Nucleoluse omadused, struktuur, morfoloogia ja funktsioonid



The nucleolus on raku struktuur, mida ei piira membraan, mis on üks tuuma kõige silmapaistvamaid piirkondi. Seda täheldatakse tuumas tihedama piirkonnana ja jaguneb kolmeks piirkonnaks: tihe fibrillaarne komponent, fibrillaarne keskus ja granuleeritud komponent..

See on peamiselt vastutav ribosoomide sünteesi ja monteerimise eest; sellel struktuuril on aga ka muid funktsioone. Nukleoolis on leitud üle 700 valgu, mis ei ole seotud ribosoomi biogeneesi protsessidega. Samamoodi osaleb nukleolus erinevate patoloogiate väljatöötamises.

Esimene uurija, kes jälgis tuumoli piirkonda, oli F. Fontana 1781. aastal, enam kui kaks sajandit tagasi. Seejärel suutis McClintock 1930. aastate keskel seda struktuuri oma katsetes jälgida Zea mays. Sellest ajast alates on sadu uurimisi keskendunud selle tuuma piirkonna funktsioonide ja dünaamika mõistmisele.

Indeks

  • 1 Üldised omadused
  • 2 Struktuur ja morfoloogia
    • 2.1 Fibrillaarsed keskused
    • 2.2 Tihe fibrillaarne komponent ja granuleeritud komponent
    • 2.3 Nucleolar korraldav piirkond
  • 3 Funktsioonid
    • 3.1. Ribosoomi RNA moodustumise masinad
    • 3.2 Ribosoomide korraldamine
    • 3.3 Ribosomaalse RNA transkriptsioon
    • 3.4 Ribosoomide kokkupanek
    • 3.5 Muud funktsioonid
  • 4 Nukleool ja vähk
  • 5 Nukleolus ja viirused
  • 6 Viited

Üldised omadused

Nukleolus on silmapaistev struktuur, mis asub eukarüootsete rakkude tuumas. See on "piirkond" sfääri kujul, kuna puudub ükskõik milline biomembraan, mis eraldab seda ülejäänud tuumakomponentidest..

Mikroskoobi all võib seda jälgida kui tuuma alampiirkonda, kui rakk on liideses.

See on korraldatud piirkondades, mida nimetatakse NORiks (akronüüm inglise keeles: kromosomaalsed nukleolaarorganisatsiooni piirkonnad), kus leitakse ribosoome kodeerivad järjestused.

Need geenid on kromosoomide spetsiifilistes piirkondades. Inimestel on nad korraldatud tandemina kromosoomide 13, 14, 15, 21 ja 22 satelliidipiirkondades.

Nukleoolis esinevad ribosoome moodustavate allüksuste transkriptsioon, töötlemine ja kokkupanek.

Lisaks oma traditsioonilisele funktsioonile on nukleolus seotud kasvaja supressorvalkudega, rakutsükli regulaatoritega ja isegi viirustest pärinevate valkudega..

Nukleolusvalgud on dünaamilised ja ilmselt on nende järjestus evolutsiooni käigus säilinud. Neist valkudest on ribosoomide biogeneesiga seostatud ainult 30%.

Struktuur ja morfoloogia

Nukleool jaotatakse kolme põhikomponendiks, mis on diferentseeruvad elektronmikroskoopia abil: tihe fibrillaarne komponent, fibrillaarne keskus ja granuleeritud komponent..

Üldiselt ümbritseb seda kondenseeritud kromatiin, mida nimetatakse heterokromatiiniks. Ribosomaalse RNA transkriptsiooni protsessid, ribosomaalsete prekursorite töötlemine ja kokkupanemine toimuvad nukleoolis.

Nukleolus on dünaamiline piirkond, kus valgud, mida komponendid võivad seostada ja kiiresti eraldada nukleolarukomponentidest, luues pideva vahetuse nukleoplasmaga (tuuma sisemine želatiinne aine).

Imetajatel varieerub nukleoluse struktuur rakutsükli etappidel. Propaasis on täheldatud tuumori disorganiseerumist ja see koguneb uuesti mitootilise protsessi lõpus. Transkriptsiooni maksimaalne aktiivsus nukleoolis on täheldatud faasides S ja G2.

