Nucleolus jellemzői, szerkezete, morfológiája és funkciói



az nucleolus a sejtmag nem membrán által határolt szerkezete, amely a mag egyik legjelentősebb területe. Sűrűbb régiónak tekinthető a magban, és három régióra oszlik: sűrű fibrilláris komponens, fibrilláris centrum és a szemcsés komponens..

Főként felelős a riboszómák szintéziséért és összeszereléséért; ez a szerkezet azonban más funkciókat is tartalmaz. Több mint 700 fehérjét találtak a nukleolusban, amelyek nem vesznek részt a riboszóma biogenezis folyamatokban. Ugyanígy a nukleolus részt vesz a különböző patológiák kialakulásában.

Az első kutató, aki megfigyelte a nukleolus területét, F. Fontana volt 1781-ben, több mint két évszázaddal ezelőtt. Aztán, az 1930-as évek közepén, McClintock képes volt megfigyelni ezt a struktúrát kísérleteiben Zea mays. Azóta több száz vizsgálat foglalkozott a központi régió funkcióinak és dinamikájának megértésével.

index

  • 1 Általános jellemzők
  • 2 Szerkezet és morfológia
    • 2.1. Fibrilláris központok
    • 2.2 Sűrű fibrilláris komponens és szemcsés komponens
    • 2.3 Nucleolar szervező régió
  • 3 Funkciók
    • 3.1. Riboszómális RNS képző gépek
    • 3.2 A riboszómák szervezése
    • 3.3. A riboszómális RNS transzkripciója
    • 3.4 A riboszómák összeszerelése
    • 3.5 Egyéb funkciók
  • 4 A nukleolus és a rák
  • 5 Nucleolus és vírusok
  • 6 Referenciák

Általános jellemzők

A nukleolus egy kiemelkedő struktúra, amely az eukarióta sejtek magjában helyezkedik el. Ez egy "gömb" formájú "régió", mivel nincs olyan típusú biomembrán, amely elválasztja azt a többi nukleáris komponenstől..

A mikroszkóp alatt megfigyelhető a mag alrégiója, amikor a sejt az interfészben van.

A NORs nevű régiókban szerveződik (angolul: kromoszómális nukleoláris szervező régiók), ahol a riboszómákat kódoló szekvenciák találhatók.

Ezek a gének a kromoszómák meghatározott régióiban vannak. Az emberekben a 13., 14., 15., 21. és 22. kromoszómák műholdas régióiban egyaránt szerveződnek.

A nukleolusban a riboszómákat alkotó alegységek transzkripciója, feldolgozása és összeszerelése következik be.

A nukleolus hagyományos funkciója mellett a tumorszuppresszor fehérjékhez, a sejtciklus szabályozókhoz és a vírusokból származó fehérjékhez is kapcsolódik..

A nukleolus fehérjék dinamikusak, és nyilvánvalóan szekvenciájuk megmaradt az evolúció során. Ezekből a fehérjékből csak 30% volt társult a riboszómák biogeneziséhez.

Szerkezet és morfológia

A nukleolust három fő komponensre osztjuk, amelyek elektronmikroszkóppal differenciálhatók: a sűrű fibrilláris komponens, a fibrilláris központ és a szemcsés komponens..

Általában kondenzált kromatinnal, heterokromatinnal van körülvéve. A riboszomális RNS transzkripciójának folyamatai, a riboszomális prekurzorok feldolgozása és összeszerelése a nukleolusban történik..

A nukleolus egy dinamikus régió, ahol a fehérjék, amelyeket az összetevők képesek társítani és gyorsan elkülönülni a nukleoláris komponensektől, folyamatos csere kialakulása a nukleoplazmával (a mag belső zselés anyagával)..

Az emlősökben a nukleolus szerkezete a sejtciklus fázisától függ. A prófázában megfigyelhető a nukleolus diszorganizációja, és a mitotikus folyamat végén ismét összeáll. Az S és G2 fázisokban a nukleolusban a transzkripció maximális aktivitását figyelték meg.

