Nucleoluskenmerken, structuur, morfologie en functies

de nucleolus is een cellulaire structuur die niet wordt begrensd door membraan, omdat het een van de meest prominente delen van de kern is. Het wordt waargenomen als een dichter gebied in de kern en is onderverdeeld in drie gebieden: dichte fibrillaire component, fibrillair centrum en de korrelige component..

Het is hoofdzakelijk verantwoordelijk voor de synthese en assemblage van ribosomen; deze structuur heeft echter ook andere functies. Meer dan 700 eiwitten zijn gevonden in de nucleolus die niet betrokken zijn bij ribosoom biogenese processen. Op dezelfde manier is de nucleolus betrokken bij de ontwikkeling van verschillende pathologieën.

De eerste onderzoeker die het gebied van de nucleus observeerde, was F. Fontana in 1781, meer dan twee eeuwen geleden. Toen, halverwege de jaren dertig, kon McClintock deze structuur observeren in zijn experimenten met Zea mays. Sindsdien hebben honderden onderzoeken zich gericht op het begrijpen van de functies en dynamiek van deze kernregio.

index

• 1 Algemene kenmerken
• 2 Structuur en morfologie
  • 2.1 Fibrillar-centra
  • 2.2 Dicht fibrillar component en korrelig component
  • 2.3 Nucleolaire organiserende regio
• 3 functies
  • 3.1 Ribosomale RNA-vormingsmachines
  • 3.2 Organisatie van ribosomen
  • 3.3 Transcriptie van ribosomaal RNA
  • 3.4 Assemblage van ribosomen
  • 3.5 Andere functies
• 4 De nucleolus en kanker
• 5 Nucleolus en virussen
• 6 Referenties

Algemene kenmerken

De nucleolus is een prominente structuur die zich binnen de kern van eukaryote cellen bevindt. Het is een "regio" in de vorm van een bol, omdat er geen type biomembraan is dat het scheidt van de rest van de nucleaire componenten.

Het kan onder de microscoop worden waargenomen als een subregio van de kern wanneer de cel zich in de interface bevindt.

Het is georganiseerd in regio's met de naam NORs (voor zijn afkorting in het Engels: chromosomale nucleolaire organisatorgebieden), waar de sequenties die coderen voor de ribosomen worden gevonden.

Deze genen bevinden zich in specifieke regio's van de chromosomen. Bij de mens zijn ze samen in de satellietregio's van de chromosomen 13, 14, 15, 21 en 22 georganiseerd.

In de nucleolus vinden de transcriptie, verwerking en assemblage van de subeenheden die de ribosomen vormen plaats.

Naast de traditionele functie is de nucleolus gerelateerd aan tumor suppressor eiwitten, regulatoren van de celcyclus en zelfs eiwitten van virussen.

De nucleolus-eiwitten zijn dynamisch en blijkbaar is hun sequentie bewaard gebleven in de loop van de evolutie. Van deze eiwitten is slechts 30% in verband gebracht met de biogenese van ribosomen.

Structuur en morfologie

De nucleolus is verdeeld in drie hoofdcomponenten, te differentiëren door middel van elektronenmicroscopie: de dichte fibrillaire component, het fibrillaire centrum en de korrelige component..

Over het algemeen is het omgeven door gecondenseerd chromatine, heterochromatine genoemd. De processen van transcriptie van ribosomaal RNA, verwerking en assemblage van ribosomale precursors komen voor in de nucleolus.

De nucleolus is een dynamisch gebied waar eiwitcomponenten kan worden bevestigd en gescheiden snel nucleoli componenten, waardoor een continue uitwisseling met de nucleoplasma (interne geleiachtige substantie kern).

Bij zoogdieren varieert de structuur van de nucleolus met de stadia van de celcyclus. In de profase wordt een disorganisatie van de nucleolus waargenomen en deze wordt aan het einde van het mitotische proces opnieuw samengesteld. De maximale activiteit van transcriptie in de nucleolus is waargenomen in de fasen S en G2.

