NUCLEOLUS: EGENSKAPER, STRUKTUR, MORFOLOGI OCH FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

Den kärnsystemet är en cellstruktur som inte avgränsas av ett membran, som är ett av de mest framstående områden i kärnan. Det observeras som en tätare region i kärnan och är uppdelad i tre regioner: tät fibrillarkomponent, fibrillarcentrum och granulär komponent.

Det är huvudsakligen ansvarigt för syntes och sammansättning av ribosomer; denna struktur har emellertid också andra funktioner. Mer än 700 proteiner har hittats i kärnan som inte är involverade i ribosombiogenesprocesser. På samma sätt är kärnan involverad i utvecklingen av olika patologier.

Den första forskaren som observerade nukleoluszonen var F. Fontana 1781, mer än två århundraden sedan. Sedan i mitten av 1930-talet kunde McClintock observera en sådan struktur i sina experiment med Zea mays. Sedan dess har hundratals undersökningar fokuserat på att förstå funktionerna och dynamiken i denna region i kärnan.

Generella egenskaper

Kärnan är en framträdande struktur belägen i kärnan i eukaryota celler. Det är en "region" i form av en sfär, eftersom det inte finns någon typ av biomembran som skiljer det från resten av kärnkraftskomponenterna.

Det kan ses under mikroskopet som en subregion av kärnan när cellen är vid gränssnittet.

Det är organiserat i regioner som kallas NORs (för dess förkortning på engelska: kromosomala nukleolära organisatorregioner), var är sekvenserna som kodar ribosomer.

Dessa gener finns i specifika regioner i kromosomerna. Hos människor är de organiserade i tandem i satellitregionerna i kromosomerna 13, 14, 15, 21 och 22.

I kärnan inträffar transkription, bearbetning och montering av underenheterna som utgör ribosomerna.

Förutom sin traditionella funktion är kärnan relaterad till tumörsuppressorproteiner, cellcykelregulatorer och till och med proteiner från virus.

Nucleolus-proteiner är dynamiska och deras sekvens verkar ha bevarats under hela utvecklingen. Av dessa proteiner har endast 30% associerats med ribosombiogenes.

Struktur och morfologi

Kärnan är uppdelad i tre huvudkomponenter, som kan skiljas genom elektronmikroskopi: den täta fibrillarkomponenten, fibrillärcentret och den granulära komponenten.

I allmänhet omges det av kondenserad kromatin, kallad heterokromatin. I nucleolus sker processerna för transkription av ribosomalt RNA, bearbetning och montering av ribosomala prekursorer.

Kärnan är en dynamisk region där proteinerna som komponenterna kan associeras med och separeras snabbt från de nukleolära komponenterna, vilket skapar ett kontinuerligt utbyte med nukleoplasma (gelatinös substans inuti kärnan).

Hos däggdjur varierar strukturen hos kärnan med stadierna i cellcykeln. I profas observeras en desorganisering av kärnan och den återmonteras i slutet av den mitotiska processen. Maximal transkriptionell aktivitet i kärnan har observerats i S- och G2-faserna.

Aktiviteten av RNA-polymeras I kan påverkas av olika tillstånd av fosforylering, vilket således modifierar aktiviteten hos kärnan under cellcykeln. Tystnad under mitos uppstår på grund av fosforylering av olika element såsom SL1 och TTF-1.

Men detta mönster är inte vanligt i alla organismer. I jäst är till exempel kärnan närvarande - och aktiv - under hela celldelningen.

Fibrillary centra

Generna som kodar för ribosomalt RNA finns i fibrillärcentrumen. Dessa centra är tydliga regioner omgivna av täta fibrillarkomponenter. Fibrillcentrumen varierar i storlek och antal, beroende på celltypen.

Ett visst mönster har beskrivits med avseende på egenskaperna hos fibrillärcentrumen. Celler med hög ribosomsyntes har ett lågt antal fibrillarcentrum, medan celler med reducerad metabolism (såsom lymfocyter) har större fibrillarcentrum.

Det finns specifika fall, som i neuroner med en mycket aktiv metabolism, vars nukleolus har ett gigantiskt fibrillarcentrum, åtföljt av mindre mindre centra.

Tät fibrillkomponent och granulär komponent

Den täta fibrillärkomponenten och fibrillärcentrumen är inbäddade i den granulära komponenten, vars granuler har en diameter av 15 till 20 nm. Transkriptionsprocessen (passage av DNA-molekylen till RNA, betraktad som det första steget av genuttryck) sker vid gränserna för fibrillärcentrumen och i den täta fibrillarkomponenten.

Bearbetning av ribosomalt pre-RNA sker i den täta fibrillarkomponenten och processen sträcker sig till den granulära komponenten. Avskrifterna ackumuleras i den täta fibrillarkomponenten och nukleolära proteiner är också belägna i den täta fibrillarkomponenten. Det är i detta område där sammansättningen av ribosomer sker.