Az RNS polimeráz I aktivitását különböző foszforilációs állapotok befolyásolhatják, ezáltal módosítva a nukleolus aktivitását a sejtciklus során. A mitózis elnémítása különböző elemek, például SL1 és TTF-1 foszforilációjával történik.

Ez a minta azonban nem minden szervezetben gyakori. Például az élesztőben a nukleolus jelen van - és aktív - a sejtosztódás folyamata alatt.

Fibrilláris központok

A riboszomális RNS-t kódoló gének a fibrilláris központokban találhatók. Ezek a központok világos, sűrű fibrilláris komponensekkel körülvett területek. A fibrilláris központok mérete és száma változó, a sejt típusától függően.

A fibrilláris központok jellemzői tekintetében bizonyos mintázatot írtak le. A riboszómák magas szintézisével rendelkező sejtek fibrilláris központjainak száma alacsony, míg a csökkent metabolizmusú sejtek (például limfociták) nagyobb fibrilláris centrumokkal rendelkeznek.

Vannak speciális esetek, mint a nagyon aktív metabolizmussal rendelkező neuronok esetében, akiknek nukleolusának óriási fibrilláris központja van, kisebb kisebb központok kíséretében..

Sűrű fibrilláris komponens és szemcsés komponens

A sűrű fibrilláris komponens és a fibrilláris központok beágyazódnak a szemcsés komponensbe, amelynek granulátumai átmérője 15-20 nm. A transzkripciós folyamat (a DNS-molekula RNS-hez való átjutása, amely a génexpresszió első lépése) a fibrilláris központok és a sűrű fibrilláris komponens határánál fordul elő..

A pre-riboszómális RNS feldolgozása a sűrű fibrilláris komponensben történik, és az eljárás kiterjed a szemcsés komponensre is. A transzkriptumok felhalmozódnak a sűrű fibrilláris komponensben, és a nukleoláris fehérjék szintén a sűrű fibrilláris komponensben találhatók. Ebben a régióban történik a riboszómák összeszerelése.

A riboszomális RNS-nek a szükséges fehérjékkel történő összeszerelése után ezek a termékek a citoplazmába exportálódnak.

A szemcsés komponens transzkripciós faktorokban gazdag (SUMO-1 és Ubc9 néhány példa). Jellemzően a nukleolust heterokromatin veszi körül; úgy gondoljuk, hogy ez a tömörített DNS szerepet játszhat a riboszómális RNS transzkripciójában.

Az emlősökben a sejtekben lévő riboszómális DNS tömörül vagy elnémul. Ez a szervezet fontosnak tűnik a riboszómális DNS szabályozásában és a genomiális stabilitás védelmében.

Nucleolar szervező régió

Ebben a régióban (NOR) csoportosított gének (riboszómális DNS) vannak, amelyek riboszomális RNS-t kódolnak.

Az ilyen régiókat alkotó kromoszómák a vizsgált fajtól függően változnak. Emberekben az akrocentrikus kromoszómák műholdas régióiban találhatók (a centromere a végek egyikének közelében található), különösen a 13, 14, 15, 21 és 22 párokban..

A DNS-riboszómák egységei az átírt szekvenciából és az RNS-polimeráz I transzkripciójához szükséges külső távtartóból állnak.

A riboszómális DNS promóterekben két elemet lehet megkülönböztetni: egy központi elemet és egy elülső elemet (upstream)

funkciók

Riboszómális RNS-képző gépek

A nukleolus gyárnak tekinthető, amely minden szükséges komponenst tartalmaz a riboszómák prekurzorainak bioszintéziséhez..

A riboszómális vagy riboszómális RNS (riboszomális sav), amelyet általában rRNS-ként rövidítettek, a riboszómák összetevője és részt vesz a fehérjék szintézisében. Ez az összetevő létfontosságú az élő lények minden vonalához.

A riboszómális RNS-t fehérje-természetű más komponensekkel társítják. Ez az unió riboszomális előjogokat eredményez. A riboszómális RNS besorolását általában "S" betűvel adjuk meg, jelezve a Svedberg egységeket vagy az üledékképző tényezőt..