De activiteit van RNA-polymerase I kan worden beïnvloed door verschillende fosforyleringstoestanden, waardoor de activiteit van de nucleolus tijdens de celcyclus wordt gemodificeerd. Silencing tijdens mitose vindt plaats door fosforylatie van verschillende elementen zoals SL1 en TTF-1.

Dit patroon is echter niet gebruikelijk in alle organismen. In gist is de nucleolus bijvoorbeeld aanwezig - en actief - gedurende het proces van celdeling.

Fibrillar-centra

De genen die coderen voor ribosomaal RNA bevinden zich in de fibrillaire centra. Deze centra zijn heldere gebieden omgeven door dichte fibrillaire componenten. De fibrillaire centra zijn variabel in grootte en aantal, afhankelijk van het celtype.

Een bepaald patroon is beschreven met betrekking tot de kenmerken van de fibrillaire centra. Cellen met een hoge synthese van ribosomen hebben een laag aantal fibrillaire centra, terwijl cellen met verminderde metabolismes (zoals lymfocyten) grotere fibrillaire centra hebben.

Er zijn specifieke gevallen, zoals bij neuronen met een zeer actief metabolisme, waarvan de nucleolus een gigantisch fibrillair centrum heeft, vergezeld door kleinere kleinere centra.

Dicht fibrillar component en korrelig component

De dichte fibrillaire component en de fibrillaire centra zijn ingebed in de granulaire component, waarvan de korrels een diameter hebben van 15 tot 20 nm. Het proces van transcriptie (passage van het DNA-molecuul naar RNA, beschouwd als de eerste stap van genexpressie) vindt plaats aan de grenzen van de fibrillaire centra en de dichte fibrillaire component.

De verwerking van pre-ribosomaal RNA vindt plaats in de dichte fibrillaire component en de werkwijze strekt zich uit tot de granulaire component. De transcripten accumuleren in de dichte fibrillaire component en de nucleolaire eiwitten bevinden zich ook in de dichte fibrillaire component. Het is in deze regio waar de assemblage van ribosomen plaatsvindt.

Nadat dit proces van assembleren van het ribosomale RNA met de noodzakelijke eiwitten culmineert, worden deze producten geëxporteerd naar het cytoplasma.

De granulaire component is rijk aan transcriptiefactoren (SUMO-1 en Ubc9 zijn enkele voorbeelden). Kenmerkend is de nucleolus omgeven door heterochromatine; er wordt gedacht dat dit gecompacteerde DNA een rol kan spelen bij de transcriptie van ribosomaal RNA.

Bij zoogdieren wordt het ribosomale DNA in de cellen gecompacteerd of tot zwijgen gebracht. Deze organisatie lijkt belangrijk te zijn voor de regulatie van ribosomaal DNA en voor de bescherming van genomische stabiliteit.

Nucleolaire organiserende regio

In dit gebied (NOR) zijn gegroepeerde genen (ribosomaal DNA) die coderen voor ribosomaal RNA.

De chromosomen waaruit deze regio's bestaan, zijn afhankelijk van de soort studie. Bij de mens zijn de satellietwijk acrocentics (centromeer bevindt zich nabij een uiteinde), in het bijzonder in paren 13, 14, 15, 21 en 22.

De eenheden van DNA-ribosomen bestaan ​​uit de getranscribeerde sequentie en een externe spacer die nodig is voor transcriptie door RNA-polymerase I.

In promoters voor ribosomaal DNA zijn twee elementen te onderscheiden: een centraal element en een element stroomopwaarts gelegen (stroomopwaarts)

functies

Ribosomale RNA-vormingsmachines

De nucleolus kan worden beschouwd als een fabriek met alle noodzakelijke componenten voor de biosynthese van de precursors van de ribosomen..

Ribosomaal of ribosomaal RNA (ribosomaal zuur), gewoonlijk afgekort als rRNA, is een component van ribosomen en neemt deel aan de synthese van eiwitten. Deze component is van vitaal belang voor alle geslachten van levende wezens.

Ribosomaal RNA is geassocieerd met andere componenten van een eiwitaard. Deze unie resulteert in ribosomale presubunities. De classificatie van ribosomaal RNA wordt meestal gegeven met een "S" -letter, die de Svedberg-eenheden of sedimentatiecoëfficiënt aangeeft.

