Характеристики, структура, морфология и функции ядра

ядрышко представляет собой клеточную структуру, не ограниченную мембраной, являющуюся одной из наиболее заметных областей ядра. Это наблюдается как более плотная область в ядре и подразделяется на три области: плотный фибриллярный компонент, фибриллярный центр и зернистый компонент..

В основном он отвечает за синтез и сборку рибосом; однако эта структура также имеет другие функции. В ядрышке было обнаружено более 700 белков, которые не участвуют в процессах биогенеза рибосом. Точно так же ядрышко участвует в развитии различных патологий.

Первым исследователем, который наблюдал площадь ядрышка, был Ф. Фонтана в 1781 году, более двух веков назад. Затем, в середине 30-х годов, МакКлинток смог наблюдать эту структуру в своих экспериментах с Zea mays. С тех пор сотни исследований были направлены на понимание функций и динамики этого основного региона.

индекс

• 1 Общая характеристика
• 2 Структура и морфология
  • 2.1 Фибриллярные центры
  • 2.2 Плотный фибриллярный компонент и зернистый компонент
  • 2.3 Нуклеолярная организующая область
• 3 функции
  • 3.1 Рибосомная РНК машина формирования
  • 3.2 Организация рибосом
  • 3.3 Транскрипция рибосомальной РНК
  • 3.4 Сборка рибосом
  • 3.5 Другие функции
• 4 Ядрышко и рак
• 5 Nucleolus и вирусы
• 6 Ссылки

Общие характеристики

Ядрышко представляет собой заметную структуру, расположенную внутри ядра эукариотических клеток. Это «область» в форме сферы, так как не существует типа биомембраны, которая отделяла бы ее от остальной части ядерных компонентов..

Это можно наблюдать под микроскопом как субрегион ядра, когда клетка находится на границе раздела.

Он организован в регионах, называемых NORs (для аббревиатуры на английском языке: хромосомный ядрышковый органайзер регионов), где находятся последовательности, кодирующие рибосомы.

Эти гены находятся в определенных областях хромосом. У людей они организованы в тандеме в области сателлитов хромосом 13, 14, 15, 21 и 22.

В ядрышке происходит транскрипция, обработка и сборка субъединиц, составляющих рибосомы.

В дополнение к своей традиционной функции ядрышко связано с белками-супрессорами опухолей, регуляторами клеточного цикла и даже белками вирусов.

Белки ядрышек динамичны и, по-видимому, их последовательность сохранилась в ходе эволюции. Из этих белков только 30% были связаны с биогенезом рибосом.

Структура и морфология

Ядрышко делится на три основных компонента, которые можно различить с помощью электронной микроскопии: плотный фибриллярный компонент, фибриллярный центр и зернистый компонент..

Обычно он окружен конденсированным хроматином, называемым гетерохроматином. Процессы транскрипции рибосомальной РНК, процессинга и сборки рибосомных предшественников происходят в ядрышке.

Ядрышко представляет собой динамическую область, где белки, компоненты которых могут ассоциироваться и быстро отделяться от ядрышковых компонентов, создавая непрерывный обмен с нуклеоплазмой (внутренним желатиновым веществом ядра)..

У млекопитающих структура ядрышка меняется в зависимости от стадии клеточного цикла. В профазе наблюдается дезорганизация ядрышка, и он снова собирается в конце митотического процесса. Максимальная активность транскрипции в ядрышке наблюдается в фазах S и G2.

На активность РНК-полимеразы I могут влиять различные состояния фосфорилирования, тем самым модифицируя активность ядрышка во время клеточного цикла. Глушение во время митоза происходит путем фосфорилирования различных элементов, таких как SL1 и TTF-1.

Тем не менее, эта картина не распространена у всех организмов. Например, у дрожжей ядрышко присутствует - и активно - на протяжении всего процесса клеточного деления.

Фибриллярные центры

Гены, которые кодируют рибосомную РНК, расположены в фибриллярных центрах. Эти центры представляют собой четкие области, окруженные плотными фибриллярными компонентами. Фибриллярные центры различаются по размеру и количеству, в зависимости от типа клетки.

Определенная картина была описана в отношении характеристик фибриллярных центров. Клетки с высоким уровнем синтеза рибосом имеют низкое количество фибриллярных центров, в то время как клетки с пониженным метаболизмом (такие как лимфоциты) имеют более крупные фибриллярные центры.

Существуют особые случаи, как в нейронах с очень активным метаболизмом, ядро ​​которых имеет гигантский фибриллярный центр, сопровождаемый меньшими меньшими центрами.

Плотный фибриллярный компонент и зернистый компонент

Плотный фибриллярный компонент и фибриллярные центры заключены в гранулированный компонент, гранулы которого имеют диаметр от 15 до 20 нм. Процесс транскрипции (переход молекулы ДНК в РНК, считающийся первым этапом экспрессии гена) происходит на границах фибриллярных центров и плотного фибриллярного компонента.

