevet med hensyn til karakteristika ved fibrillecentrene. Celler med høj ribosomsyntese har et lavt antal fibrillarcentre, mens celler med reduceret metabolisme (såsom lymfocytter) har større fibrillarcentre.

Der er specifikke tilfælde, såsom i neuroner med en meget aktiv stofskifte, hvis nucleolus har et kæmpe fibrillar center, ledsaget af små mindre centre.

Tæt fibrillerkomponent og granulær komponent

Den tætte fibrillerkomponent og fibrillecentrene er indlejret i den granulære komponent, hvis granulater har en diameter på 15 til 20 nm. Transkriptionsprocessen (passage af DNA-molekylet til RNA, betragtet som det første trin i genekspression) forekommer ved grænserne for fibrillecentrene og i den tætte fibrillarkomponent.

Behandling af ribosomalt præ-RNA forekommer i den tætte fibrillarkomponent, og processen strækker sig til den granulære komponent. Transkripterne akkumuleres i den tætte fibrillarkomponent, og nukleolære proteiner er også placeret i den tætte fibrillarkomponent. Det er i dette område, hvor samlingen af ​​ribosomer finder sted.

Efter at denne monteringsproces af ribosomalt RNA med de nødvendige proteiner er afsluttet, eksporteres disse produkter til cytoplasmaet.

Den granulære komponent er rig på transkriptionsfaktorer (SUMO-1 og Ubc9 er nogle eksempler). Typisk er nucleolus omgivet af heterochromatin; Det antages, at dette komprimerede DNA spiller en rolle i ribosomal RNA-transkription.

Hos pattedyr komprimeres eller dæmpes ribosomalt DNA i celler. Denne organisation ser ud til at være vigtig for regulering af ribosomalt DNA og til beskyttelse af genomisk stabilitet.

Nucleolar organiserende region

I denne region (NOR) grupperes generne (ribosomalt DNA), der koder for ribosomalt RNA.

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

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

I promotorer for ribosomalt DNA kan der skelnes mellem to elementer: et centralt element og et element placeret opstrøms (opstrøms).

Funktioner

Ribosomal RNA-formningsmaskiner

Kernen kan betragtes som en fabrik med alle de nødvendige komponenter til biosyntesen af ​​ribosomforstadier.

Ribosomal eller ribosomal RNA (ribonukleinsyre), ofte forkortet som rRNA, er en bestanddel af ribosomer og deltager i syntesen af ​​proteiner. Denne komponent er vigtig for alle afstamninger af levende væsener.

Ribosomalt RNA associeres med andre bestanddele af proteinart. Denne binding resulterer i ribosomale forudsætninger. Klassificeringen af ​​ribosomalt RNA er generelt givet ledsaget af et bogstav "S", som angiver Svedbergsenhederne eller sedimentationskoefficienten.

Organisering af ribosomer

Ribosomer består af to underenheder: de store eller store og de små eller mindre.

Det ribosomale RNA fra prokaryoter og eukaryoter kan differentieres. I prokaryoter er den store underenhed 50S og består af 5S og 23S ribosomale RNA'er, ligeledes er den lille underenhed 30S og består kun af 16S ribosomal RNA.

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

I nucleolus findes generne, der koder for ribosomale RNA'er 5.8S, 18S og 28S. Disse ribosomale RNA'er transkriberes som en enkelt enhed i kernen af ​​RNA-polymerase I. Denne proces resulterer i en 45S RNA-forløber.

Nævnte ribosomale RNA-forløber (45S) skal spaltes i dens 18S-komponenter, der hører til den lille underenhed (40S) og til 5,8S og 28S af den store underenhed (60S).

Det manglende ribosomale RNA, 5S, syntetiseres uden for kernen; I modsætning til dets modparter katalyseres processen af ​​RNA-polymerase III.

Ribosomal RNA-transkription

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 imødekomme disse høje krav.

Baseret på data fundet i det humane genom findes der for eksempel 200 kopier til 5,8S, 18S og 28S ribosomale RNA'er. For 5S ribosomalt RNA er der 2000 eksemplarer.

Processen begynder med 45S ribosomalt RNA. Det begynder med at fjerne afstandsstykket nær 5'-enden. Når transkriptionsprocessen er afsluttet, fjernes den resterende afstandsholder placeret ved 3'-enden. Efter efterfølgende deletioner opnås det modne ribosomale RNA.

Desuden kræver behandlingen af ​​ribosomalt RNA en række vigtige modifikationer i dets baser, såsom fremgangsmåder til methylering og omdannelse af uridin til pseudouridin.

