Nucleolus raksturojums, struktūra, morfoloģija un funkcijas

The nucleolus ir šūnu struktūra, kas nav norobežota ar membrānu, kas ir viena no svarīgākajām kodola vietām. To novēro kā blīvāku reģionu kodolā un iedala trīs reģionos: blīvs fibrillārs komponents, fibrillārs centrs un granulētais komponents..

Tā galvenokārt ir atbildīga par ribosomu sintēzi un montāžu; tomēr šai struktūrai ir arī citas funkcijas. Vairāk nekā 700 olbaltumvielu ir atrasti nukleozā, kas nav iesaistīti ribosomu biogēnēzes procesos. Tādā pašā veidā nukleoluss ir iesaistīts dažādu patoloģiju attīstībā.

Pirmais pētnieks, kas novēroja kodola teritoriju, bija F. Fontana 1781. gadā, vairāk nekā pirms diviem gadsimtiem. Pēc tam, 1930. gadu vidū, McClintock varēja novērot šo struktūru savos eksperimentos ar Zea mays. Kopš tā laika simtiem izmeklēšanu uzmanības centrā ir šī pamatreģiona funkciju un dinamikas izpratne.

Indekss

• 1 Vispārīgi raksturlielumi
• 2 Struktūra un morfoloģija
  • 2.1. Fibrillāru centri
  • 2.2. Blīvs fibrilārs komponents un granulēts komponents
  • 2.3. Nucleolar organizējošais reģions
• 3 Funkcijas
  • 3.1. Ribosomu RNS veidošanās iekārtas
  • 3.2. Ribosomu organizācija
  • 3.3. Ribosomu RNS transkripcija
  • 3.4. Ribosomu montāža
  • 3.5 Citas funkcijas
• 4 Nukleols un vēzis
• 5 Nucleolus un vīrusi
• 6 Atsauces

Vispārīgās īpašības

Nukleols ir ievērojama struktūra, kas atrodas eukariotu šūnu kodolā. Tā ir "reģions" sfēras formā, jo nav kāda veida biomembrānas, kas to atdala no pārējām kodoliekārtām..

Mikroskopā to var novērot kā kodola apakšreģionu, kad šūna atrodas saskarnē.

Tā tiek organizēta reģionos, ko sauc par NORs (tā akronīms angļu valodā: hromosomu nukleolāru organizatoru reģioni), kur atrodamas sekvences, kas kodē ribosomas.

Šie gēni ir specifiskos hromosomu reģionos. Cilvēkiem tie ir sakārtoti 13., 14., 15., 21. un 22. hromosomu satelītu reģionos.

Nukleolā notiek ribosomu veidojošo apakšvienību transkripcija, apstrāde un montāža.

Papildus tradicionālajai funkcijai, nukleols ir saistīts ar audzēja supresoru proteīniem, šūnu cikla regulatoriem un pat no vīrusiem iegūtiem proteīniem..

Nukleolusa olbaltumvielas ir dinamiskas un acīmredzot to secība ir saglabājusies evolūcijas gaitā. No šīm olbaltumvielām tikai 30% ir saistīti ar ribosomu biogenēzi.

Struktūra un morfoloģija

Nukleolus iedala trīs galvenajās sastāvdaļās, kas ir diferencējamas ar elektronu mikroskopu: blīvs fibrillārs komponents, fibrillārs centrs un granulētais komponents..

Parasti to ieskauj kondensēts hromatīns, ko sauc par heterohromatīnu. Ribosomu RNS transkripcijas procesi, ribosomu prekursoru apstrāde un montāža notiek kodolā..

Nukleols ir dinamisks reģions, kur olbaltumvielas, ko komponenti var saistīt un ātri atdalīties no nukleolāriem komponentiem, radot nepārtrauktu apmaiņu ar nukleoplazmu (kodola iekšējā želatīna viela)..

Zīdītājiem nukleolusa struktūra mainās atkarībā no šūnu cikla stadijām. Prophāzē tiek novērota nukleolusa disorganizācija, un tā atkal tiek samontēta mitotiskā procesa beigās. S un G2 fāzēs novērota maksimālā transkripcijas aktivitāte kodolā.