A riboszómák szervezése

A riboszómákat két alegység alkotja: a nagyobb vagy nagyobb és a kisebb vagy kisebb. 

A prokarióták és eukarióták riboszomális RNS-je differenciálható. A prokariótákban a nagy alegység 50S, és a riboszómális RNS 5S és 23S, és a kis alegység is 30S, és csak 16S riboszomális RNS-ből áll..

Ezzel szemben a fő alegység (60S) riboszómális RNS 5S, 5.8S és 28S. A kis alegység (40S) kizárólag 18S riboszómális RNS-ből áll.

Az 5,8S, 18S és 28S riboszómális RNS-eket kódoló gének a nukleolusban találhatók. Ezeket a riboszómális RNS-eket RNA polimeráz I-vel egyetlen egységként írják át. Ez a folyamat a 45S RNS prekurzorát eredményezi..

A riboszomális RNS-prekurzort (45S) a 18S komponenseiben kell kivágni, amelyek a kis alegység (60S) kis alegységéhez (40S) és 5.8S-hez és 28S-hez tartoznak..

Az 5S hiányzó riboszomális RNS-t a nukleoluson kívül szintetizáljuk; ellentétben a homológjaival, a folyamatot RNS polimeráz III katalizálja.

A riboszomális RNS transzkripciója

A sejteknek nagyszámú riboszómális RNS-molekula szükséges. Az ilyen típusú RNS-eket kódoló gének több példánya is megfelel ezeknek a magas követelményeknek.

Például a humán genomban talált adatok szerint a riboszómális RNS 5.8S, 18S és 28S 200 példánya van. A riboszómális RNS 5S esetében 2000 példány van.

A folyamat a 45S riboszomális RNS-sel kezdődik. Ez a távtartó eltávolításával kezdődik az 5 'vég közelében. Amikor a transzkripciós folyamat befejeződött, a 3 'végén található maradék távtartó eltávolításra kerül. Az ezt követő eliminációk után érett riboszomális RNS-t kapunk.

Ezen túlmenően a riboszómális RNS feldolgozásához számos lényeges módosítást kell végezni a bázisaiban, mint például a metilezési eljárások és az uridin pszeudouridinné történő átalakítása..

Ezt követően a nukleolusban található fehérjék és RNS-ek hozzáadása következik be. Ezek közé tartoznak a kis nukleoláris RNS-ek (ARNpn), amelyek részt vesznek a riboszomális RNS-ek elválasztásában a 18S, 5.8S és 28S termékekben..

Az nRNS-ek szekvenciákkal rendelkeznek, amelyek komplementerek a riboszómális RNS 18S-hez és a 28S-hez. Ezért módosíthatják az RNS prekurzor alapjait, bizonyos régiók metilálásával és a pszeudouridin képződésében való részvételsel..

A riboszómák összeszerelése

A riboszómák képződése magában foglalja a riboszómális RNS prekurzor kötését a riboszómális fehérjékkel és az 5S-sel. A folyamatban részt vevő fehérjéket a citoplazmában a II. RNS-polimeráz transzkripálja, és a nukleolusba kell szállítani..

A riboszómális fehérjék a riboszómális RNS-ekhez kötődnek, mielőtt a 45S riboszómális RNS-t elválasztanák. Az elválasztást követően a maradék riboszomális fehérjéket és az 5S riboszomális RNS-t adjuk hozzá.

A 18S riboszómális RNS érése gyorsabb. Végül a "preriboszómális részecskéket" a citoplazmába exportáljuk.

Egyéb funkciók

A riboszómák biogenezisén kívül a közelmúltban végzett kutatások azt mutatták, hogy a nukleolus egy multifunkcionális \ t.

A nukleolus szintén részt vesz más típusú RNS-ek, mint például a snRNP-k (fehérje- és RNS-komplexek, amelyek kombinálódnak a pre-messenger RNS-sel a spliceosome vagy splicing komplex kialakításához) és bizonyos RNS transzferek feldolgozásában és érlelésében. , mikroRNS és más ribonukleoprotein komplexek.

