Nucleolus Egenskaper, Struktur, Morfologi och Funktioner



den nucleolus är en cellulär struktur som inte är avgränsad av membran, vilket är ett av de mest framträdande områdena av kärnan. Det observeras som en tätare region i kärnan och är indelad i tre regioner: tät fibrillär komponent, fibrillärt centrum och granulär komponent..

Det är huvudsakligen ansvarigt för syntes och montering av ribosomer; Denna struktur har emellertid också andra funktioner. Mer än 700 proteiner har hittats inom nukleolus som inte är involverade i ribosombiogeneseprocesser. På samma sätt är nukleolus involverad i utvecklingen av olika patologier.

Den första forskaren som observerade området för nukleolus var F. Fontana år 1781, mer än två århundraden sedan. Därefter kunde McClintock i mitten av 1930-talet observera denna struktur i sina experiment med Zea mays. Sedan dess har hundratals undersökningar fokuserat på att förstå funktionerna och dynamiken i denna kärnregion.

index

  • 1 Allmänna egenskaper
  • 2 Struktur och morfologi
    • 2.1 Fibrillära centra
    • 2.2 Tät fibrillär komponent och granulär komponent
    • 2.3 Nukleolär organiserande region
  • 3 funktioner
    • 3.1 Ribosomal RNA-bildningsmaskineri
    • 3.2 Organisation av ribosomer
    • 3.3 Transkription av ribosomalt RNA
    • 3.4 Montering av ribosomer
    • 3.5 Övriga funktioner
  • 4 Nukleolus och cancer
  • 5 Nukleolus och virus
  • 6 referenser

Allmänna egenskaper

Nukleolus är en framträdande struktur belägen inuti kärnan i eukaryota celler. Det är en "region" i form av en sfär, eftersom det inte finns någon typ av biomembran som skiljer det från resten av kärnkomponenterna.

Det kan observeras under mikroskopet som en delregion av kärnan när cellen är i gränssnittet.

Det är organiserat i regioner som heter NORs (för dess akronym på engelska: kromosomala nukleolära arrangörsregioner), där sekvenserna som kodar ribosomerna finns.

Dessa gener ligger i specifika regioner av kromosomerna. Hos människor är de organiserade i tandem i satellitregionerna av kromosomer 13, 14, 15, 21 och 22.

I nukleolus uppträder transkriptionen, behandlingen och sammansättningen av de subenheter som utgör ribosomen.

Förutom sin traditionella funktion är nukleolus relaterad till tumörsuppressorproteiner, cellcykelregulatorer och även proteiner från virus.

Nukleolusproteinerna är dynamiska och uppenbarligen har deras sekvens bevarats under utvecklingens gång. Av dessa proteiner har endast 30% associerats med biogenesen av ribosomer.

Struktur och morfologi

Nukleolus är uppdelad i tre huvudkomponenter, differentierbara genom elektronmikroskopi: den täta fibrillära komponenten, fibrillärcentret och den granulära komponenten..

I allmänhet är den omgiven av kondenserad kromatin, kallad heterochromatin. Processerna för transkription av ribosomalt RNA, bearbetning och montering av ribosomala prekursorer förekommer i nukleolusen.

Nukleolus är en dynamisk region, där proteiner som komponenter kan associera och snabbt separera från de nukleolära komponenterna, skapar en kontinuerlig växling med nukleoplasman (inre gelatinösa substansen i kärnan).

I däggdjur varierar strukturen hos nukleolus med stadierna i cellcykeln. I profasen observeras en disorganisering av nukleolusen och den monteras igen vid slutet av den mitotiska processen. Den maximala aktiviteten för transkription i nukleolus har observerats i faserna S och G2.

Aktiviteten av RNA-polymeras I kan påverkas av olika fosforyleringstillstånd, varigenom nukleolusaktiviteten förändras under cellcykeln. Avstängning under mitos sker genom fosforylering av olika element såsom SLl och TTF-1.

Detta mönster är emellertid inte vanligt i alla organismer. I jäst är nukleolus till exempel närvarande - och aktiv - under hela celldelningsprocessen.

Fibrillarcentra

De gener som kodar för ribosomalt RNA är placerade i fibrillära centra. Dessa centra är klara områden omgivna av täta fibrillära komponenter. De fibrillära centra är varierbara i storlek och antal, beroende på celltypen.

Ett visst mönster har beskrivits med avseende på egenskaperna hos de fibrillära centra. Celler som har hög syntes av ribosomer har ett lågt antal fibrillära centra, medan celler med reducerade metabolismer (såsom lymfocyter) har större fibrillära centra.

Det finns specifika fall, som hos neuroner med en mycket aktiv ämnesomsättning, vars nukleol har ett jättefibrillärt centrum, åtföljt av mindre mindre centra.