Derefter forekommer tilsætningen af ​​proteiner og RNA'er placeret i kernen. Blandt disse er de små nukleolære RNA'er (pRNA), der deltager i adskillelsen af ​​ribosomale RNA'er i 18S-, 5.8S- og 28S-produkterne.

PRNA'er har sekvenser komplementære til 18S og 28S ribosomale RNA'er. Derfor kan de modificere baserne i forstadiet RNA, methylere visse regioner og deltage i dannelsen af ​​pseudouridin.

Ribosomkonstruktion

Dannelsen af ​​ribosomer involverer binding af det oprindelige ribosomale RNA sammen med ribosomale proteiner og 5S. Proteinerne, der er involveret i processen, transkriberes af RNA-polymerase II i cytoplasmaet og skal transporteres til kernen.

Ribosomale proteiner begynder at forbinde med ribosomale RNA'er, før spaltning af 45S ribosomalt RNA forekommer. Efter adskillelse tilsættes de resterende ribosomale proteiner og 5S ribosomalt RNA.

18S ribosomal RNA-modning forekommer hurtigere. Endelig eksporteres de "preribosomale partikler" til cytoplasmaet.

Andre funktioner

Foruden biogenesen af ​​ribosomer har nyere forskning fundet, at nucleolus er en multifunktionel enhed.

Kernen er også involveret i behandlingen og modningen af ​​andre typer RNA, såsom snRNP'er (protein- og RNA-komplekser, der kombineres med pre-messenger-RNA for at danne spliceosom- eller splejsekompleks) og visse overførsels-RNA'er., mikroRNA'er og andre ribonukleoproteinkomplekser.

Gennem analysen af ​​nucleolus-proteomet er proteiner forbundet med pre-messenger RNA-behandling, cellecykluskontrol, DNA-replikation og reparation fundet. Proteinsammensætningen af ​​nucleolus er dynamisk og ændrer sig under forskellige miljøbetingelser og cellestress.

Ligeledes er der en række patologier forbundet med den forkerte funktion af kernen. Disse inkluderer Diamond - Blackfan-anæmi og neurodegenerative lidelser såsom Alzheimers og Huntingtons sygdom.

Hos Alzheimers patienter er der en ændring i ekspressionsniveauerne i nucleolus sammenlignet med raske patienter.

Kernen og kræft

Mere end 5000 studier har vist forholdet mellem ondartet celleproliferation og nucleolusaktivitet.

Målet med nogle undersøgelser er at kvantificere nucleolusproteiner til kliniske diagnostiske formål. Med andre ord er målet at evaluere kræftproliferation under anvendelse af disse proteiner som en markør, specifikt B23, nucleolin, UBF og RNA-polymerase I underenheder.

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

Kernen og vira

Der er tilstrækkelig dokumentation til at angive, at vira, både fra planter og dyr, har brug for nucleolusproteiner for at opnå replikationsprocessen. Der er ændringer i nucleolus, hvad angår dens morfologi og dens proteinsammensætning, når cellen oplever en virusinfektion.

Der er fundet et betydeligt antal proteiner, der kommer fra DNA- og RNA-sekvenser, der indeholder vira og er lokaliseret i kernen.

Viraer har forskellige strategier, der giver dem mulighed for at lokalisere i denne subnukleare region, såsom virale proteiner, der indeholder "signaler", der fører dem til kernen. Disse tags er rige på aminosyrerne arginin og lysin.

Placeringen af ​​vira i nucleolus letter deres replikation, og det synes endvidere at være et krav for deres patogenicitet.

Referencer

1. Boisvert, FM, van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, AI (2007). Den multifunktionelle nucleolus. Naturen gennemgår molekylær cellebiologi, 8 (7), 574–585.
2. Boulon, S., Westman, BJ, Hutten, S., Boisvert, F.-M., & Lamond, AI (2010). Nucleolus under stress. Molecular Cell, 40 (2), 216–227.
3. Cooper, CM (2000). Cellen: En molekylær tilgang. 2. udgave. Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Nucleolus: det fascinerende nukleære organ. Histokemi og cellebiologi, 129 (1), 13–31.
4. Horký, M., Kotala, V., Anton, M., & WESIERSKA - GADEK, J. (2002). Nucleolus og apoptose. Annaler fra New York Academy of Sciences, 973 (1), 258-264.
5. Leung, AK, & Lamond, AI (2003). Dynamikken i nucleolus. Critical Reviews ™ i eukaryot genekspression, 13 (1).
6. Montanaro, L., Treré, D., & Derenzini, M. (2008). Nucleolus, ribosomer og kræft. The American Journal of Pathology, 173 (2), 301–310.
7. Pederson, T. (2011). Nucleolus. Cold Spring Harbour Perspectives in Biology, 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.