Nucleolus charakteristiky, struktura, morfologie a funkce



nukleolus je buněčná struktura, která není ohraničena membránou, je jednou z nejvýznamnějších oblastí jádra. Je pozorován jako hustší oblast v jádře a je rozdělen do tří oblastí: hustá fibrilární složka, fibrilární centrum a granulovaná složka..

To je hlavně zodpovědné za syntézu a shromáždění ribozomů; tato struktura však má i další funkce. Více než 700 proteinů bylo nalezeno v jádru, které se nepodílí na ribozomálních biogenezních procesech. Stejným způsobem se nukleolus podílí na vývoji různých patologií.

Prvním výzkumníkem, který pozoroval oblast jádra, byl F. Fontana v roce 1781, tedy více než dvě století. Poté, v polovině třicátých let, byl McClintock schopen pozorovat tuto strukturu ve svých experimentech Zea mays. Od té doby se stovky výzkumů zaměřily na pochopení funkcí a dynamiky této oblasti.

Index

  • 1 Obecné charakteristiky
  • 2 Struktura a morfologie
    • 2.1 Fibrilární centra
    • 2.2 Hustá fibrilární složka a granulovaná složka
    • 2.3 Nukleolarní organizační region
  • 3 Funkce
    • 3.1 Zařízení pro tvorbu ribozomální RNA
    • 3.2 Organizace ribozomů
    • 3.3 Transkripce ribozomální RNA
    • 3.4 Shromáždění ribozomů
    • 3.5 Další funkce
  • 4 Nukleolus a rakovina
  • 5 Nucleolus a viry
  • 6 Odkazy

Obecné vlastnosti

Nukleolus je prominentní struktura umístěná uvnitř jádra eukaryotic buněk. Je to "oblast" ve formě koule, protože neexistuje žádný typ biomembrány, která by ji oddělovala od zbytku jaderných složek..

To může být pozorováno pod mikroskopem jako subregion jádra když buňka je v rozhraní.

Je organizován v regionech s názvem NORs (pro zkratku v angličtině: oblasti organizátorů chromozomových nukleolarů), kde jsou nalezeny sekvence kódující ribozomy.

Tyto geny jsou ve specifických oblastech chromozomů. U lidí jsou organizováni v tandemu v satelitních oblastech chromozomů 13, 14, 15, 21 a 22.

V nukleolu se vyskytuje transkripce, zpracování a sestavení podjednotek, které tvoří ribozomy.

Kromě jeho tradiční funkce, nukleolus je příbuzný nádorům supresorové proteiny, regulátory buněčného cyklu a dokonce bílkoviny od virů.

Nukleové proteiny jsou dynamické a jejich sekvence se v průběhu evoluce zachovala. Z těchto proteinů bylo pouze 30% spojeno s biogenezí ribozomů.

Struktura a morfologie

Nukleolus je rozdělen do tří hlavních složek, diferencovatelných elektronovou mikroskopií: hustá fibrilární složka, fibrilární centrum a granulovaná složka..

Obecně je obklopen kondenzovaným chromatinem, nazývaným heterochromatin. Procesy transkripce ribozomální RNA, zpracování a sestavení prekurzorů ribozomů se vyskytují v nukleolu.

Nukleolus je dynamická oblast, kde se proteiny, které mohou složky asociovat a rychle oddělit od nukleolarních složek, vytvářejí kontinuální výměnu s nukleoplazmou (vnitřní želatinová substance jádra).

U savců se struktura jádra mění v závislosti na stadiích buněčného cyklu. V prophase je pozorována dezorganizace jádra a je opět sestavena na konci mitotického procesu. Maximální aktivita transkripce v nukleolu byla pozorována ve fázích S a G2.

Aktivita RNA polymerázy I může být ovlivněna různými fosforylačními stavy, čímž se modifikuje aktivita nukleolu během buněčného cyklu. K utlumení během mitózy dochází fosforylací různých prvků, jako jsou SL1 a TTF-1.

Tento vzor však není běžný ve všech organismech. Například v kvasinkách je nukleolus přítomen - a aktivní - v celém procesu buněčného dělení.

Fibrilární centra

Geny, které kódují ribozomální RNA, jsou umístěny ve fibrilárních centrech. Tato centra jsou jasné oblasti obklopené hustými fibrilárními složkami. Fibrilární centra jsou variabilní co do velikosti a počtu, v závislosti na typu buňky.

Určený vzor byl popsán s ohledem na vlastnosti fibrilárních center. Buňky, které mají vysokou syntézu ribozomů, mají malý počet fibrilárních center, zatímco buňky se sníženými metabolismy (jako jsou lymfocyty) mají větší fibrilární centra.

Existují specifické případy, jako u neuronů s velmi aktivním metabolismem, jejichž nukleolus má obrovské fibrilární centrum doprovázené menšími menšími centry.

