Карактеристике, структура, морфологија и функције језгра



Тхе нуцлеолус је ћелијска структура која није ограничена мембраном, јер је једна од најистакнутијих области језгра. Она се посматра као гушћа област у језгру и подељена је у три региона: густу фибриларну компоненту, фибриларни центар и грануларну компоненту..

Углавном је одговоран за синтезу и састављање рибосома; међутим, ова структура има и друге функције. У нуклеолусу је пронађено више од 700 протеина који нису укључени у процесе биогенезе рибозома. На исти начин, нуклеолус је укључен у развој различитих патологија.

Први истраживач који је посматрао подручје језгра био је Ф. Фонтана 1781. године, прије више од два стољећа. Онда, средином тридесетих, Меклинток је био у стању да посматра ову структуру у својим експериментима Зеа маис. Од тада су стотине истраживања усредсређене на разумевање функција и динамике овог језгра региона.

Индек

  • 1 Опште карактеристике
  • 2 Структура и морфологија
    • 2.1 Фибриллар центри
    • 2.2 Густа фибриларна компонента и зрнаста компонента
    • 2.3 Нуклеоларни организациони регион
  • 3 Функције
    • 3.1 Машине за формирање рибозомалне РНК
    • 3.2 Организација рибосома
    • 3.3 Транскрипција рибосомске РНК
    • 3.4 Монтажа рибосома
    • 3.5 Остале функције
  • 4 Нуклеолус и рак
  • 5 Нуклеолус и вируси
  • 6 Референце

Опште карактеристике

Нуклеолус је истакнута структура која се налази унутар језгра еукариотских ћелија. То је "регион" у облику сфере, јер не постоји тип биомембране који га раздваја од осталих нуклеарних компоненти.

Може се посматрати под микроскопом као подрегија језгра када је ћелија у интерфејсу.

Организован је у регионима који се зову НОР-и (за акроним на енглеском: регионе организатора хромозома), где су пронађене секвенце које кодирају рибозоме.

Ови гени су у специфичним регионима хромозома. Код људи су организовани у тандему у сателитским регионима хромозома 13, 14, 15, 21 и 22.

У нуклеолусу долази до транскрипције, обраде и састављања подјединица које чине рибозоме.

Поред своје традиционалне функције, нуклеолус је повезан са туморским супресорским протеинима, регулаторима ћелијског циклуса и чак протеинима од вируса.

Нуклеолусни протеини су динамични и, изгледа, њихова секвенца је сачувана у току еволуције. Од ових протеина само 30% је повезано са биогенезом рибозома.

Структура и морфологија

Нуклеолус је подељен на три главне компоненте, које се могу диференцирати електронском микроскопијом: густа фибриларна компонента, фибриларни центар и грануларна компонента..

Генерално, окружен је кондензованим хроматином, названим хетерохроматин. Процеси транскрипције рибозомалне РНК, обрада и састављање рибосомских прекурсора јављају се у језгру.

Нуклеолус је динамичан регион, где протеини које компоненте могу да се асоцирају и брзо одвоје од нуклеоларних компоненти, стварајући сталну размену са нуклеоплазмом (унутрашња желатинаста супстанца језгра).

Код сисара структура нуклеолуса варира са фазама ћелијског циклуса. У профази се уочава дезорганизација нуклеолуса и она се поново саставља на крају митотичког процеса. Максимална активност транскрипције у нуклеолусу уочена је у фазама С и Г2.

На активност РНА полимеразе И могу утицати различита стања фосфорилације, чиме се модификује активност нуклеолуса током ћелијског циклуса. Утишавање током митозе настаје фосфорилацијом различитих елемената као што су СЛ1 и ТТФ-1.

Међутим, овај образац није чест код свих организама. На пример, у квасцу је нуклеолус присутан - и активан - током целог процеса дељења ћелија.

Фибриллар центрес

Гени који кодирају за рибосомалну РНК налазе се у фибриларним центрима. Ови центри су чисти региони окружени густим фибриларним компонентама. Фибриларни центри варирају у величини и броју, у зависности од типа ћелије.

Описан је одређени образац у односу на карактеристике фибриларних центара. Ћелије које имају високу синтезу рибозома имају мали број фибриларних центара, док ћелије са смањеним метаболизмом (као што су лимфоцити) имају веће фибриларне центре..

Постоје специфични случајеви, као код неурона са веома активним метаболизмом, чији језгра има гигантски фибриларни центар, праћен мањим мањим центрима..

Густа фибриларна компонента и зрнаста компонента

Густа фибриларна компонента и фибриларни центри су уграђени у грануларну компоненту, чије грануле имају пречник од 15 до 20 нм. Процес транскрипције (пролазак ДНК молекула у РНК, који се сматра првим кораком експресије гена) јавља се на границама фибриларних центара и густе фибриларне компоненте.