A nukleolus proteóma analízisével a pre-messenger RNS-feldolgozáshoz kapcsolódó fehérjéket, a sejtciklus-kontrollot, a replikációt és a DNS-javítást találtuk. A nukleolus fehérjék kialakulása dinamikus és változások különböző környezeti feltételek és sejtes stressz esetén.

A nukleolus helytelen működésével kapcsolatosan számos patológiát is tartalmaz. Ezek közé tartozik a Diamond-Blackfan anaemia és a neurodegeneratív rendellenességek, mint például az Alzheimer-kór és a Huntington-kór..

Az Alzheimer-kórban szenvedő betegeknél a nukleolus expressziójának szintje változik az egészséges betegekhez képest.

A nukleolus és a rák

Több mint 5000 tanulmány kimutatta a sejtek malignus proliferációja és a nukleolus aktivitása közötti kapcsolatot.

Egyes kutatások célja a nukleolus fehérjék számszerűsítése klinikai diagnosztikai célokra. Más szavakkal, arra törekszünk, hogy értékeljük a rák proliferációját ezeknek a fehérjéknek mint markernek, különösen B23, nukleolin, UBF és az RNS polimeráz I alegységeinek felhasználásával..

Másrészt azt találták, hogy a B23 fehérje közvetlenül kapcsolódik a rák kialakulásához. Hasonlóképpen más nukleoláris komponensek is szerepet játszanak olyan patológiák kialakulásában, mint az akut promielocita leukémia..

A nukleolus és a vírusok

Van elég azt mondani, hogy a vírusok, mind a növények és az állatok, kell nukleoluszában fehérjékkel, hogy elérjék a replikációs folyamatban bizonyítékokat. Vannak változások a nukleolusszal a morfológiai és fehérje-összetétele, amikor a cella megy vírusfertőzés.

Ez szignifikáns számú fehérjék származnak DNS-szekvenciákat, és az RNS-tartalmú vírusok és lokalizálódnak a nukleoluszokban.

A vírusok különböző stratégiákkal rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy ebben a szubnukleáris régióban helyezkedjenek el, mint például a vírusfehérjék, amelyek "jeleket" tartalmaznak, amelyek a nukleolushoz vezetnek. Ezek a címkék az arginin és a lizin aminosavakban gazdagok.

A vírus elhelyezkedése a nukleolusban megkönnyíti annak replikációját, és ezenkívül úgy tűnik, hogy a patogenitás követelménye.

referenciák

  1. BOISVERT, F. M., van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, A. I. (2007). A multifunkcionális nukleolus. Természeti értékelések Molekuláris sejtbiológia, 8(7), 574-585.
  2. BOULON, S., Westman, B. J., Hutten, S., BOISVERT, F.-M., & Lamond, A. I. (2010). A Nucleolus a stressz alatt. Molekuláris sejt, 40(2), 216-227.
  3. Cooper, C.M. (2000). A sejt: egy molekuláris megközelítés. 2. kiadás. Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Nucleolus: a lenyűgöző nukleáris test. Histokémia és sejtbiológia, 129(1), 13-31.
  4. Horky, M., Kotala, V., Anton, M. és WESIERSKA-GADEK, J. (2002). Nucleolus és apoptózis. Annals of the New York Tudományos Akadémia, 973(1), 258-264.
  5. Leung, A. K. és Lamond, A. I. (2003). A nukleolus dinamikája. Critical Reviews ™ az Eukarióta Gén expressziójában, 13(1).
  6. Montanaro, L., Treré, D. és Derenzini, M. (2008). Nucleolus, riboszómák és rák. Az American Journal of Pathology, 173(2), 301-310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
  7. Pederson, T. (2011). A Nucleolus. Cold Spring Harbor perspektívái a biológiában, 3(3), a000638.
  8. Tsekrekou, M., Stratigi, K. és Chatzinikolaou, G. (2017). A Nucleolus: a genom karbantartása és javítása. Nemzetközi Journal of Molecular Sciences, 18(7), 1411.