RNS polimerāzes I aktivitāti var ietekmēt dažādi fosforilācijas stāvokļi, tādējādi modificējot nukleola aktivitāti šūnu cikla laikā. Trokšņa slāpēšana mitozes laikā notiek ar dažādu elementu, piemēram, SL1 un TTF-1, fosforilēšanu.

Tomēr šis modelis nav izplatīts visos organismos. Piemēram, raugā kodols ir klāt - un tas ir aktīvs - visā šūnu dalīšanās procesā.

Fibrillāru centri

Gēni, kas kodē ribosomu RNS, atrodas fibrillārajos centros. Šie centri ir skaidri redzami reģioni, kurus ieskauj biezi fibrillāri komponenti. Fibrillārie centri atkarībā no šūnu veida ir maināmi pēc izmēra un lieluma.

Atsevišķs modelis ir aprakstīts attiecībā uz fibrillāro centru īpašībām. Šūnām, kurām ir augsta ribosomu sintēze, ir mazs fibrillāru centru skaits, savukārt šūnām ar samazinātu metabolismu (piemēram, limfocītiem) ir lielāki fibrillārie centri..

Ir īpaši gadījumi, piemēram, neironiem ar ļoti aktīvu metabolismu, kuru kodolam ir milzīgs fibrillārs centrs, kuru pavada mazāki mazāki centri..

Blīva fibrillāra sastāvdaļa un granulēta sastāvdaļa

Blīvais fibrilārs komponents un fibrillārie centri ir iestrādāti granulētajā komponentā, kura granulu diametrs ir no 15 līdz 20 nm. Transkripcijas process (DNS molekulas nokļūšana RNS, kas tiek uzskatīts par pirmo gēnu ekspresijas soli) notiek fibrillāro centru un blīvā fibrillārā komponenta robežās..

Pre-ribosomu RNS apstrāde notiek blīvajā fibrillārajā komponentā, un process attiecas uz granulēto komponentu. Transkripti uzkrājas blīvajā fibrillārajā komponentā, un nukleolārie proteīni atrodas arī blīvajā fibrillārajā komponentā. Tieši šajā reģionā notiek ribosomu montāža.

Pēc šī ribosomu RNS montāžas procesa ar nepieciešamajiem proteīniem, šie produkti tiek eksportēti uz citoplazmu..

Granulētais komponents ir bagāts ar transkripcijas faktoriem (SUMO-1 un Ubc9 ir daži piemēri). Parasti nukleolus ieskauj heterohromatīns; tiek uzskatīts, ka šī saspiesta DNS var būt nozīmīga ribosomu RNS transkripcijā.

Zīdītājos ribosomu DNS šūnās tiek saspiesta vai klusināta. Šķiet, ka šī organizācija ir svarīga ribosomu DNS regulēšanai un genoma stabilitātes aizsardzībai.

Nucleolar organizējošais reģions

Šajā reģionā (NOR) ir grupēti gēni (ribosomu DNS), kas kodē ribosomu RNS.

Kromosomas, kas veido šos reģionus, atšķiras atkarībā no pētāmās sugas. Cilvēkiem tie ir atrodami akrentru hromosomu satelītu apgabalos (centromērs atrodas netālu no viena gala), īpaši 13, 14, 15, 21 un 22 pāros..

DNS ribosomu vienības sastāv no pārrakstītās sekvences un ārējā starplika, kas nepieciešama transkripcijai ar RNS polimerāzi I.

Ribosomu DNS promotoros var izšķirt divus elementus: centrālo elementu un elementu, kas atrodas augšpusē (augšup)

Funkcijas

Ribosomu RNS veidošanās iekārtas

Nukleolu var uzskatīt par rūpnīcu ar visām nepieciešamajām sastāvdaļām ribosomu prekursoru biosintēzei..

Ribosomu vai ribosomu RNS (ribosomu skābe), kas parasti saīsināta kā rRNS, ir ribosomu sastāvdaļa un piedalās proteīnu sintēzē. Šis komponents ir būtisks visām dzīvo būtņu līnijām.