RNA polümeraasi I aktiivsust võivad mõjutada erinevad fosforüülimise olukorrad, muutes seeläbi nukleoluse aktiivsust rakutsükli jooksul. Mitoosi ajal vaigistamine toimub erinevate elementide, näiteks SL1 ja TTF-1 fosforüülimise teel.

Siiski ei ole see muster kõigis organismides tavaline. Näiteks pärmis on tuumol olemas ja aktiivne kogu rakkude jagunemise protsessi vältel.

Fibrillaarsed keskused

Ribosoomi RNA-d kodeerivad geenid asuvad fibrillaarsetes keskustes. Need keskused on selged piirkonnad, mida ümbritsevad tihedad fibrillaarsed komponendid. Fibrillaarsed keskused on erineva suuruse ja arvu poolest, sõltuvalt rakutüübist.

Teatud mustrit on kirjeldatud fibrillaarsete keskuste omaduste suhtes. Ribosoomide kõrget sünteesi omavatel rakkudel on väike arv fibrillaarseid tsentreid, samas kui vähendatud ainevahetusega rakkudel (nagu lümfotsüüdid) on suuremad fibrillaarsed keskused.

On spetsiifilisi juhtumeid, nagu väga aktiivse ainevahetusega neuronite puhul, mille tuumol on hiiglaslik fibrillaarne keskus, millele on lisatud väiksemad väiksemad keskused.

Tihe fibrillaarne komponent ja granuleeritud komponent

Tihe fibrillaarne komponent ja fibrillaarsed tsentrid on integreeritud granuleeritud komponendi, mille graanulite läbimõõt on 15 kuni 20 nm. Transkriptsiooniprotsess (DNA molekuli läbimine RNA-le, mida peetakse geeniekspressiooni esimeseks etapiks) toimub fibrillaarsete keskuste ja tiheda fibrillaarse komponendi piirides..

Pre-ribosomaalse RNA töötlemine toimub tihedas fibrillaarses komponendis ja protsess ulatub granuleeritud komponendini. Transkriptid kogunevad tihedasse fibrillaarsesse komponenti ja nukleolarvalgud paiknevad ka tihedas fibrillis komponendis. Selles piirkonnas toimub ribosoomide kokkupanek.

Pärast seda, kui see ribosomaalse RNA kokkupanek vajalike valkudega kulmineerub, eksporditakse need tooted tsütoplasma..

Granuleeritud komponent on rikas transkriptsioonifaktoritega (SUMO-1 ja Ubc9 on mõned näited). Tüüpiliselt ümbritseb nukleolus heterokromatiini; arvatakse, et see tihendatud DNA võib omada rolli ribosomaalse RNA transkriptsioonis.

Imetajatel on rakkude ribosomaalne DNA tihendatud või vaigistatud. See organisatsioon näib olevat oluline ribosomaalse DNA reguleerimiseks ja genoomse stabiilsuse kaitsmiseks.

Nucleolari korraldav piirkond

Selles piirkonnas (NOR) on rühmitatud geenid (ribosomaalne DNA), mis kodeerivad ribosomaalset RNA-d.

Nende piirkondade kromosoomid varieeruvad sõltuvalt uuringuliigist. Inimestel leidub neid akrotsentriliste kromosoomide satelliidipiirkondades (tsentomere paikneb üks otsadest), täpsemalt paarides 13, 14, 15, 21 ja 22.

DNA ribosoomide ühikud koosnevad transkribeeritud järjestusest ja välisest speisserist, mis on vajalik RNA polümeraasi I transkriptsiooniks.

Ribosomaalse DNA promootorites saab eristada kahte elementi: keskelement ja ülesvoolu paiknev element (ülesvoolu)

Funktsioonid

Ribosomaalse RNA moodustumise masinad

Nukleooli võib pidada tehaseks, millel on kõik vajalikud komponendid ribosoomide prekursorite biosünteesiks..

Ribosomaalne või ribosomaalne RNA (ribosomaalne hape), mida tavaliselt lühendatakse rRNA-na, on ribosoomide komponent ja osaleb valkude sünteesis. See komponent on elusolendite kõigi liini jaoks elulise tähtsusega.