Organisatie van ribosomen

Ribosomen bestaan ​​uit twee subeenheden: de grotere of grotere en de kleinere of kleinere. 

Het ribosomale RNA van prokaryoten en eukaryoten is differentieerbaar. In prokaryoten de grote subeenheid bestaat uit 50S en 5S ribosomale RNA en 23S, ook de kleine subeenheid 30S en uitsluitend bestaat uit 16S ribosomaal RNA.

Daarentegen is de belangrijkste subeenheid (60S) samengesteld uit ribosomaal RNA 5S, 5.8S en 28S. De kleine subeenheid (40S) is uitsluitend samengesteld uit 18S ribosomaal RNA.

De genen die coderen voor ribosomale RNA's 5.8S, 18S en 28S worden gevonden in de nucleolus. Deze ribosomale RNA's worden getranscribeerd als een enkele eenheid binnen de nucleolus door RNA polymerase I. Dit proces resulteert in een voorloper van 45S RNA.

Genoemde voorloper ribosomaal RNA (45S on) worden gesplitst in zijn bestanddelen 18S, behoren tot de kleine subeenheid (40S) en 5,8S en 28S van de grote subeenheid (60S).

Het ontbrekende ribosomale RNA, 5S, wordt gesynthetiseerd buiten de nucleolus; in tegenstelling tot zijn homologen wordt het proces gekatalyseerd door RNA-polymerase III.

Transcriptie van ribosomaal RNA

Een cel heeft een groot aantal ribosomale RNA-moleculen nodig. Er zijn meerdere kopieën van de genen die coderen voor dit type RNA om aan deze hoge eisen te voldoen.

Volgens de gegevens gevonden in het menselijk genoom zijn er bijvoorbeeld 200 kopieën voor ribosomaal RNA 5.8S, 18S en 28S. Voor het ribosomale RNA 5S zijn er 2000 exemplaren.

Het proces begint met het 45S ribosomale RNA. Het begint met het verwijderen van de spacer nabij het 5'-uiteinde. Wanneer het transcriptieproces is voltooid, wordt de overblijvende afstandhouder aan het 3'-uiteinde verwijderd. Na daaropvolgende eliminaties wordt volwassen ribosomaal RNA verkregen.

Bovendien vereist de verwerking van ribosomaal RNA een reeks belangrijke modificaties in de basen ervan, zoals methyleringswerkwijzen en de omzetting van uridine in pseudouridine..

Vervolgens vindt de toevoeging van eiwitten en RNA's in de nucleolus plaats. Hieronder bevinden zich de kleine nucleolaire RNA's (ARNpn), die deelnemen aan de scheiding van de ribosomale RNA's in de producten 18S, 5.8S en 28S.

De nRNA's bezitten sequenties die complementair zijn aan ribosomaal RNA 18S en 28S. Daarom kunnen ze de basen van het precursor-RNA modificeren, bepaalde regio's methyleren en deelnemen aan de vorming van pseudouridine..

Assemblage van ribosomen

De vorming van ribosomen omvat de binding van de ribosomale RNA-precursor, samen met ribosomale eiwitten en 5S. De eiwitten die bij het proces zijn betrokken, worden door RNA-polymerase II in het cytoplasma getranscribeerd en moeten naar de nucleolus worden getransporteerd..

Ribosomale eiwitten beginnen te associëren met ribosomale RNA's voordat de scheiding van 45S ribosomaal RNA optreedt. Na scheiding worden de overblijvende ribosomale eiwitten en 5S ribosomaal RNA toegevoegd.

De rijping van 18S ribosomaal RNA gebeurt sneller. Ten slotte worden de "preribosomale deeltjes" naar het cytoplasma geëxporteerd.

Andere functies

Naast de biogenese van ribosomen, heeft recent onderzoek aangetoond dat de nucleolus een multifunctionele entiteit is.

