NUKLEOLUS: KARAKTERISTIKE, STRUKTURA, MORFOLOGIJA I FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2026

Nukleolus je struktura stanica nije omeđen membrane, što je jedan od najvažnijih dijelova jezgre. Promatra se kao gušća regija u jezgri i dijeli se na tri regije: gustu fibrilarnu komponentu, fibrilarni centar i zrnatu komponentu.

Uglavnom je odgovoran za sintezu i skupljanje ribosoma; međutim, ova struktura ima i druge funkcije. Pronađeno je više od 700 proteina unutar jezgre koji nisu uključeni u procese biogeneze ribosoma. Na isti način nukleolus je uključen u razvoj različitih patologija.

Prvi istraživač koji je promatrao nukleolnu zonu bio je F. Fontana 1781. godine, prije više od dva stoljeća. Zatim je sredinom 1930-ih McClintock uspio promatrati takvu strukturu u svojim eksperimentima s Zea maysima. Od tada su se stotine istraživanja usredotočile na razumijevanje funkcija i dinamike ove regije jezgre.

Opće karakteristike

Nukleolus je istaknuta građevina smještena unutar jezgre eukariotskih stanica. To je "regija" u obliku sfere, jer ne postoji vrsta biomembrane koja bi je odvajala od ostalih nuklearnih komponenti.

Pod mikroskopom se može vidjeti kao podregija jezgre kada je stanica na granici.

Organiziran je u regijama koje se zovu NOR (za akronim na engleskom: kromosomske nukleolarne regije organizatora), gdje se nalaze nizovi koji kodiraju ribosome.

Ti se geni nalaze u specifičnim regijama kromosoma. U ljudi su organizirani u tandemu u satelitskim područjima kromosoma 13, 14, 15, 21 i 22.

U nukleolu se događa transkripcija, obrada i sastavljanje podjedinica koje čine ribosome.

Pored svoje tradicionalne funkcije, nukleolus je povezan sa proteinima supresorskih tumora, regulatorima staničnog ciklusa, pa čak i proteinima iz virusa.

Nukleolusni proteini su dinamični i čini se da su njihov slijed sačuvani tijekom evolucije. Od tih proteina samo 30% bilo je povezano s biogenezom ribosoma.

Struktura i morfologija

Nukleolus je podijeljen u tri glavne komponente koje se mogu razlikovati elektronskom mikroskopijom: gusta vlaknasta komponenta, fibrilarni centar i zrnasta komponenta.

Općenito, okružen je kondenziranim kromatinom, koji se naziva heterokromatin. U nukleolu se događaju procesi transkripcije ribosomalne RNA, obrada i sastavljanje ribosomalnih prekursora.

Nukleolus je dinamično područje, gdje se proteini s kojima se komponente mogu brzo povezati i odvojiti od nukleolarnih komponenata, stvarajući kontinuiranu razmjenu s nukleoplazmom (želatinozna supstanca unutar jezgre).

U sisavaca struktura nukleola varira u stupnjevima staničnog ciklusa. U profazi se opaža deorganizacija nukleola i ona se ponovno sastavlja na kraju mitotičkog procesa. Primjećena je maksimalna transkripcijska aktivnost u nukleolusu u fazi S i G2.

Na aktivnost RNA polimeraze I mogu utjecati različita stanja fosforilacije, mijenjajući na taj način aktivnost nukleola tijekom staničnog ciklusa. Umirenje tijekom mitoze nastaje zbog fosforilacije različitih elemenata poput SL1 i TTF-1.

Međutim, ovaj obrazac nije čest u svim organizmima. Na primjer, u kvascu je nukleolus prisutan - i aktivan - tijekom cijelog procesa stanične diobe.

Fibrilarni centri

Geni koji kodiraju ribosomalnu RNK nalaze se u fibrilarnim centrima. Ti su centri čista područja okružena gustim vlaknastim komponentama. Fibrilarni centri su promjenjivi u veličini i broju, ovisno o vrsti stanice.

Opisan je određeni obrazac s obzirom na karakteristike fibrilarnih centara. Stanice s visokom sintezom ribosoma imaju mali broj fibrilarnih centara, dok stanice sa smanjenim metabolizmima (poput limfocita) imaju veće fibrilarne centre.

Postoje specifični slučajevi, kao u neurona s vrlo aktivnim metabolizmom, čiji nukleolus ima golemi fibrilarni centar, praćen manjim manjim centrima.

Gusta vlaknasta i zrnasta komponenta

Gusta vlaknasta komponenta i fibrilarni centri ugrađeni su u granuliranu komponentu, čija granula ima promjer od 15 do 20 nm. Proces transkripcije (prolazak molekule DNA u RNA, koji se smatra prvim korakom ekspresije gena) odvija se na granicama fibrilarnih centara i u gustim fibrilarnim komponentama.