Hustá fibrilární složka a granulovaná složka

Hustá fibrilární složka a fibrilární centra jsou uloženy v granulované složce, jejíž granule mají průměr 15 až 20 nm. Proces transkripce (průchod molekuly DNA na RNA, považovaný za první krok genové exprese) se vyskytuje na hranicích fibrilárních center a husté fibrilární složky..

Zpracování pre-ribozomální RNA se vyskytuje v husté fibrilární složce a proces se rozšiřuje na granulovanou složku. Transkripty se hromadí v husté fibrilární složce a nukleární proteiny jsou také umístěny v husté fibrilární složce. To je v této oblasti kde shromáždění ribozómů nastane.

Po tomto procesu sestavení ribozomální RNA s nezbytnými proteiny vyvrcholí tyto produkty exportovány do cytoplazmy.

Granulovaná složka je bohatá na transkripční faktory (SUMO-1 a Ubc9 jsou některé příklady). Typicky je nukleolus obklopen heterochromatinem; Předpokládá se, že tato kompaktní DNA může mít úlohu v transkripci ribozomální RNA.

U savců je ribozomální DNA v buňkách zhutněna nebo umlčena. Tato organizace se zdá být důležitá pro regulaci ribozomální DNA a pro ochranu genomové stability.

Nucleolar organizující region

V této oblasti (NOR) jsou seskupené geny (ribozomální DNA), které kódují ribozomální RNA.

Chromosomy, které tvoří tyto oblasti, se liší v závislosti na druhu studia. U lidí, oni jsou nalezeni v satelitních oblastech akrocentrických chromozómů (centromere je lokalizován blízko jednoho z konců), specificky v párech 13, 14, 15, 21 a 22 \ t.

Jednotky DNA ribozomů se skládají z transkribované sekvence a externího spaceru nutného pro transkripci RNA polymerázou I.

V promotorech pro ribozomální DNA lze rozlišit dva prvky: centrální prvek a prvek umístěný proti proudu (proti proudu)

Funkce

Zařízení pro tvorbu ribozomální RNA

Nukleolus může být považován za továrnu se všemi nezbytnými složkami pro biosyntézu prekurzorů ribozomů..

Ribozomální nebo ribozomální RNA (ribozomová kyselina), běžně zkrácená jako rRNA, je součástí ribozomů a podílí se na syntéze proteinů. Tato složka je životně důležitá pro všechny linie živých bytostí.

Ribozomální RNA je spojena s dalšími složkami proteinové povahy. Výsledkem tohoto spojení je ribozomální presubunity. Klasifikace ribozomální RNA je obvykle dána písmenem "S", označujícím Svedbergovy jednotky nebo sedimentační koeficient.

Organizace ribozomů

Ribozómy jsou tvořeny dvěma podjednotkami: většími nebo většími a menšími nebo menšími. 

Ribozomální RNA prokaryot a eukaryot je diferencovatelná. V prokaryotech velká podjednotka je 50S a je složena z ribozomální RNA 5S a 23S, také malá podjednotka je 30S a je složena pouze z 16S ribozomální RNA..

Naproti tomu hlavní podjednotka (60S) je složena z ribozomální RNA 5S, 5,8S a 28S. Malá podjednotka (40S) je složena výhradně z 18S ribozomální RNA.

Geny kódující ribozomální RNA 5,8S, 18S a 28S se nacházejí v nukleolu. Tyto ribozomální RNA jsou transkribovány jako jediná jednotka v nukleolu pomocí RNA polymerázy I. Výsledkem tohoto procesu je prekurzor 45S RNA.

Uvedený prekurzor ribozomální RNA (45S) musí být vyštěpen v jeho 18S složkách, patřících do malé podjednotky (40S) a 5,8S a 28S velké podjednotky (60S).

Chybějící ribozomální RNA, 5S, se syntetizuje mimo jádro; Na rozdíl od svých homologů je tento proces katalyzován RNA polymerázou III.

Transkripce ribozomální RNA

Buňka potřebuje vysoký počet molekul ribozomální RNA. Existuje několik kopií genů, které kódují tento typ RNA, aby splňovaly tyto vysoké požadavky.

Například podle údajů nalezených v lidském genomu existuje 200 kopií pro ribozomální RNA 5.8S, 18S a 28S. Pro ribozomální RNA 5S existuje 2000 kopií.

Proces začíná s 45S ribozomální RNA. Začíná odstraněním rozpěrky v blízkosti 5 'konce. Když je transkripční proces dokončen, zbývající rozpěrka umístěná na 3 'konci je odstraněna. Po následných eliminacích se získá zralá ribozomální RNA.

Kromě toho zpracování ribozomální RNA vyžaduje řadu důležitých modifikací v jejích bázích, jako jsou methylační procesy a přeměna uridinu na pseudouridin..

Následně dochází k přidání proteinů a RNA umístěných v nukleolu. Mezi nimi jsou malé nukleární RNA (ARNpn), které se podílejí na separaci ribozomálních RNA v produktech 18S, 5.8S a 28S.