Процессинг пре-рибосомальной РНК происходит в плотном фибриллярном компоненте, и процесс распространяется на гранулярный компонент. Транскрипты накапливаются в плотном фибриллярном компоненте, и ядрышковые белки также расположены в плотном фибриллярном компоненте. Именно в этом регионе происходит сборка рибосом.

После этого процесса сборки рибосомальной РНК с необходимыми белками, эти продукты экспортируются в цитоплазму.

Гранулярный компонент богат транскрипционными факторами (SUMO-1 и Ubc9 являются некоторыми примерами). Как правило, ядрышко окружено гетерохроматином; считается, что эта уплотненная ДНК может играть роль в транскрипции рибосомальной РНК.

У млекопитающих рибосомная ДНК в клетках уплотняется или молчит. Эта организация, по-видимому, важна для регуляции рибосомальной ДНК и для защиты стабильности генома..

Ядерно-полярный регион

В этом регионе (NOR) сгруппированы гены (рибосомная ДНК), которые кодируют рибосомную РНК.

Хромосомы, которые составляют эти области, варьируются в зависимости от вида исследования. У людей они обнаруживаются в сателлитных областях акроцентрических хромосом (центромера расположена вблизи одного из концов), особенно в парах 13, 14, 15, 21 и 22..

Единицы ДНК рибосомы состоят из транскрибируемой последовательности и внешнего спейсера, необходимого для транскрипции РНК-полимеразой I.

В промоторах для рибосомальной ДНК можно выделить два элемента: центральный элемент и элемент, расположенный выше по течению (вверх по течению)

функции

Рибосомная РНК машина формирования

Ядрышко можно считать фабрикой со всеми необходимыми компонентами для биосинтеза предшественников рибосом..

Рибосомная или рибосомальная РНК (рибосомная кислота), обычно сокращенно называемая рРНК, является компонентом рибосом и участвует в синтезе белков. Этот компонент жизненно важен для всех линий живых существ.

Рибосомная РНК связана с другими компонентами белковой природы. Этот союз приводит к рибосомным предубеждениям. Классификация рибосомальной РНК обычно дается буквой «S», указывающей единицы Сведберга или коэффициент седиментации..

Организация рибосом

Рибосомы состоят из двух субъединиц: больше или больше и меньше или меньше. 

Рибосомная РНК прокариот и эукариот является дифференцируемой. У прокариот большая субъединица составляет 50S и состоит из рибосомальной РНК 5S и 23S, также малая субъединица составляет 30S и состоит только из 16S рибосомальной РНК.

Напротив, основная субъединица (60S) состоит из рибосомальной РНК 5S, 5.8S и 28S. Малая субъединица (40S) состоит исключительно из рибосомальной РНК 18S.

Гены, кодирующие рибосомальные РНК 5.8S, 18S и 28S, обнаружены в ядрышке. Эти рибосомные РНК транскрибируются как единое целое внутри ядрышка с помощью РНК-полимеразы I. Этот процесс приводит к предшественнику 45S РНК.

Указанный предшественник рибосомальной РНК (45S) должен быть вырезан в его компонентах 18S, принадлежащих к малой субъединице (40S) и 5,8S и 28S большой субъединицы (60S)..

Отсутствующая рибосомная РНК, 5S, синтезируется вне ядрышка; в отличие от гомологов, процесс катализируется РНК-полимеразой III.

Транскрипция рибосомальной РНК

Клетка нуждается в большом количестве молекул рибосомальной РНК. Существует множество копий генов, которые кодируют этот тип РНК для удовлетворения этих высоких требований..

Например, согласно данным, найденным в геноме человека, существует 200 копий для рибосомальной РНК 5.8S, 18S и 28S. Для рибосомальной РНК 5S существует 2000 копий.

Процесс начинается с 45S рибосомальной РНК. Начинается снятие проставки возле 5 'конца. Когда процесс транскрипции завершен, оставшаяся проставка, расположенная на 3'-конце, удаляется. После последующих элиминаций получается зрелая рибосомная РНК.

Кроме того, обработка рибосомальной РНК требует ряда важных модификаций в ее основаниях, таких как процессы метилирования и превращение уридина в псевдоуридин..

Впоследствии происходит добавление белков и РНК, расположенных в ядрышке. Среди них есть небольшие ядрышковые РНК (ARNpn), которые участвуют в разделении рибосомальных РНК в продуктах 18S, 5.8S и 28S..

НРНК обладают последовательностями, комплементарными рибосомальной РНК 18S и 28S. Следовательно, они могут модифицировать основания предшественника РНК, метилируя определенные области и участвуя в образовании псевдоуридина..