Obrada ribosomalne pre-RNA odvija se u gustom fibrilarnom sastojku i proces se proteže do granularne komponente. Transkripti se nakupljaju u gustoj fibrilarnoj komponenti, a nukleolarni proteini se također nalaze u gustoj fibrilarnoj komponenti. Upravo u ovoj regiji dolazi do sastavljanja ribosoma.

Nakon završetka ovog postupka montaže ribosomalne RNA s potrebnim proteinima, ti se proizvodi izvoze u citoplazmu.

Zrnasta komponenta bogata je faktorima transkripcije (neki primjeri su SUMO-1 i Ubc9). Nukleolus je obično okružen heterokromatinom; Smatra se da ova zbijena DNK igra ulogu u ribosomalnoj transkripciji RNA.

U sisavaca se ribosomalna DNK u stanicama zbija ili utišava. Čini se da je ova organizacija važna za regulaciju ribosomalne DNK i zaštitu genomske stabilnosti.

Nukleolarna regija za organizaciju

U ovoj regiji (NOR) grupirani su geni (ribosomalna DNA) koji kodiraju ribosomalnu RNK.

Hromosomi koji čine ove regije razlikuju se ovisno o ispitivanim vrstama. Kod ljudi se nalaze u satelitskim područjima akrocentričnih kromosoma (centromera se nalazi blizu jednog od krajeva), tačnije u parovima 13, 14, 15, 21 i 22.

DNA jedinice ribosoma sastoje se od prepisane sekvence i vanjskog odstojnika potrebnog za transkripciju s RNA polimerazom I.

U promotorima za ribosomalnu DNA mogu se razlikovati dva elementa: središnji i element koji se nalazi uzvodno (uzvodno).

Značajke

Strojevi za oblikovanje Ribosomal RNA

Nukleolus se može smatrati tvornicom sa svim komponentama potrebnim za biosintezu prekursora ribosoma.

Ribosomalna ili ribosomalna RNA (ribonukleinska kiselina), koja se obično skraćuje kao rRNA, sastojak je ribosoma i sudjeluje u sintezi proteina. Ova komponenta je vitalna za sve rodove živih bića.

Ribosomalna RNA povezuje se s drugim komponentama proteinske naravi. Ovo vezanje rezultira ribosomskim pretpostavkama. Razvrstavanje ribosomalne RNA općenito je dano slovo "S", koje označava Svedbergove jedinice ili koeficijent sedimentacije.

Organizacija ribosoma

Ribosomi se sastoje od dvije podjedinice: glavne ili velike i male ili male.

Ribomska RNA prokariota i eukariota je različita. Kod prokariota velika podjedinica je 50S i sastoji se od 5S i 23S ribosomalnih RNA, isto tako mala podjedinica je 30S i sastoji se od samo 16S ribosomske RNA.

Suprotno tome, glavna podjedinica (60S) sastoji se od 5S, 5.8S i 28S ribosomalnih RNA. Mala podjedinica (40S) sastoji se isključivo od 18S ribosomalne RNA.

U nukleolu su geni koji kodiraju ribosomske RNK 5.8S, 18S i 28S. Ovi ribosomalni RNA transkribiraju se kao jedna cjelina u jezgri pomoću RNA polimeraze I. Taj proces rezultira u 45S RNA prekursoru.

Spomenuti ribosomalni prekursor RNA (45S) mora se cijepati u njegove 18S komponente, koje pripadaju maloj podjedinici (40S) i 5.8S i 28S velike podjedinice (60S).

Ribosomska RNA koja nedostaje, 5S, sintetizira se izvan nukleola; Za razliku od svojih kolega, proces katalizira RNA polimeraza III.

Transkripcija Ribosomal RNA

Stanici je potreban velik broj ribosomalnih RNA molekula. Postoji više kopija gena koji kodiraju za ovu vrstu RNA da bi udovoljili ovim visokim zahtjevima.

Na primjer, na temelju podataka koji se nalaze u ljudskom genomu, postoji 200 primjeraka za 5.8S, 18S i 28S ribosomalne RNA. Za 5S ribosomalnu RNA postoji 2000 primjeraka.

Proces započinje s 45S ribosomalnom RNA. Započinje uklanjanjem odstojnika blizu kraja 5 ′. Kad je proces transkripcije završen, uklanja se preostali razmaknik smješten na kraju 3 ′. Nakon naknadnih brisanja dobiva se zrela ribosomalna RNA.

Nadalje, obrada ribosomalne RNA zahtijeva niz važnih modifikacija u njezinim bazama, poput procesa metilacije i pretvorbe uridina u pseudouridin.

Nakon toga dolazi do dodavanja proteina i RNA smještenih u nukleolusu. Među njima su male nukleolarne RNA (pRNA), koje sudjeluju u odvajanju ribosomalnih RNA u proizvodima 18S, 5.8S i 28S.

PRNA posjeduju sekvence komplementarne 18S i 28S ribosomalnim RNA. Stoga mogu mijenjati baze prekursora RNA, metilirajući određene regije i sudjelujući u stvaranju pseudouridina.

