NUCLEOLUS: EGENSKAPER, STRUKTUR, MORFOLOGI OG FUNKSJONER - BIOLOGI - 2026

Den nucleolus er en cellestruktur ikke er avgrenset av en membran, som er en av de mest fremtredende områder av kjernen. Det blir observert som et tettere område i kjernen og er delt inn i tre regioner: tett fibrillar-komponent, fibrillar-senter og granulær komponent.

Det er hovedsakelig ansvarlig for syntese og montering av ribosomer; denne strukturen har imidlertid også andre funksjoner. Mer enn 700 proteiner er funnet i kjernen som ikke er involvert i ribosombiogeneseprosesser. På samme måte er kjernen involvert i utviklingen av forskjellige patologier.

Den første forskeren som observerte nucleolus-sonen var F. Fontana i 1781, for mer enn to århundrer siden. På midten av 1930-tallet klarte McClintock å observere en slik struktur i sine eksperimenter med Zea mays. Siden den gang har hundrevis av undersøkelser fokusert på å forstå funksjonene og dynamikken i denne regionen av kjernen.

Generelle egenskaper

Nukleolus er en fremtredende struktur som ligger i kjernen til eukaryote celler. Det er en "region" i form av en sfære, siden det ikke er noen type biomembran som skiller den fra resten av kjernekomponentene.

Det kan sees under mikroskopet som en underregion av kjernen når cellen er i grensesnittet.

Det er organisert i regioner kalt NORs (for dets forkortelse på engelsk: kromosomale nukleolare organisatorregioner), der sekvensene som koder for ribosomer finnes.

Disse genene er i spesifikke regioner av kromosomene. Hos mennesker er de organisert i tandem i satellittregionene til kromosomer 13, 14, 15, 21 og 22.

I kjernen oppstår transkripsjon, prosessering og montering av underenhetene som utgjør ribosomene.

I tillegg til sin tradisjonelle funksjon, er kjernen relatert til tumorundertrykkende proteiner, cellesyklusregulatorer og til og med proteiner fra virus.

Nucleolus-proteiner er dynamiske, og sekvensen deres ser ut til å ha blitt bevart gjennom hele evolusjonen. Av disse proteinene er bare 30% blitt assosiert med ribosombiogenese.

Struktur og morfologi

Nukleolus er delt inn i tre hovedkomponenter, som kan skilles ved elektronmikroskopi: den tette fibrillar-komponenten, fibrillar-senteret og den granulære komponenten.

Generelt er det omgitt av kondensert kromatin, kalt heterokromatin. I nukleolus skjer prosessene for transkripsjon av ribosomalt RNA, prosessering og montering av ribosomale forløpere.

Nukleolus er en dynamisk region, der proteinene som komponentene raskt kan assosiere og skille seg fra de nukleolare komponentene, og skaper en kontinuerlig utveksling med nukleoplasma (gelatinøst stoff i kjernen).

Hos pattedyr varierer strukturen til nukleolus med stadier av cellesyklusen. I profase observeres en uorganisering av nukleolus og den samles igjen ved slutten av den mitotiske prosessen. Maksimal transkripsjonell aktivitet i nukleolus er observert i S- og G2-fasene.

Aktiviteten til RNA-polymerase I kan påvirkes av forskjellige fosforyleringstilstander, og dermed modifisere aktiviteten til kjernen under cellesyklusen. Stillhet under mitose oppstår på grunn av fosforylering av forskjellige elementer som SL1 og TTF-1.

Imidlertid er dette mønsteret ikke vanlig i alle organismer. I gjær er for eksempel kjernen til stede - og aktiv - under hele celledelingen.

Fibrillarsentre

Genene som koder for ribosomalt RNA er lokalisert i fibrillar-sentrene. Disse sentrene er klare regioner omgitt av tette fibrillar-komponenter. Fibrillarsentrene er varierende i størrelse og antall, avhengig av celletype.

Et visst mønster er blitt beskrevet med hensyn til egenskapene til fibrillarsentrene. Celler med høy ribosomsyntese har et lavt antall fibrillar-sentre, mens celler med redusert metabolisme (for eksempel lymfocytter) har større fibrillar-sentre.

Det er spesifikke tilfeller, som i nevroner med en veldig aktiv metabolisme, hvis kjerne har et gigantisk fibrillar sentrum, ledsaget av mindre mindre sentre.