Процес пре-рибозомалне РНК се одвија у густој фибриларној компоненти и процес се протеже до грануларне компоненте. Транскрипти се акумулирају у густој фибриларној компоненти, а нуклеоларни протеини се такође налазе у густој фибриларној компоненти. Управо у овом региону долази до склапања рибосома.

Након овог процеса сакупљања рибосомалне РНК са неопходним протеинима кулминира, ови производи се извозе у цитоплазму..

Грануларна компонента је богата транскрипционим факторима (СУМО-1 и Убц9 су неки примјери). Типично, нуклеолус је окружен хетерохроматином; сматра се да ова компактирана ДНК може имати улогу у транскрипцији рибозомалне РНК.

Код сисара, рибосомска ДНК у ћелијама је збијена или утишана. Чини се да је ова организација важна за регулацију рибосомске ДНА и за заштиту геномске стабилности.

Нуцлеолар регион за организовање

У овом региону (НОР) су груписани гени (рибосомска ДНК) који кодирају рибосомалну РНК.

Хромозоми који чине ове регионе варирају у зависности од врсте студије. Код људи се налазе у сателитским регионима акроцентричних хромозома (центромер се налази у близини једног од крајева), посебно у паровима 13, 14, 15, 21 и 22.

Јединице ДНА рибозома састоје се од транскрибоване секвенце и спољног спацера неопходног за транскрипцију помоћу РНА полимеразе И.

У промоторима за рибозомалну ДНК могу се разликовати два елемента: централни елемент и елемент смјештен узводно (упстреам)

Функције

Машине за формирање рибозомалне РНК

Нуклеолус се може сматрати фабриком са свим потребним компонентама за биосинтезу прекурсора рибозома..

Рибосомска или рибосомска РНК (рибосомска киселина), обично скраћено као рРНА, је компонента рибосома и учествује у синтези протеина. Ова компонента је витална за све лозе живих бића.

Рибосомска РНК је повезана са другим компонентама протеинске природе. Овај синдикат доводи до рибосомских предрасуда. Класификација рибосомске РНК се обично даје са словом "С", што указује на Сведбергову јединицу или коефицијент седиментације..

Организација рибосома

Рибосоми се састоје од две подјединице: веће или веће и мање или мање. 

Рибосомска РНК прокариота и еукариота је диференцијална. У прокариотима велика подјединица је 50С и састоји се од рибосомске РНК 5С и 23С, а мала подјединица је 30С и састоји се само од 16С рибосомске РНК..

Насупрот томе, главна подјединица (60С) је састављена од рибосомске РНК 5С, 5.8С и 28С. Мала подјединица (40С) се састоји искључиво од 18С рибосомалне РНК.

Гени који кодирају рибосомалне РНК 5.8С, 18С и 28С налазе се у језгру. Ове рибосомске РНК се транскрибују као једна јединица унутар нуклеолуса помоћу РНА полимеразе И. Овај процес резултира прекурсором РНК 45С.

Наведени прекурсор рибосомске РНК (45С) мора се изрезати у својим 18С компонентама, које припадају малој подјединици (40С) и 5.8С и 28С велике подјединице (60С).

Недостатак рибосомалне РНК, 5С, синтетише се изван језгра; за разлику од својих хомолога, процес се катализира РНА полимеразом ИИИ.

Транскрипција рибосомалне РНК

Ћелија треба велики број молекула рибосомалне РНК. Постоји више копија гена који кодирају овај тип РНК како би задовољили ове високе захтјеве.

На пример, према подацима у људском геному, постоји 200 копија за рибосомалну РНК 5.8С, 18С и 28С. За рибосомалну РНК 5С постоји 2000 копија.

Процес почиње са 45С рибосомалном РНК. Почиње уклањањем одстојника у близини 5 'краја. Када је процес транскрипције завршен, преостали размак који се налази на 3 'крају се уклања. Након накнадних елиминација, добијена је зрела рибосомска РНА.

Поред тога, обрада рибосомалне РНК захтева низ важних модификација у својим базама, као што су процеси метилације и конверзија уридина у псеудоуридин..

Након тога долази до додавања протеина и РНК лоцираних у нуклеолусу. Међу њима су мале нуклеоларне РНК (АРНпн), које учествују у раздвајању рибосомских РНК у производима 18С, 5.8С и 28С.

НРНК поседују секвенце комплементарне рибосомалној РНА 18С и 28С. Према томе, они могу модификовати базе прекурсорске РНК, тако што метилују одређене регионе и учествују у формирању псеудоуридина..

Састављање рибосома

Формирање рибозома обухвата везивање прекурсора рибосомске РНК, заједно са рибосомским протеинима и 5С. Протеини укључени у процес се транскрибују помоћу РНА полимеразе ИИ у цитоплазми и морају се транспортовати до нуклеуса.

