Nucleolus charakteristikos, struktūra, morfologija ir funkcijos



The branduolys yra ląstelių struktūra, neapribota membrana, kuri yra viena iš ryškiausių branduolio sričių. Jis pastebimas kaip tankesnis regionas branduolyje ir yra suskirstytas į tris sritis: tankus fibrillinis komponentas, fibrilinis centras ir granuliuotas komponentas..

Jis daugiausia atsakingas už ribosomų sintezę ir surinkimą; tačiau ši struktūra taip pat turi ir kitas funkcijas. Branduolyje aptikta daugiau kaip 700 baltymų, kurie nėra susiję su ribosomų biogenezės procesais. Tuo pačiu būdu, branduolys dalyvauja kuriant skirtingas patologijas.

Pirmasis tyrėjas, stebėjęs branduolio plotą, buvo F. Fontana 1781 m., Daugiau nei prieš du šimtmečius. Tada, 1930 m. Viduryje, McClintock galėjo stebėti šią struktūrą savo eksperimentuose Zea mays. Nuo to laiko šimtai tyrimų sutelkė dėmesį į šio pagrindinio regiono funkcijų ir dinamikos supratimą.

Indeksas

  • 1 Bendrosios charakteristikos
  • 2 Struktūra ir morfologija
    • 2.1 Fibriliniai centrai
    • 2.2 Tankus fibrillinis komponentas ir granuliuotas komponentas
    • 2.3 Nucleolar organizacinis regionas
  • 3 Funkcijos
    • 3.1 Ribosominės RNR formavimo mašinos
    • 3.2 Ribosomų organizavimas
    • 3.3 Ribosominės RNR transkripcija
    • 3.4 Ribosomų surinkimas
    • 3.5 Kitos funkcijos
  • 4 Branduolys ir vėžys
  • 5 Nukleolus ir virusai
  • 6 Nuorodos

Bendrosios charakteristikos

Branduolys yra svarbi struktūra, esanti eukariotinių ląstelių branduolyje. Tai "sfera" sferos pavidalu, nes nėra jokio tipo biomasės, kuri ją atskirtų nuo kitų branduolinių komponentų..

Ją galima stebėti mikroskopu kaip branduolio subregioną, kai ląstelė yra sąsajoje.

Jis yra organizuojamas regionuose, vadinamuose NOR (jos akronimas anglų kalba: chromosomų branduolių organizatorių regionai), kur randamos sekos, koduojančios ribosomas.

Šie genai yra specifiniuose chromosomų regionuose. Žmonėse jie organizuojami 13, 14, 15, 21 ir 22 chromosomų palydoviniuose regionuose.

Nukleolėje atsiranda ribosomų sudarančių subvienetų transkripcija, apdorojimas ir surinkimas.

Be savo tradicinės funkcijos, branduolys yra susijęs su naviko slopinančiais proteinais, ląstelių ciklo reguliatoriais ir netgi virusais..

Nukleolų baltymai yra dinamiški ir, matyt, jų seka buvo išsaugota evoliucijos metu. Iš šių baltymų tik 30% buvo susiję su ribosomų biogeneze.

Struktūra ir morfologija

Branduolys yra suskirstytas į tris pagrindines sudedamąsias dalis, diferencijuojamas elektronų mikroskopu: tankus fibrillinis komponentas, fibrilinis centras ir granuliuotas komponentas..

Paprastai jį supa kondensuotas chromatinas, vadinamas heterochromatinu. Ribosominės RNR transkripcijos procesai, ribosomų pirmtakų apdorojimas ir surinkimas vyksta branduolyje..

Nukleolis yra dinamiškas regionas, kuriame baltymai, kuriuos komponentai gali susieti ir greitai atskirti nuo nukleolinių komponentų, sukuria nuolatinį keitimąsi su nukleoplazmu (vidine želatine branduolio medžiaga)..

Žinduolių branduolio struktūra skiriasi priklausomai nuo ląstelių ciklo etapų. Propazėje stebimas branduolio disorganizavimas ir jis vėl sumontuojamas mitotinio proceso pabaigoje. Didžiausias transkripcijos aktyvumas nukleolėje pastebėtas S ir G2 fazėse.