Ribosomu RNS ir saistīta ar citiem olbaltumvielu veidiem. Šī savienība izraisa ribosomu presubitāti. Ribosomu RNS klasifikācija parasti tiek dota ar "S" burtu, norādot Svedberga vienības vai sedimentācijas koeficientu..

Ribosomu organizācija

Ribosomas sastāv no divām apakšvienībām: lielākām vai lielākām un mazākām vai mazākām. 

Prokariotu un eukariotu ribosomālā RNS ir diferencējama. Prokariātos lielā apakšvienība ir 50S un sastāv no ribosomu RNS 5S un 23S, arī mazā apakšvienība ir 30S un sastāv tikai no 16S ribosomu RNS.

Turpretim lielāko apakšvienību (60S) veido ribosomu RNS 5S, 5.8S un 28S. Mazā apakšvienība (40S) sastāv tikai no 18S ribosomu RNS.

Gēni, kas kodē ribosomu RNS 5.8S, 18S un 28S, ir atrodami kodolā. Šīs ribosomu RNS tiek pārrakstītas kā viena vienība nukleīnā ar RNS polimerāzi I. Šis process rada 45S RNS prekursoru..

Minētais ribosomu RNS prekursors (45S) ir jāizņem 18S komponentos, kas pieder pie lielās apakšvienības (60S) mazās apakšvienības (40S) un 5.8S un 28S..

Trūkstošā ribosomu RNS, 5S, tiek sintezēta ārpus kodola; atšķirībā no homologiem, procesu katalizē RNS polimerāze III.

Ribosomu RNS transkripcija

Šūnai ir nepieciešams liels skaits ribosomu RNS molekulu. Pastāv vairākas gēnu kopijas, kas kodē šo RNS veidu, lai apmierinātu šīs augstās prasības.

Piemēram, saskaņā ar datiem, kas atrodami cilvēka genomā, ir 200 kopijas ribosomu RNS 5.8S, 18S un 28S. Ribosomu RNS 5S ir 2000 kopijas.

Process sākas ar 45S ribosomu RNS. Tas sākas ar atstarpes noņemšanu pie 5 'gala. Kad transkripcijas process ir pabeigts, atlikušais starplikas, kas atrodas 3 'galā, tiek noņemts. Pēc turpmākām eliminācijām tiek iegūta nobriedusi ribosomu RNS.

Turklāt ribosomu RNS apstrādei ir nepieciešamas vairākas nozīmīgas modifikācijas, piemēram, metilēšanas procesi un uridīna konversija uz pseidoouridīnu..

Pēc tam notiek olbaltumvielu un RNS pievienošana nukleolam. To vidū ir mazās nukleolārās RNS (ARNpn), kas piedalās ribosomu RNS atdalīšanā produktos 18S, 5.8S un 28S.

NRNS ir sekvences, kas papildina ribosomālo RNS 18S un 28S. Tāpēc tie var modificēt prekursora RNS bāzes, metilējot noteiktus reģionus un piedaloties pseidoouridīna veidošanā..

Ribosomu montāža

Ribosomu veidošanās ietver ribosomu RNS prekursora piesaisti kopā ar ribosomu proteīniem un 5S. Procesā iesaistītās olbaltumvielas tiek pārrakstītas ar RNS polimerāzi II citoplazmā, un tās jāpārvadā uz kodolu.

Ribosomu proteīni sāk saistīties ar ribosomu RNS pirms 45S ribosomu RNS atdalīšanas. Pēc atdalīšanas tiek pievienotas atlikušās ribosomu olbaltumvielas un 5S ribosomu RNS.

18S ribosomu RNS nogatavināšana notiek ātrāk. Visbeidzot, "preribosomālās daļiņas" tiek eksportētas uz citoplazmu.

Citas funkcijas

Papildus ribosomu bioģenēzei nesenie pētījumi atklāja, ka nukleols ir daudzfunkcionāla vienība..

Nukleols ir iesaistīts arī citu RNS veidu, piemēram, snRNP (proteīnu un RNS kompleksu, kas apvienojas ar pre-messenger RNS, apstrādei, lai veidotu spliceosome vai splicing kompleksu), apstrādē un nogatavināšanā, un dažiem RNS pārnesumiem. , mikroRNS un citi ribonukleoproteīna kompleksi.