Ribosomski sklop

Formiranje ribosoma uključuje vezanje matične ribosomske RNA, zajedno s ribosomalnim proteinima i 5S. Proteini koji su uključeni u proces prepisani su RNA polimerazom II u citoplazmu i moraju se transportirati u nukleolus.

Ribosomalni proteini počinju se udruživati ​​s ribosomalnim RNA-ima prije nego što dođe do cijepanja 45S ribosomske RNA. Nakon odvajanja dodaju se preostali ribosomalni proteini i 5S ribosomalna RNA.

Sazrijevanje ribosomalne RNK 18S odvija se brže. Konačno, "preribosomske čestice" se izvoze u citoplazmu.

Ostale funkcije

Pored biogeneze ribosoma, nedavna istraživanja otkrila su da je nukleolus multifunkcionalna cjelina.

Nukleolus je također uključen u obradu i sazrijevanje drugih vrsta RNA, kao što su snRNP (protein-RNA kompleksi koji se kombiniraju s pre-messenger RNA da bi tvorili spliceosom ili kompleks za spajanje) i određene prijenosne RNA., mikroRNA i drugi ribonukleoproteinski kompleksi.

Analizom nukleolus proteoma pronađeni su proteini povezani s preradom RNA-a, kontrolom staničnog ciklusa, replikacijom i popravljanjem DNK. Konstitucija proteina nukleola je dinamična i mijenja se u različitim okolišnim uvjetima i staničnom stresu.

Isto tako, postoji niz patologija povezanih s nepravilnim funkcioniranjem nukleola. Tu spadaju dijamantsko - crna anemija i neurodegenerativni poremećaji poput Alzheimerove i Huntingtonove bolesti.

U Alzheimerove bolesnice postoji promjena u razini ekspresije nukleola u usporedbi sa zdravim bolesnicima.

Nukleolus i rak

Više od 5000 studija pokazalo je vezu između proliferacije malignih stanica i aktivnosti nukleola.

Cilj nekih istraživanja je kvantificiranje nukleolnih proteina u kliničke dijagnostičke svrhe. Drugim riječima, cilj je procijeniti proliferaciju raka koristeći ove proteine ​​kao marker, konkretno B23, nukleolin, UBF i RNA polimerazu I podjedinice.

S druge strane, ustanovljeno je da je protein B23 izravno povezan s razvojem raka. Isto tako, druge nukleolarne komponente sudjeluju u razvoju patologija kao što je akutna promeelocitna leukemija.

Nukleolus i virusi

Postoji dovoljno dokaza da se navodi da virusima, kako biljkama, tako i životinjama, trebaju nukleolusni proteini da bi se postigao proces replikacije. Postoje promjene u jezgri, u smislu njegove morfologije i sastava proteina kada stanica doživi virusnu infekciju.

Pronađeno je znatan broj proteina koji potječu iz DNK i RNA sekvence koje sadrže viruse i nalaze se u nukleolu.

Virusi imaju različite strategije koje im omogućuju lociranje u ovom subnuklearnom području, poput virusnih proteina koji sadrže "signale" koji ih vode do nukleola. Te su oznake bogate aminokiselinama argininom i lizinom.

Položaj virusa u jezgri olakšava njihovu razmnožavanje i, osim toga, čini se da je to potrebno zbog njihove patogenosti.

Reference

1. Boisvert, FM, van Koningsbruggen, S., Navascués, J., i Lamond, AI (2007). Višenamjenski nukleolus. Priroda recenzije Molecular cell biology, 8 (7), 574–585.
2. Boulon, S., Westman, BJ, Hutten, S., Boisvert, F.-M., i Lamond, AI (2010). Nucleolus pod stresom. Molekularna stanica, 40 (2), 216–227.
3. Cooper, CM (2000). Stanica: Molekularni pristup. 2. izdanje Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Nucleolus: fascinantno nuklearno tijelo. Histokemija i stanična biologija, 129 (1), 13–31.
4. Horký, M., Kotala, V., Anton, M., & WESIERSKA - GADEK, J. (2002). Nukleolus i apoptoza. Anali Njujorške akademije znanosti, 973 (1), 258-264.
5. Leung, AK, i Lamond, AI (2003). Dinamika nukleola. Kritički pregledi ™ u Eukariotskoj ekspresiji gena, 13 (1).
6. Montanaro, L., Treré, D., i Derenzini, M. (2008). Nukleolus, Ribosomi i Rak. Američki časopis za patologiju, 173 (2), 301–310.
7. Pederson, T. (2011). Nucleolus. Perspektive hladne proljetne luke u biologiji, 3 (3), a000638.
8. Tsekrekou, M., Stratigi, K., & Chatzinikolaou, G. (2017). Nucleolus: U održavanju i popravku genoma. Međunarodni časopis za molekularne znanosti, 18 (7), 1411.