Tät fibrillär komponent och granulär komponent

Den täta fibrillära komponenten och de fibrillära centra är inbäddade i den granulära komponenten, vars granuler har en diameter av 15 till 20 nm. Transskriptionsprocessen (passage av DNA-molekylen till RNA, betraktad som det första steget med genuttryck) sker vid gränserna för de fibrillära centra och den täta fibrillära komponenten.

Bearbetningen av pre-ribosomalt RNA förekommer i den täta fibrillära komponenten och förfarandet sträcker sig till den granulära komponenten. Transkriptionerna ackumuleras i den täta fibrillära komponenten och de nukleolära proteinerna är också placerade i den täta fibrillära komponenten. Det är i denna region där sammansättningen av ribosomer förekommer.

Efter att denna process för montering av det ribosomala RNA med de nödvändiga proteinerna kulmineras exporteras dessa produkter till cytoplasman.

Den granulära komponenten är rik på transkriptionsfaktorer (SUMO-1 och Ubc9 är några exempel). Typiskt omges nukleolusen av heterochromatin; det anses att detta komprimerade DNA kan ha en roll i transkriptionen av ribosomalt RNA.

I däggdjur komprimeras eller blockeras det ribosomala DNA i cellerna. Denna organisation verkar vara viktig för reglering av ribosomalt DNA och för skydd av genomisk stabilitet.

Nukleolär organiserande region

I denna region (NOR) grupperas gener (ribosomalt DNA) som kodar ribosomalt RNA.

De kromosomer som utgör dessa områden varierar beroende på arten av studien. Hos människor finns de i satellitregionerna av akrocentriska kromosomer (centromeren ligger nära en av ändarna), specifikt i par 13, 14, 15, 21 och 22.

Enheterna av DNA-ribosomer består av den transkriberade sekvensen och en extern spacer som är nödvändig för transkription av RNA-polymeras I.

I promotorer för ribosomalt DNA kan två element särskiljas: ett centralt element och ett element uppströms (Upstream)

funktioner

Ribosomal RNA-bildningsmaskineri

Nukleolus kan betraktas som en fabrik med alla nödvändiga komponenter för biosyntesen av prekursorerna av ribosomerna..

Ribosomal eller ribosomal RNA (ribosomalsyra), vanligen förkortad som rRNA, är en komponent i ribosomer och deltar i syntesen av proteiner. Denna komponent är avgörande för alla släktingar av levande varelser.

Ribosomalt RNA är associerat med andra komponenter av protein natur. Denna union resulterar i ribosomala presubunities. Klassificeringen av ribosomal RNA ges vanligen med ett "S" -brev, som anger Svedberg-enheter eller sedimenteringskoefficient.

Organisation av ribosomer

Ribosomer består av två underenheter: den större eller större och den mindre eller mindre. 

Det ribosomala RNA av prokaryoter och eukaryoter är differentierbart. I prokaryoter är den stora subenheten 50S och består av ribosomal RNA 5S och 23S, även den lilla subenheten är 30S och är endast sammansatt av 16S ribosomalt RNA.

I motsats härtill är den huvudsakliga subenheten (60S) sammansatt av ribosomala RNA 5S, 5,8S och 28S. Den lilla subenheten (40S) består exklusivt av 18S ribosomalt RNA.

Generna som kodar för ribosomala RNA 5,8S, 18S och 28S finns i nukleolusen. Dessa ribosomala RNA transkriberas som en enda enhet i nukleolus med RNA-polymeras I. Detta förfarande resulterar i en prekursor av 45S RNA.

Den nämnda ribosomala RNA-prekursorn (45S) måste exciseras i sina 18S-komponenter, som tillhör den lilla underenheten (40S) och 5,8S och 28S i den stora underenheten (60S).

Det saknade ribosomala RNA, 5S, syntetiseras utanför nukleolusen; till skillnad från dess homologer katalyseras processen genom RNA-polymeras III.

Transkription av ribosomalt RNA

En cell behöver ett stort antal ribosomala RNA-molekyler. Det finns flera kopior av generna som kodar för denna typ av RNA för att uppfylla dessa höga krav.

Till exempel, enligt de data som finns i det humana genomet, finns det 200 kopior för ribosomala RNA 5,8S, 18S och 28S. För ribosomala RNA 5S finns 2000 kopior.

Processen börjar med 45S ribosomala RNA. Det börjar med avlägsnandet av distansern nära 5'-änden. När transkriptionsprocessen är avslutad, avlägsnas det återstående distansorganet vid 3'-änden. Efter efterföljande elimineringar erhålles moget ribosomalt RNA.

Dessutom kräver behandlingen av ribosomal RNA en rad viktiga modifieringar i dess baser, såsom metyleringsprocesser och omvandlingen av uridin till pseudouridin..