Рибосомски протеини почињу да се повезују са рибозомалним РНК пре него што дође до раздвајања рибосомске РНК 45С. Након раздвајања, додају се преостали рибосомални протеини и 5С рибосомска РНА.

Дозријевање рибосомске РНК 18С настаје брже. Коначно, "прерибосомалне честице" се извозе у цитоплазму.

Остале функције

Поред биогенезе рибозома, недавна истраживања су открила да је нуклеолус мултифункционални ентитет.

Нуклеолус је такође укључен у процесирање и сазревање других типова РНК, као што су снРНП (протеински и РНК комплекси који се комбинују са РНК пре-поручника да би се формирао комплекс сплицеосома или комплекса спајања) и одређени трансфери РНК. микроРНА и други комплекси рибонуклеопротеина.

Анализом нуклеолус протеома, откривени су протеини повезани са пре-мессенгер РНК обрадом, контролом ћелијског циклуса, репликацијом и поправком ДНК. Конституција нуклеолусних протеина је динамична и мијења се под различитим увјетима околине и станичним стресом.

Такође, постоји низ патологија које су повезане са неправилним функционисањем језгре. Међу њима је Диамонд-Блацкфан анемија и неуродегенеративни поремећаји као што су Алцхајмерова и Хунтингтонова болест..

Код пацијената са Алцхајмером дошло је до промене у нивоу експресије нуклеолуса, у поређењу са здравим пацијентима.

Нуклеолус и рак

Више од 5000 истраживања показало је везу између малигне пролиферације ћелија и активности нуклеолуса.

Циљ неких истраживања је да се квантифицирају нуклеолусни протеини у клиничке дијагностичке сврхе. Другим речима, покушавамо да проценимо пролиферацију рака користећи ове протеине као маркер, специфично Б23, нуклеолин, УБФ и подјединице РНА полимеразе И.

С друге стране, пронађено је да је Б23 протеин директно повезан са развојем рака. Исто тако, друге нуклеоларне компоненте су укључене у развој патологија као што је акутна промијелоцитна леукемија.

Нуклеолус и вируси

Постоји довољно доказа који потврђују да вируси, и из биљака и из животиња, требају нуклеолусне протеине да би се постигао процес репликације. Постоје промене у нуклеолусу, у смислу његове морфологије и састава протеина, када ћелија доживљава вирусну инфекцију.

Откривено је да велики број протеина потиче из ДНК и РНА секвенци које садрже вирусе и налазе се у језгру.

Вируси имају различите стратегије које им омогућавају да се налазе у овом субнуклеарном региону, као што су вирусни протеини који садрже "сигнале" који воде до нуклеолуса. Ове етикете су богате аминокиселинама аргинином и лизином.

Положај вируса у нуклеолусу олакшава његову репликацију, а поред тога, чини се да је то захтев за његову патогеност.

Референце

  1. Боисверт, Ф.М., ван Конингсбругген, С., Навасцуес, Ј., & Ламонд, А.И. (2007). Мултифункционални језгра. Природне критике Молекуларна ћелијска биологија, 8(7), 574-585.
  2. Боулон, С., Вестман, Б.Ј., Хуттен, С., Боисверт, Ф.-М., & Ламонд, А.И. (2010). Нуклеолус под стресом. Молецулар Целл, 40(2), 216-227.
  3. Цоопер, Ц.М. (2000). Ћелија: молекуларни приступ. 2нд едитион. Синауер Ассоциатес. Сирри, В., Урцукуи-Инцхима, С., Роуссел, П., & Хернандез-Вердун, Д. (2008). Нуклеолус: фасцинантно нуклеарно тело. Хистоцхемистри анд Целл Биологи, 129(1), 13-31.
  4. Хорки, М., Котала, В., Антон, М., & ВЕСИЕРСКА-ГАДЕК, Ј. (2002). Нуклеолус и апоптоза. Анали Њујоршке академије наука, 973(1), 258-264.
  5. Леунг, А.К., & Ламонд, А.И. (2003). Динамика језгра. Критички коментари ™ у Еукариотској експресији гена, 13(1).
  6. Монтанаро, Л., Трере, Д., & Дерензини, М. (2008). Нуцлеолус, Рибосомес и Цанцер. Америцан Јоурнал оф Патхологи, 173(2), 301-310. хттп://дои.орг/10.2353/ајпатх.2008.070752
  7. Педерсон, Т. (2011). Тхе Нуцлеолус. Цолд Спринг Харбоур Перспецтивес ин Биологи, 3(3), а000638.
  8. Тсекрекоу, М., Стратиги, К., & Цхатзиниколаоу, Г. (2017). Нуцлеолус: Ин Геноме Маинтенанце анд Репаир. Интернатионал Јоурнал оф Молецулар Сциенцес, 18(7), 1411.