Ribosomaalne RNA on seotud teiste proteiini iseloomuga komponentidega. See liit on ribosomaalsete presubiteetide tulemus. Ribosomaalse RNA klassifikatsioon antakse tavaliselt S-tähega, mis näitab Svedbergi üksusi või sedimentatsiooni koefitsienti.

Ribosoomide korraldamine

Ribosoomid koosnevad kahest allüksusest: suuremad või suuremad ja väiksemad või väiksemad. 

Prokarüootide ja eukarüootide ribosomaalne RNA on diferentseeruv. Prokarüootides on suur alaühik 50S ja koosneb ribosomaalsest RNA 5S-st ja 23S-st, samuti on väike subühik 30S ja koosneb ainult 16S ribosomaalsest RNA-st..

Seevastu koosneb peamine allüksus (60S) ribosomaalsest RNA 5S, 5.8S ja 28S. Väike allüksus (40S) koosneb ainult 18S ribosomaalsest RNA-st.

Geenid, mis kodeerivad ribosomaalseid RNA-sid 5.8S, 18S ja 28S, on leitud tuumolus. Need ribosomaalsed RNA-d transkribeeritakse RNA polümeraasiga I nukleiinis ühe ühikuna. Selle protsessi tulemuseks on 45S RNA prekursor..

Nimetatud ribosomaalne RNA prekursor (45S) tuleb välja lõigata oma 18S komponendist, mis kuulub väikese allüksuse (40S) ja suure alamüksuse (60S) 5.8S ja 28S alla..

Puuduv ribosomaalne RNA, 5S, sünteesitakse väljaspool nukleooli; erinevalt homoloogidest katalüüsib seda protsessi RNA polümeraas III.

Ribosomaalse RNA transkriptsioon

Rakk vajab suurt hulka ribosomaalseid RNA molekule. Nende kõrgete nõuete täitmiseks on seda tüüpi RNA-d kodeerivate geenide hulgast mitu eksemplari.

Näiteks inimese genoomis leiduvate andmete kohaselt on ribosomaalse RNA 5.8S, 18S ja 28S jaoks 200 eksemplari. Ribosomaalse RNA 5S puhul on 2000 eksemplari.

Protsess algab ribosoomi 45S RNA-ga. See algab tühiku eemaldamisega 5 'otsa lähedal. Kui transkriptsiooniprotsess on lõpule viidud, eemaldatakse ülejäänud 3'-otsas paiknev vahetükk. Pärast järgnevaid kõrvaldamisi saadakse küps ribosomaalne RNA.

Lisaks nõuab ribosomaalse RNA töötlemine mitmeid olulisi modifikatsioone oma alustes, nagu metüülimisprotsessid ja uridiini konversioon pseudouridiiniks..

Seejärel toimub nukleiinis paiknevate valkude ja RNAde lisamine. Nende hulgas on väikesed nukleolaarsed RNA-d (ARNpn), mis osalevad ribosomaalsete RNA-de eraldamisel produktides 18S, 5.8S ja 28S.

NRNA-del on järjestused, mis on komplementaarsed ribosomaalse RNA 18S ja 28S-ga. Seetõttu võivad nad modifitseerida prekursor-RNA aluseid teatud piirkondade metüülimisega ja osalemisega pseudouridiini moodustamises..

Ribosoomide kokkupanek

Ribosoomide moodustumine hõlmab ribosomaalse RNA prekursori seondumist koos ribosomaalsete valkudega ja 5S-ga. Protsessis osalevad valgud transkribeeritakse RNA polümeraasi II poolt tsütoplasmas ja need tuleb transportida tuumolusse.

Ribosomaalsed valgud hakkavad seostuma ribosomaalsete RNA-dega enne 45S ribosomaalse RNA eraldumist. Pärast eraldamist lisatakse järelejäänud ribosomaalsed valgud ja 5S ribosomaalne RNA.

18S ribosomaalse RNA küpsemine toimub kiiremini. Lõpuks eksporditakse "preribosomaalsed osakesed" tsütoplasmasse.

Muud funktsioonid

Lisaks ribosoomide biogeneesile on hiljutised uuringud leidnud, et nukleolus on multifunktsionaalne üksus..