Därefter förekommer tillsatsen av proteiner och RNA i nukleolusen. Bland dessa är de lilla nukleolära RNA (ARNpn) som deltar i separationen av ribosomala RNA i produkterna 18S, 5,8S och 28S.

NRNA: erna har sekvenser komplementära till ribosomala RNA 18S och 28S. Därför kan de modifiera baserna av prekursor-RNA, genom att metylera vissa regioner och delta i bildandet av pseudouridin..

Montering av ribosomer

Bildningen av ribosomer innefattar bindningen av den ribosomala RNA-prekursorn, tillsammans med ribosomala proteiner och 5S. De proteiner som är involverade i processen transkriberas av RNA-polymeras II i cytoplasman och måste transporteras till nukleolusen.

Ribosomala proteiner börjar associera med ribosomala RNA innan separationen av 45S ribosomal RNA uppträder. Efter separering tillsätts de återstående ribosomala proteinerna och 5S ribosomala RNA.

Mognad av 18S ribosomalt RNA uppträder snabbare. Slutligen exporteras "preribosomala partiklar" till cytoplasman.

Övriga funktioner

Förutom biogenesen av ribosomer har ny forskning visat att nukleolus är en multifunktionell enhet.

Nukleolen är också involverad i bearbetning och mognad av andra typer av RNA, såsom snRNP (komplex protein och RNA som är kombinerade med den pre-mRNA för att bilda den spliceosom komplex eller skarv) och vissa RNA-överföring , mikroRNA och andra ribonukleoproteinkomplex.

Genom analysen av nukleolproteomet har proteiner associerade med pre-messenger RNA-bearbetning, cellcykelkontroll, replikering och DNA-reparation hittats. Konstitutionen av nukleolproteiner är dynamisk och förändras under olika miljöförhållanden och cellulär stress.

Det finns också en rad patologier förknippade med nukleolus felaktiga funktion. Bland dessa är Diamond-Blackfan anemi och neurodegenerativa störningar som Alzheimers och Huntingtons sjukdom..

Hos patienter med Alzheimers är det en förändring i nukleolusuttryckets nivåer jämfört med friska patienter.

Nukleolus och cancer

Mer än 5000 studier har visat sambandet mellan malign proliferation av celler och nukleolus aktivitet.

Målet med viss forskning är att kvantifiera nukleolproteinerna för kliniska diagnostiska ändamål. Med andra ord, är att utvärdera spridning av cancer med användning av dessa proteiner som en markör, särskilt B23, nukleolin, UBF och subenheter av RNA-polymeras I.

Å andra sidan har det visat sig att B23-proteinet är direkt relaterat till utvecklingen av cancer. På samma sätt är andra nukleolära komponenter inblandade i utvecklingen av patologier såsom akut promyelocytisk leukemi.

Nukleolus och virus

Det finns tillräckliga bevis för att bekräfta att virus, både från växter och från djur, behöver nukleolproteinerna för att uppnå replikationsprocessen. Det finns förändringar i nukleolus, vad gäller dess morfologi och dess proteinkomposition, när cellen upplever en virusinfektion.

Ett stort antal proteiner har hittats som kommer från DNA- och RNA-sekvenser som innehåller virus och är belägna i nukleolusen.

Virus har olika strategier som gör det möjligt för dem att lokaliseras i denna subnuclear region, såsom virala proteiner som innehåller "signaler" som leder till nukleolus. Dessa märkningar är rik på aminosyrorna arginin och lysin.

Platsen för viruset i nukleolus underlättar dess replikation och dessutom verkar det vara ett krav på dess patogenitet.

referenser

  1. Boisvert, F.M., van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, A.I. (2007). Den multifunktionella nukleolusen. Naturrecensioner Molecular cell biology, 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 molekylär tillvägagångssätt. 2: a upplagan. Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Nucleolus: den fascinerande kärnkroppen. Histokemi och cellbiologi, 129(1), 13-31.
  4. Horky, M., Kotala, V., Anton, M. & WESIERSKA-GADEK, J. (2002). Nukleolus och apoptos. Annaler från New York Academy of Sciences, 973(1), 258-264.
  5. Leung, A. K. & Lamond, A. I. (2003). Nukleolusens dynamik. Kritiska recensioner ™ i eukaryotisk genuttryck, 13(1).
  6. Montanaro, L., Treré, D., & Derenzini, M. (2008). Nukleolus, ribosomer och cancer. Den amerikanska Journal of Patology, 173(2), 301-310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
  7. Pederson, T. (2011). Nucleolus. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 3(3), a000638.
  8. Tsekrekou, M., Stratigi, K., & Chatzinikolaou, G. (2017). Nucleolus: I Genom underhåll och reparation. International Journal of Molecular Sciences, 18(7), 1411.