Сборка рибосом

Образование рибосом включает связывание предшественника рибосомальной РНК вместе с рибосомными белками и 5S. Белки, участвующие в процессе, транскрибируются РНК-полимеразой II в цитоплазме и должны транспортироваться в ядрышко..

Рибосомные белки начинают ассоциироваться с рибосомными РНК до того, как произойдет разделение 45S рибосомальной РНК. После разделения добавляются оставшиеся рибосомные белки и 5S рибосомная РНК..

Созревание рибосомальной РНК 18S происходит быстрее. Наконец, «прерибосомные частицы» экспортируются в цитоплазму.

Другие функции

В дополнение к биогенезу рибосом, недавние исследования показали, что ядрышко является многофункциональным объектом..

Ядрышко также участвует в процессинге и созревании других типов РНК, таких как snRNPs (комплексы белка и РНК, которые объединяются с предшествующей мессенджером РНК с образованием сплайсосомного или сплайсингового комплекса) и определенных передач РНК. , микроРНК и другие рибонуклеопротеиновые комплексы.

В результате анализа протеома ядрышка были обнаружены белки, связанные с процессингом РНК перед мессенджером, контролем клеточного цикла, репликацией и репарацией ДНК. Состав ядрышковых белков является динамичным и изменяется при различных условиях окружающей среды и клеточном стрессе..

Также существует ряд патологий, связанных с неправильным функционированием ядрышка. Среди них - анемия Алмаза-Блэкфана и нейродегенеративные расстройства, такие как болезнь Альцгеймера и Хантингтона..

У пациентов с болезнью Альцгеймера наблюдается изменение уровней экспрессии ядрышка по сравнению со здоровыми пациентами.

Ядрышко и рак

Более 5000 исследований показали связь между злокачественной пролиферацией клеток и активностью ядрышка.

Целью некоторых исследований является количественное определение белков ядрышек для целей клинической диагностики. Другими словами, мы стремимся оценить пролиферацию рака, используя эти белки в качестве маркера, в частности, B23, нуклеолин, UBF и субъединицы РНК-полимеразы I.

С другой стороны, было обнаружено, что белок B23 напрямую связан с развитием рака. Аналогично, другие ядрышковые компоненты участвуют в развитии патологий, таких как острый промиелоцитарный лейкоз.

Ядрышко и вирусы

Существует достаточно доказательств, чтобы утверждать, что вирусам, как от растений, так и от животных, необходимы белки ядрышек для достижения процесса репликации. Существуют изменения в ядрышке, с точки зрения его морфологии и белкового состава, когда клетка испытывает вирусную инфекцию.

Было обнаружено большое количество белков, которые происходят из последовательностей ДНК и РНК, которые содержат вирусы и находятся в ядрышке.

Вирусы имеют разные стратегии, которые позволяют им находиться в этой субядерной области, такие как вирусные белки, которые содержат «сигналы», которые ведут к ядрышку. Эти метки богаты аминокислотами аргинин и лизин.

Расположение вируса в ядрышке облегчает его репликацию и, кроме того, кажется, что это является требованием для его патогенности.

ссылки

1. Boisvert, F.M., van Koningsbruggen, S., Navascués, J. & Lamond, A.I. (2007). Многофункциональное ядрышко. Природа обзоры молекулярной клеточной биологии, 8(7), 574-585.
2. Boulon S., Westman B.J., Hutten S., Boisvert F.-M. & Lamond A.I. (2010). Ядрышко под стрессом. Молекулярная клетка, 40(2), 216-227.
3. Купер, К.М. (2000). Клетка: молекулярный подход. 2-е издание. Sinauer Associates. Сирри В., Уркуки-Инчима С., Руссел П. и Эрнандес-Верден Д. (2008). Nucleolus: захватывающее ядерное тело. Гистохимия и клеточная биология, 129(1), 13-31.
4. Horky, M., Kotala, V., Anton, M., & WESIERSKA-GADEK, J. (2002). Ядрышко и апоптоз. Летопись нью-йоркской академии наук, +973(1), 258-264.
5. Leung A.K. & Lamond A.I. (2003). Динамика ядрышка. Критические Обзоры ™ в Экспрессии Эукариотического Гена, 13(1).
6. Монтанаро Л., Трере Д. и Дерензини М. (2008). Ядрышко, рибосомы и рак. Американский журнал патологии, 173(2), 301-310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
7. Педерсон Т. (2011). Ядрышко. Перспективы Колд Спринг Харбор в биологии, 3(3), a000638.
8. Цекрекоу М., Стратиги К. и Чатзиниколау Г. (2017). Ядрышко: в поддержании и ремонте генома. Международный журнал молекулярных наук, 18(7), 1411.