Tett fibrillerkomponent og granulær komponent

Den tette fibrillarkomponenten og fibrillarsentrene er innebygd i den granulære komponenten, hvis granulater har en diameter på 15 til 20 nm. Transkripsjonsprosessen (passering av DNA-molekylet til RNA, ansett som det første trinnet med genuttrykk) skjer ved grensene for fibrillar-sentrene og i den tette fibrillar-komponenten.

Bearbeiding av ribosomalt pre-RNA skjer i den tette fibrillarkomponenten og prosessen strekker seg til den granulære komponenten. Transkripsjonene akkumuleres i den tette fibrillar-komponenten, og nukleolære proteiner er også lokalisert i den tette fibrillar-komponenten. Det er i dette området hvor sammensetningen av ribosomer skjer.

Etter at denne monteringsprosessen med ribosomalt RNA med de nødvendige proteiner er fullført, blir disse produktene eksportert til cytoplasma.

Den granulære komponenten er rik på transkripsjonsfaktorer (SUMO-1 og Ubc9 er noen eksempler). Typisk er kjernen omgitt av heterokromatin; Dette komprimerte DNA antas å spille en rolle i ribosomal RNA-transkripsjon.

Hos pattedyr komprimeres eller tauses ribosomalt DNA i celler. Denne organisasjonen ser ut til å være viktig for regulering av ribosomalt DNA og for beskyttelse av genomisk stabilitet.

Nukleolar organisasjonsregion

I denne regionen (NOR) er generene (ribosomalt DNA) som koder for ribosomalt RNA gruppert.

Kromosomene som utgjør disse regionene varierer avhengig av arten som er undersøkt. Hos mennesker finnes de i satellittregionene til de akroentriske kromosomene (sentromeren er lokalisert nær en av endene), spesielt i par 13, 14, 15, 21 og 22.

Ribosom-DNA-enhetene består av den transkriberte sekvensen og en ekstern avstandsholder som er nødvendig for transkripsjon med RNA-polymerase I.

I promotorer for ribosomalt DNA kan to elementer skilles: et sentralt og et element som ligger oppstrøms (oppstrøms).

Egenskaper

Ribosomal RNA-formingsmaskiner

Nukleolus kan betraktes som en fabrikk med alle komponentene som er nødvendige for biosyntesen av ribosomforløpere.

Ribosomal eller ribosomal RNA (ribonukleinsyre), ofte forkortet som rRNA, er en komponent av ribosomer og deltar i syntesen av proteiner. Denne komponenten er viktig for alle avstamninger av levende vesener.

Ribosomalt RNA assosieres med andre komponenter av proteinmessig art. Denne bindingen resulterer i ribosomale forutstyr. Klassifiseringen av ribosomalt RNA er vanligvis gitt ledsaget av et bokstav "S", som indikerer Svedbergsenhetene eller sedimentasjonskoeffisienten.

Organisering av ribosomer

Ribosomer består av to underenheter: de store eller store og de små eller mindre.

Det ribosomale RNA for prokaryoter og eukaryoter er differensierbart. I prokaryoter er den store underenheten 50S og består av 5S og 23S ribosomale RNAer, på samme måte er den lille underenheten 30S og består bare av 16S ribosomal RNA.

I kontrast er den viktigste underenheten (60S) sammensatt av 5S, 5.8S og 28S ribosomale RNA. Den lille underenheten (40S) består utelukkende av 18S ribosomalt RNA.

I kjernen er genene som koder for ribosomale RNAer 5.8S, 18S og 28S. Disse ribosomale RNAene blir transkribert som en enkelt enhet i kjernen av RNA-polymerase I. Denne prosessen resulterer i en 45S RNA-forløper.

Nevnte ribosomale RNA-forløper (45S) må spaltes inn i sine 18S-komponenter, som tilhører den lille underenheten (40S) og til 5.8S og 28S av den store underenheten (60S).

Det manglende ribosomale RNA, 5S, syntetiseres utenfor kjernen; I motsetning til sine kolleger, blir prosessen katalysert av RNA-polymerase III.

Ribosomal RNA-transkripsjon

En celle trenger et høyt antall ribosomale RNA-molekyler. Det er flere kopier av genene som koder for denne typen RNA for å oppfylle disse høye kravene.

Basert på data funnet i det humane genomet er det for eksempel 200 eksemplarer for 5,8S, 18S og 28S ribosomale RNA. For 5S ribosomalt RNA er det 2000 eksemplarer.

Prosessen begynner med 45S ribosomalt RNA. Det begynner med å fjerne avstandsstykket nær 5 ′ enden. Når transkripsjonsprosessen er fullført, fjernes den gjenværende avstandsholderen som ligger i enden av 3.. Etter påfølgende delesjoner oppnås det modne ribosomale RNA.