Analizējot nukleolusa proteomu, ir atrastas proteīnas, kas saistītas ar pirms-ziņotāja RNS apstrādi, šūnu cikla kontroli, replikāciju un DNS remontu. Nukleolus proteīnu struktūra ir dinamiska un mainās dažādos vides apstākļos un šūnu stress.

Tāpat pastāv virkne patoloģiju, kas saistītas ar kodola nepareizu darbību. To vidū ir Diamond-Blackfan anēmija un neirodeģeneratīvi traucējumi, piemēram, Alcheimera un Hantingtona slimība..

Pacientiem ar Alcheimera slimību, salīdzinot ar veseliem pacientiem, mainās nukleola ekspresijas līmenis.

Nukleols un vēzis

Vairāk nekā 5000 pētījumu liecina par saistību starp ļaundabīgo šūnu proliferāciju un nukleolusa aktivitāti.

Dažu pētījumu mērķis ir kvantitatīvi noteikt nukleolusa proteīnus klīniskās diagnostikas nolūkos. Citiem vārdiem sakot, mēs cenšamies novērtēt vēža proliferāciju, izmantojot šos proteīnus kā marķieri, īpaši B23, nukleolīnu, UBF un RNS polimerāzes I apakšvienības..

No otras puses, ir konstatēts, ka B23 proteīns ir tieši saistīts ar vēža attīstību. Tāpat arī citas nukleolāras sastāvdaļas ir iesaistītas tādu patoloģiju attīstībā kā akūta promielelītiska leikēmija..

Nukleols un vīrusi

Ir pietiekami daudz pierādījumu, ka vīrusi, gan no augiem, gan no dzīvniekiem, vajag nukleolus proteīnus, lai panāktu replikācijas procesu. Nukleolā ir izmaiņas morfoloģijā un olbaltumvielu sastāvā, kad šūnai rodas vīrusu infekcija..

Ir konstatēts liels skaits olbaltumvielu, kas nāk no DNS un RNS sekvencēm, kas satur vīrusus un atrodas kodolā..

Vīrusiem ir dažādas stratēģijas, kas ļauj tām atrasties šajā subnuclear reģionā, piemēram, vīrusu olbaltumvielas, kas satur "signālus", kas noved pie nukleola. Šīs etiķetes ir bagātas ar arginīna un lizīna aminoskābēm.

Vīrusa atrašanās kodolā atvieglo tās replikāciju, un, šķiet, tā ir prasība tās patogenitātei..

Atsauces

1. Boisvert, F. M., van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, A. I. (2007). Daudzfunkcionālais kodols. Dabas apskats Molekulāro šūnu bioloģija, 8(7), 574-585.
2. Boulon, S., Westman, B.J., Hutten, S., Boisvert, F.-M., & Lamond, A.I. (2010). Nucleolus zem stresa. Molekulārā šūna, 40(2), 216-227.
3. Cooper, C.M. (2000). Šūna: molekulārā pieeja. 2. izdevums. Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., un Hernandez-Verdun, D. (2008). Nucleolus: aizraujoša kodolieroča. Histochemistry and Cell Biology, 129(1), 13-31.
4. Horkijs, M., Kotala, V., Anton, M., un WESIERSKA-GADEK, J. (2002). Nukleolus un apoptozi. Ņujorkas Zinātņu akadēmijas Annals, 973(1), 258-264.
5. Leung, A. K., & Lamond, A. I. (2003). Nukleola dinamika. Critical Reviews ™ Eukariotu gēnu izteiksmē, 13(1).
6. Montanaro, L., Treré, D., un Derenzini, M. (2008). Nucleolus, ribosomas un vēzis. Amerikas Patoloģijas žurnāls, 173(2), 301-310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
7. Pederson, T. (2011). Nucleolus. Aukstā pavasara ostas perspektīvas bioloģijā, 3(3), a000638.
8. Tsekrekou, M., Stratigi, K., & Chatzinikolaou, G. (2017). Nucleolus: in genoma uzturēšana un remonts. Starptautiskais zinātniskais žurnāls, 18(7), 1411. lpp.