RNR polimerazės I aktyvumą gali paveikti įvairios fosforilinimo būsenos, tokiu būdu modifikuojant nukleolio aktyvumą ląstelių ciklo metu. Triukšmo slopinimas mitozės metu atsiranda dėl įvairių elementų, tokių kaip SL1 ir TTF-1, fosforilinimo.

Tačiau šis modelis nėra dažnas visuose organizmuose. Pavyzdžiui, mielėse branduolys yra - ir aktyvus - per ląstelių dalijimosi procesą.

Fibriliariniai centrai

Genos, koduojančios ribosomų RNR, yra fibrilinių centrų centre. Šie centrai yra aiškūs regionai, apsupti tankių fibrillinių komponentų. Fibriliniai centrai priklauso nuo dydžio ir skaičiaus, priklausomai nuo ląstelių tipo.

Buvo aprašytas tam tikras modelis, atsižvelgiant į fibrilinių centrų charakteristikas. Ląstelės, turinčios didelę ribosomų sintezę, turi mažą fibrillinių centrų skaičių, o ląstelės, kurių metabolizmas yra sumažintas (pvz., Limfocitai), turi didesnius fibrillinius centrus..

Yra specifinių atvejų, kaip ir labai aktyvaus metabolizmo neuronuose, kurių branduolys turi milžinišką fibrillaro centrą, kurį lydi mažesni mažesni centrai..

Tankus fibrillinis komponentas ir granuliuotas komponentas

Tankus fibrillinis komponentas ir fibriliniai centrai yra įterpti į granuliuotą komponentą, kurio granulių skersmuo yra 15-20 nm. Transkripcijos procesas (DNR molekulės patekimas į RNR, laikomas pirmuoju geno ekspresijos etapu) vyksta fibrillinių centrų ir tankaus fibrillaro komponento ribose..

Pre-ribosominės RNR apdorojimas vyksta tankiame fibrilliniame komponente ir procesas tęsiasi iki granuliuoto komponento. Transkriptai kaupiasi tankiame fibrilliniame komponente, o nukleoliniai baltymai taip pat yra tankiame fibrilliniame komponente. Būtent šiame regione vyksta ribosomų surinkimas.

Po šio ribosominės RNR surinkimo proceso su reikiamais proteinais, šie produktai yra eksportuojami į citoplazmą.

Granuliuotas komponentas turi daug transkripcijos faktorių (SUMO-1 ir Ubc9 yra keletas pavyzdžių). Paprastai branduolį supa heterochromatinas; manoma, kad ši suspausta DNR gali turėti reikšmę ribosominės RNR transkripcijai.

Žinduolių ląstelių ribosominė DNR yra suspausta arba nutildyta. Atrodo, kad ši organizacija yra svarbi ribosominės DNR reguliavimui ir genomo stabilumo apsaugai.

Nucleolar organizacinis regionas

Šiame regione (NOR) yra grupuoti genai (ribosominė DNR), kurie koduoja ribosominę RNR.

Šiuos regionus sudarančios chromosomos skiriasi priklausomai nuo tyrimo rūšies. Žmonėms jie randami akrentrinių chromosomų palydovų regionuose (centromeras yra netoli vieno iš galų), konkrečiai 13, 14, 15, 21 ir 22 porose..

DNR ribosomų vienetai susideda iš transkribuotos sekos ir išorinio tarpinio, reikalingo transkripcijai pagal RNR polimerazę I.

Ribosominės DNR promotoriuose galima išskirti du elementus: centrinį elementą ir elementą, esantį prieš srovę (prieš srovę)

Funkcijos

Ribosominės RNR formavimo mašinos

Branduolį galima laikyti fabriku, turinčiu visus reikalingus komponentus ribosomų pirmtakų biosintezei..

Ribosominė arba ribosominė RNR (ribosominė rūgštis), paprastai sutrumpinta kaip rRNR, yra ribosomų komponentas ir dalyvauja baltymų sintezėje. Šis komponentas yra gyvybiškai svarbus visoms gyvų būtybių linijoms.