De nucleolus is ook betrokken bij de verwerking en rijping van andere soorten RNA, zoals snRNP's (eiwit- en RNA-complexen die combineren met pre-messenger-RNA om het spliceosoom of splitsingcomplex te vormen) en bepaalde RNA-overdrachten. , microRNA en andere ribonucleoproteïnecomplexen.

Door de analyse van het nucleolusproteoom zijn eiwitten gevonden die geassocieerd zijn met pre-messenger RNA-verwerking, celcycluscontrole, replicatie en DNA-reparatie. De samenstelling van nucleolus-eiwitten is dynamisch en verandert onder verschillende omgevingscondities en cellulaire stress.

Ook is er een reeks pathologieën verbonden met het incorrect functioneren van de nucleolus. Hiertoe behoren Diamond-Blackfan-anemie en neurodegeneratieve aandoeningen zoals de ziekte van Alzheimer en de ziekte van Huntington..

Bij patiënten met de ziekte van Alzheimer is er een verandering in de niveaus van expressie van de nucleolus, vergeleken met gezonde patiënten.

De nucleolus en kanker

Meer dan 5000 studies hebben de relatie aangetoond tussen kwaadaardige proliferatie van cellen en de activiteit van de nucleolus.

Het doel van enig onderzoek is om de nucleolus-eiwitten te kwantificeren voor klinische diagnostische doeleinden. Met andere woorden, we proberen de proliferatie van kanker te evalueren met behulp van deze eiwitten als een marker, specifiek B23, nucleoline, UBF en subeenheden van RNA polymerase I.

Aan de andere kant is gevonden dat B23-eiwit direct gerelateerd is aan de ontwikkeling van kanker. Evenzo zijn andere nucleolaire componenten betrokken bij de ontwikkeling van pathologieën zoals acute promyelocytische leukemie.

De nucleolus en virussen

Er is voldoende bewijs om te bevestigen dat virussen, zowel van planten als van dieren, de nucleolus-eiwitten nodig hebben om het replicatieproces te bereiken. Er zijn veranderingen in de nucleolus, in termen van zijn morfologie en zijn eiwitsamenstelling, wanneer de cel een virale infectie ervaart.

Er is een groot aantal eiwitten gevonden die afkomstig zijn van DNA- en RNA-sequenties die virussen bevatten en zich in de nucleolus bevinden.

Virussen hebben verschillende strategieën die hen in staat stellen om zich in deze subnucleaire regio te bevinden, zoals virale eiwitten die "signalen" bevatten die naar de nucleolus leiden. Deze labels zijn rijk aan de aminozuren arginine en lysine.

De locatie van het virus in de nucleolus vergemakkelijkt de replicatie ervan en bovendien lijkt het een vereiste te zijn voor de pathogeniteit ervan.

referenties

1. Boisvert, F.M., van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, A.I. (2007). De multifunctionele nucleolus. Natuur beoordelingen Moleculaire celbiologie, 8(7), 574-585.
2. Boulon, S., Westman, B.J., Hutten, S., Boisvert, F.-M., & Lamond, A.I. (2010). De Nucleolus onder stress. Moleculaire cel, 40(2), 216-227.
3. Cooper, C.M. (2000). The Cell: A Molecular Approach. 2e editie. Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Nucleolus: het fascinerende kernlichaam. Histochemie en celbiologie, 129(1), 13-31.
4. Horky, M., Kotala, V., Anton, M., & WESIERSKA-GADEK, J. (2002). Nucleolus en apoptose. Annalen van de New York Academy of Sciences, 973(1), 258-264.
5. Leung, A.K., & Lamond, A.I. (2003). De dynamiek van de nucleolus. Critical Reviews ™ in Eukaryotic Gene Expression, 13(1).
6. Montanaro, L., Treré, D., & Derenzini, M. (2008). Nucleolus, ribosomen en kanker. The American Journal of Pathology, 173(2), 301-310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
7. Pederson, T. (2011). De Nucleolus. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 3(3), a000638.
8. Tsekrekou, M., Stratigi, K., & Chatzinikolaou, G. (2017). The Nucleolus: In Genome onderhoud en reparatie. International Journal of Molecular Sciences, 18(7), 1411.