Nukleool osaleb ka teiste RNA tüüpide, näiteks snRNP-de (valgu- ja RNA-kompleksid, mis kombineeruvad pre-messenger-RNA-ga, moodustamiseks spliceosome- või splaissingukompleks) töötlemisel ja küpsemisel ning teatud RNA ülekannetega. , mikroRNA ja teised ribonukleoproteiini kompleksid.

Nukleolusproteome analüüsi abil on leitud proteiinid, mis on seotud pre-messenger RNA töötlemisega, rakutsükli kontroll, replikatsioon ja DNA parandamine. Nukleolusvalkude moodustumine on dünaamiline ja muutub erinevates keskkonnatingimustes ja rakulises stressis.

Samuti on olemas mitmeid patoloogiaid, mis on seotud tuumori ebaõige toimimisega. Nende hulgas on Diamond-Blackfani aneemia ja neurodegeneratiivsed häired, nagu Alzheimeri ja Huntingtoni tõbi..

Alzheimeri tõvega patsientidel on võrreldes tervete patsientidega muutus nukleooli ekspressioonitasemetes.

Nukleool ja vähk

Rohkem kui 5000 uuringut on näidanud seost rakkude pahaloomulise proliferatsiooni ja tuumori aktiivsuse vahel.

Mõnede uuringute eesmärk on kvantitatiivselt määrata nukleolusvalke kliinilisteks diagnostilisteks eesmärkideks. Teisisõnu püüame hinnata vähi proliferatsiooni, kasutades neid valke markerina, täpsemalt B23, nukleoliini, UBF ja RNA polümeraasi I alamühikuid..

Teisest küljest on leitud, et B23 valk on otseselt seotud vähi arenguga. Samamoodi osalevad patoloogiate, nagu äge promüelotsüütiline leukeemia, väljatöötamises teised nukleoolsed komponendid..

Tuumolus ja viirused

On piisavalt tõendeid selle kohta, et nii taimedelt kui loomadelt pärit viirused vajavad replikatsiooniprotsessi saavutamiseks nukleolusvalke. Kui rakk kogeb viirusinfektsiooni, on nukleolus morfoloogia ja valgu koostise osas muutused..

On leitud palju valke, mis pärinevad DNA-st ja RNA järjestustest, mis sisaldavad viirusi ja paiknevad nukleiinis..

Viirustel on erinevad strateegiad, mis võimaldavad neil paikneda selles subnukleaarses piirkonnas, nagu viirusvalgud, mis sisaldavad "signaale", mis viivad tuumoli. Need märgised on arginiini ja lüsiini aminohapete poolest rikkad.

Viiruse asukoht tuumolus hõlbustab selle replikatsiooni ja lisaks sellele tundub, et see on selle patogeensuse nõue.

Viited

  1. Boisvert, F. M., van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, A. I. (2007). Multifunktsionaalne tuum. Loodusülevaated Molekulaarrakkude bioloogia, 8(7), 574-585.
  2. Boulon, S., Westman, B. J., Hutten, S., Boisvert, F.-M., & Lamond, A.I. (2010). Nucleolus stressi all. Molekulaarrakk, 40(2), 216-227.
  3. Cooper, C.M. (2000). Cell: Molekulaarne lähenemine. 2. väljaanne. Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Nucleolus: põnev tuumaelement. Histokeemia ja rakubioloogia, 129(1), 13-31.
  4. Horky, M., Kotala, V., Anton, M. ja WESIERSKA-GADEK, J. (2002). Nukleolus ja apoptoos. New Yorgi Teaduste Akadeemia Annals, 973(1), 258-264.
  5. Leung, A. K., & Lamond, A. I. (2003). Tuumolumi dünaamika. Kriitilised ülevaated ™ Eukarüootses geeniekspressioonis, 13(1).
  6. Montanaro, L., Treré, D., & Derenzini, M. (2008). Nukleolus, ribosoomid ja vähk. Ameerika patoloogia ajakiri, 173(2), 301-310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
  7. Pederson, T. (2011). Nucleolus. Külma kevadise sadama perspektiivid bioloogias, 3(3), a000638.
  8. Tsekrekou, M., Stratigi, K., & Chatzinikolaou, G. (2017). Nucleolus: genoomide hooldamisel ja parandamisel. International Journal of Molecular Sciences, 18(7), 1411.