Ribosominė RNR yra susijusi su kitais baltymų pobūdžio komponentais. Ši sąjunga lemia ribosomines prielaidas. Ribosomų RNR klasifikacija paprastai pateikiama su „S“ raidėmis, nurodančiomis Svedbergo vienetus arba sedimentacijos koeficientą.

Ribosomų organizavimas

Ribosomas sudaro du vienetai: didesni arba didesni ir mažesni arba mažesni. 

Prokariotų ir eukariotų ribosominė RNR yra diferencijuojama. Prokariotuose didelis subvienetas yra 50S ir susideda iš ribosominės RNR 5S ir 23S, taip pat mažas subvienetas yra 30S ir yra sudarytas tik iš 16S ribosominės RNR.

Priešingai, pagrindinis subvienetas (60S) susideda iš ribosominės RNR 5S, 5.8S ir 28S. Mažas subvienetas (40S) susideda tik iš 18S ribosomų RNR.

Genos, koduojančios ribosomines RNR 5.8S, 18S ir 28S, randamos branduolyje. Šios ribosomų RNR yra transkribuojamos kaip vienas vienetas per nukleino ląstelę RNR polimeraze I. Šis procesas sukelia 45S RNR pirmtaką..

Minėtas ribosomų RNR prekursorius (45S) turi būti pašalintas jo 18S komponentuose, priklausančiuose mažo subvieneto (60S) mažam subvienetui (40S) ir 5.8S ir 28S..

Trūksta ribosominės RNR, 5S, yra sintezuojama už branduolio ribų; skirtingai nuo homologų, procesą katalizuoja III RNR polimerazė.

Ribosominės RNR transkripcija

Ląstelei reikia daug ribosomų RNR molekulių. Yra keletas genų, koduojančių šio tipo RNR, kad atitiktų šiuos aukštus reikalavimus.

Pavyzdžiui, remiantis duomenimis, gautais žmogaus genome, yra 200 kopijų ribosominei RNR 5.8S, 18S ir 28S. Ribosominės RNR 5S yra 2000 kopijų.

Procesas prasideda nuo 45S ribosominės RNR. Jis prasideda nuo tarpiklio pašalinimo netoli 5 'galo. Baigus transkripcijos procesą, likęs tarpas, esantis 3 'gale, pašalinamas. Po vėlesnių eliminacijų gaunama subrendusi ribosominė RNR.

Be to, ribosomų RNR apdorojimui reikia daug svarbių modifikacijų savo bazėse, pavyzdžiui, metilinimo procesuose ir uridino konversijoje į pseudouridiną..

Vėliau atsiranda baltymų ir RNR, esančių branduolyje. Tarp jų yra mažos nukleolinės RNR (ARNpn), kurios dalyvauja ribosomų RNR atskyrime 18S, 5.8S ir 28S produktuose..

NRNR turi sekas, papildančias ribosominę RNR 18S ir 28S. Todėl jie gali modifikuoti pirmtako RNR bazes, metiluodami tam tikrus regionus ir dalyvaudami pseudouridino formavime..

Ribosomų surinkimas

Ribosomų susidarymas apima ribosomų RNR pirmtako, kartu su ribosominių baltymų ir 5S, prisijungimą. Procese dalyvaujantys baltymai citoplazmoje transkribuojami II RNR polimeraze ir turi būti transportuojami į branduolį.

Ribosominiai baltymai pradeda susieti su ribosominėmis RNR prieš 45S ribosomos RNR atskyrimą. Po atskyrimo pridedamos likusios ribosomos baltymai ir 5S ribosomos RNR.

18S ribosomų RNR brandinimas vyksta greičiau. Galiausiai "preribosominės dalelės" yra eksportuojamos į citoplazmą.

Kitos funkcijos

Be ribosomų biogenezės, naujausi tyrimai parodė, kad branduolys yra daugiafunkcinis vienetas..

Branduolys taip pat dalyvauja kitų tipų RNR, pavyzdžiui, snRNP (baltymų ir RNR kompleksų, kurie sujungia su pre-messenger RNR, kad sukurtų spliceosome arba splaisavimo kompleksą) ir tam tikrų RNR perdavimų apdorojimui ir brandinimui. , mikroRNR ir kiti ribonukleoproteinų kompleksai.