Videre krever prosessering av ribosomalt RNA en rekke viktige modifikasjoner i dets baser, for eksempel metyleringsprosesser og omdanning av uridin til pseudouridin.

Deretter skjer tilsetningen av proteiner og RNA som befinner seg i kjernen. Blant disse er de små nukleolare RNA-ene (pRNA), som deltar i separasjonen av ribosomale RNA-er i 18S-, 5.8S- og 28S-produktene.

PRNA-er har sekvenser som er komplementære til 18S- og 28S ribosomale RNA-er. Derfor kan de modifisere basene til forløperen RNA, metylere visse regioner og delta i dannelsen av pseudouridin.

Ribosom montering

Dannelse av ribosomer involverer binding av det ribosomale RNA av foreldre, sammen med ribosomale proteiner og 5S. Proteinene som er involvert i prosessen blir transkribert av RNA-polymerase II i cytoplasmaet og må transporteres til kjernen.

Ribosomale proteiner begynner å assosiere med ribosomale RNAer før spaltning av 45S ribosomalt RNA oppstår. Etter separasjon blir de gjenværende ribosomale proteiner og 5S ribosomalt RNA tilsatt.

18S ribosomal RNA-modning skjer raskere. Til slutt blir de "preribosomale partiklene" eksportert til cytoplasmaet.

Andre funksjoner

I tillegg til biogenese av ribosomer, har nyere forskning funnet at nucleolus er en multifunksjonell enhet.

Nukleolus er også involvert i prosessering og modning av andre typer RNA, for eksempel snRNPs (protein- og RNA-komplekser som kombineres med pre-messenger RNA for å danne spliceosome eller spleisekompleks) og visse overførings-RNAer. , mikroRNA og andre ribonukleoproteinkomplekser.

Gjennom analysen av nucleolus proteome, er proteiner assosiert med pre-messenger RNA-prosessering, cellesykluskontroll, DNA-replikasjon og reparasjon. Proteinkonstitusjonen til kjernen er dynamisk og endres under forskjellige miljøforhold og cellestress.

På samme måte er det en serie patologier assosiert med feil funksjon av kjernen. Disse inkluderer Diamond - Blackfan-anemi og nevrodegenerative lidelser som Alzheimers og Huntingtons sykdom.

Hos Alzheimers pasienter er det en endring i ekspresjonsnivået i kjernen, sammenlignet med friske pasienter.

Kjernen og kreft

Mer enn 5000 studier har vist sammenhengen mellom ondartet celleproliferasjon og nukleolusaktivitet.

Målet med noen undersøkelser er å kvantifisere nukleolusproteiner for kliniske diagnostiske formål. Med andre ord, målet er å evaluere kreftformering ved bruk av disse proteinene som en markør, spesielt B23, nukleolin, UBF og RNA-polymerase I underenheter.

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

Kjernen og virusene

Det er tilstrekkelig med bevis for at virus, både fra planter og dyr, trenger nukleolusproteiner for å oppnå replikasjonsprosessen. Det er endringer i kjernen, når det gjelder morfologi og proteinsammensetning når cellen opplever en virusinfeksjon.

Det er funnet et betydelig antall proteiner som kommer fra DNA og RNA-sekvenser som inneholder virus og er lokalisert i kjernen.

Virus har forskjellige strategier som gjør at de kan lokalisere seg i denne subnukleære regionen, for eksempel virale proteiner som inneholder “signaler” som fører dem til kjernen. Disse taggene er rike på aminosyrene arginin og lysin.

Plasseringen av virus i nukleolus letter deres replikasjon, og det ser dessuten ut til å være et krav for deres patogenisitet.

referanser

1. Boisvert, FM, van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, AI (2007). Den multifunksjonelle kjernen. Nature vurderer 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 tilnærming. 2. utgave. Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Nucleolus: det fascinerende kjernefysiske organet. Histokjemi og cellebiologi, 129 (1), 13–31.
4. Horký, M., Kotala, V., Anton, M., & WESIERSKA - GADEK, J. (2002). Nucleolus og apoptosis. Annals of the New York Academy of Sciences, 973 (1), 258-264.
5. Leung, AK, & Lamond, AI (2003). Dynamikken til kjernen. Critical Reviews ™ in Eukaryotic Gen Expression, 13 (1).
6. Montanaro, L., Treré, D., & Derenzini, M. (2008). Nucleolus, ribosomer og kreft. The American Journal of Pathology, 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: Ved vedlikehold og reparasjon av genom. International Journal of Molecular Sciences, 18 (7), 1411.