NRNA mají sekvence komplementární k ribozomální RNA 18S a 28S. Mohou tedy modifikovat báze prekurzorové RNA, methylací určitých oblastí a účastí na tvorbě pseudouridinu..

Shromáždění ribozomů

Tvorba ribozomů zahrnuje vazbu prekurzoru ribozomální RNA spolu s ribozomálními proteiny a 5S. Proteiny zapojené do procesu jsou transkribovány RNA polymerázou II v cytoplazmě a musí být transportovány do nukleolu.

Ribozomální proteiny se začnou spojovat s ribozomálními RNA dříve, než dojde k separaci 45S ribozomální RNA. Po separaci se přidají zbývající ribozomální proteiny a 5S ribozomální RNA.

Maturace 18S ribozomální RNA probíhá rychleji. Nakonec jsou "preribozomální částice" exportovány do cytoplazmy.

Další funkce

Kromě biogeneze ribozomů, nedávný výzkum zjistil, že nukleolus je multifunkční entita.

Nukleolus se také podílí na zpracování a zrání jiných typů RNA, jako jsou snRNP (komplexy proteinů a RNA, které se kombinují s pre-messenger RNA, aby se vytvořil spliceozom nebo sestřihový komplex) a určité transfery RNA. , mikroRNA a další ribonukleoproteinové komplexy.

Analýzou proteinu nukleolu byly nalezeny proteiny spojené se zpracováním pre-messenger RNA, kontrolou buněčného cyklu, replikací a opravou DNA. Konstituce nukleových proteinů je dynamická a mění se za různých podmínek prostředí a buněčného stresu.

Existuje také řada patologií spojených s nesprávným fungováním nukleolu. Mezi ně patří Diamond-Blackfan anémie a neurodegenerativní poruchy, jako je Alzheimerova choroba a Huntingtonova choroba..

U pacientů s Alzheimerovou chorobou dochází ke změně hladin exprese nukleolu ve srovnání se zdravými pacienty.

Nukleolus a rakovina

Více než 5000 studií prokázalo vztah mezi maligní proliferací buněk a aktivitou nukleolu.

Cílem některých výzkumů je kvantifikace nukleových proteinů pro klinické diagnostické účely. Jinými slovy se snažíme hodnotit proliferaci rakoviny pomocí těchto proteinů jako markeru, konkrétně B23, nukleolinu, UBF a podjednotek RNA polymerázy I.

Na druhé straně bylo zjištěno, že protein B23 přímo souvisí s rozvojem rakoviny. Podobně se na vývoji patologií, jako je akutní promyelocytární leukémie, podílejí další nukleární složky.

Nukleolus a viry

Existují dostatečné důkazy o tom, že viry, jak z rostlin, tak ze zvířat, potřebují k dosažení procesu replikace nukleové proteiny. Tam jsou změny v nucleolus, v podmínkách jeho morfologie a jeho složení bílkoviny, když buňka zažije virovou infekci \ t.

Bylo nalezeno velké množství proteinů, které pocházejí ze sekvencí DNA a RNA, které obsahují viry a jsou umístěny v nukleolu.

Viry mají různé strategie, které umožňují, aby byly umístěny v této subjaderní oblasti, jako jsou virové proteiny, které obsahují "signály", které vedou k nukleolu. Tyto štítky jsou bohaté na aminokyseliny arginin a lysin.

Umístění viru v jádru usnadňuje jeho replikaci a navíc se zdá, že je to podmínkou jeho patogenity..

Odkazy

  1. Boisvert, F. M., van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, A. I. (2007). Multifunkční nukleolus. Nature reviews Molekulární buněčná biologie, 8(7), 574-585.
  2. Boulon, S., Westman, B. J., Hutten, S., Boisvert, F.-M., & Lamond, A.I. (2010). Nucleolus pod stresem. Molekulární buňka, 40(2), 216-227.
  3. Cooper, C.M. (2000). Cell: Molecular Approach. 2. vydání. Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Nucleolus: fascinující jaderné těleso. Histochemie a buněčná biologie, 129(1), 13-31.
  4. Horky, M., Kotala, V., Anton, M., & WESIERSKA-GADEK, J. (2002). Nucleolus a apoptóza. Annals of New York Academy of Sciences, 973(1), 258-264.
  5. Leung, A. K., & Lamond, A. I. (2003). Dynamika jádra. Critical Reviews ™ v expresi eukaryotického genu, 13(1).
  6. Montanaro, L., Treré, D., & Derenzini, M. (2008). Nucleolus, Ribozomy a rakovina. Americký žurnál patologie, 173(2), 301-310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
  7. Pederson, T. (2011). Nucleolus. Studené jarní přístav perspektivy v biologii, 3(3), a000638.
  8. Tsekrekou, M., Stratigi, K., & Chatzinikolaou, G. (2017). Nucleolus: V údržbě a opravách genomu. Mezinárodní žurnál molekulárních věd, 18(7), 1411.