Analizuojant nukleoluso proteomą, rasta baltymų, susijusių su pre-messenger RNR apdorojimu, ląstelių ciklo kontroliu, replikacija ir DNR taisymu. Nukleolinių baltymų sudėtis yra dinamiška ir kinta skirtingomis aplinkos sąlygomis ir ląstelių įtaka.

Be to, yra daugybė patologijų, susijusių su neteisingu branduolio veikimu. Tarp jų yra Diamond-Blackfan anemija ir neurodegeneraciniai sutrikimai, tokie kaip Alzheimerio ir Huntingtono liga..

Pacientams, sergantiems Alzheimerio liga, pasikeičia branduolio ekspresijos lygis, palyginti su sveikais pacientais.

Branduolys ir vėžys

Daugiau kaip 5000 tyrimų parodė ryšį tarp piktybinių ląstelių proliferacijos ir branduolio aktyvumo.

Kai kurių tyrimų tikslas - kiekybiškai nustatyti nukleolinių baltymų kiekį klinikinės diagnostikos tikslais. Kitaip tariant, mes siekiame įvertinti vėžio proliferaciją, naudojant šiuos baltymus kaip žymeklį, konkrečiai B23, nukleoliną, UBF ir RNR polimerazės I subvienetus..

Kita vertus, nustatyta, kad B23 baltymas yra tiesiogiai susijęs su vėžio vystymusi. Panašiai ir kiti nukleoliniai komponentai yra susiję su patologijų, pvz., Ūminės promielocitinės leukemijos, kūrimu..

Branduolys ir virusai

Yra pakankamai įrodymų, kad virusai, tiek iš augalų, tiek iš gyvūnų, turi turėti nukleolinių baltymų, kad būtų pasiektas replikacijos procesas. Branduolyje yra pokyčių, atsižvelgiant į jo morfologiją ir baltymų sudėtį, kai ląstelė patiria virusinę infekciją..

Nustatyta daug baltymų, gautų iš DNR ir RNR sekų, turinčių virusų ir yra nuklidoje..

Virusai turi skirtingas strategijas, leidžiančias jas įsitvirtinti šiame subnuclear regione, pavyzdžiui, virusų baltymuose, kuriuose yra "signalų", kurie veda į branduolį. Šios etiketės yra gausios amino rūgščių arginino ir lizino.

Viruso buvimas branduolyje palengvina jo replikaciją ir, be to, atrodo, kad jis yra patogeninio poveikio reikalavimas..

Nuorodos

  1. Boisvert, F. M., van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, A. I. (2007). Daugiafunkcinis branduolys. Gamtos apžvalgos Molekulinės ląstelės biologija, 8(7), 574-585.
  2. Boulon, S., Westman, B.J., Hutten, S., Boisvert, F.-M., & Lamond, A.I. (2010). Nucleolus pagal stresą. Molekulinė ląstelė, 40(2), 216-227.
  3. Cooper, C.M. (2000). Ląstelė: molekulinis metodas. 2-asis leidimas. „Sinauer Associates“. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., ir Hernandez-Verdun, D. (2008). Nucleolus: įdomi branduolinė institucija. Histochemija ir ląstelių biologija, 129(1), 13-31.
  4. Horkis, M., Kotala, V., Anton, M. ir WESIERSKA-GADEK, J. (2002). Nukleolus ir apoptozė. Niujorko mokslų akademijos Annals, 973(1), 258-264.
  5. Leung, A. K., ir Lamond, A. I. (2003). Branduolio dinamika. Kritinės apžvalgos „Eukaryotic Gene Expression“, 13(1).
  6. Montanaro, L., Treré, D., & Derenzini, M. (2008). Nukleolus, ribosomas ir vėžį. Amerikos patologijos žurnalas, 173(2), 301-310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
  7. Pederson, T. (2011). Nucleolus. Cold Spring Harbor perspektyvos biologijoje, 3(3), a000638.
  8. Tsekrekou, M., Stratigi, K., & Chatzinikolaou, G. (2017). Nucleolus: genomo priežiūra ir remontas. Tarptautinis mokslų žurnalas, 18(7), 1411.