Efter att denna monteringsprocess av ribosomalt RNA med nödvändiga proteiner har avslutats, exporteras dessa produkter till cytoplasman.

Den granulära komponenten är rik på transkriptionsfaktorer (SUMO-1 och Ubc9 är några exempel). Typiskt omges kärnan av heterokromatin; Detta komprimerade DNA tros spela en roll i ribosomal RNA-transkription.

Hos däggdjur komprimeras eller tystas ribosomalt DNA i celler. Denna organisation verkar vara viktig för reglering av ribosomalt DNA och för skyddet av genomisk stabilitet.

Nucleolar organiserande region

I denna region (NOR) grupperas generna (ribosomalt DNA) som kodar för ribosomalt RNA.

Kromosomerna som utgör dessa regioner varierar beroende på arten som studeras. Hos människor finns de i satellitregionerna i de akrocentra kromosomerna (centromeren ligger nära en av ändarna), särskilt i par 13, 14, 15, 21 och 22.

Ribosom-DNA-enheterna består av den transkriberade sekvensen och ett externt distansorgan som är nödvändigt för transkription med RNA-polymeras I.

I promotorer för ribosomalt DNA kan två element skiljas: ett centralt och ett element beläget uppströms (uppströms)

Funktioner

Ribosomal RNA Forming Machinery

Kärnan kan betraktas som en fabrik med alla komponenter som är nödvändiga för biosyntes av ribosomförstadier.

Ribosomalt eller ribosomalt RNA (ribonukleinsyra), ofta förkortat som rRNA, är en komponent av ribosomer och deltar i syntesen av proteiner. Denna komponent är avgörande för alla släktingar av levande varelser.

Ribosomalt RNA associerar med andra komponenter av proteinart. Denna bindning resulterar i ribosomala förutsättningar. Klassificeringen av ribosomalt RNA ges generellt åtföljt av en bokstav "S", som indikerar Svedbergsenheterna eller sedimentationskoefficienten.

Organisering av ribosomer

Ribosomer består av två underenheter: större eller stora och små eller mindre.

Det ribosomala RNA för prokaryoter och eukaryoter är differentierbart. I prokaryoter är den stora underenheten 50S och består av 5S och 23S ribosomala RNA, likaledes är den lilla underenheten 30S och består endast av 16S ribosomal RNA.

Däremot består huvudsubenheten (60S) av 5S, 5,8S och 28S ribosomala RNA. Den lilla underenheten (40S) består uteslutande av 18S ribosomalt RNA.

I kärnan finns generna som kodar för ribosomala RNA 5,8S, 18S och 28S. Dessa ribosomala RNA transkriberas som en enda enhet i kärnan av RNA-polymeras I. Denna process resulterar i en 45S RNA-föregångare.

Nämnda ribosomala RNA-föregångare (45S) måste klyvas i sina 18S-komponenter, som tillhör den lilla underenheten (40S) och till 5,8S och 28S i den stora underenheten (60S).

Det saknade ribosomala RNA, 5S, syntetiseras utanför kärnan; Till skillnad från dess motsvarigheter katalyseras processen av RNA-polymeras III.

Ribosomal RNA-transkription

En cell behöver ett stort antal ribosomala RNA-molekyler. Det finns flera kopior av generna som kodar för denna typ av RNA för att uppfylla dessa höga krav.

Till exempel, baserat på data som finns i det mänskliga genomet, finns det 200 kopior för 5,8S, 18S och 28S ribosomala RNA. För 5S ribosomalt RNA finns det 2000 kopior.

Processen börjar med 45S ribosomalt RNA. Det börjar med att ta bort distansen nära 5'-änden. När transkriptionsprocessen är klar avlägsnas den återstående distansen placerad vid 3'-änden. Efter efterföljande deletioner erhålls det mogna ribosomala RNA.

Vidare kräver behandlingen av ribosomalt RNA en serie viktiga modifikationer i dess baser, såsom processer för metylering och omvandling av uridin till pseudouridin.

Därefter inträffar tillsatsen av proteiner och RNA lokaliserade i kärnan. Bland dessa är de små nukleolära RNA: erna (pRNA), som deltar i separationen av ribosomala RNA i 18S-, 5.8S- och 28S-produkterna.

PRNA: er har sekvenser komplementära till 18S och 28S ribosomala RNA. Därför kan de modifiera baserna i prekursor-RNA, metylera vissa regioner och delta i bildandet av pseudouridin.

Ribosommontering

Bildningen av ribosomer involverar bindningen av det moderna ribosomala RNA, tillsammans med ribosomala proteiner och 5S. Proteinerna som är involverade i processen transkriberas av RNA-polymeras II i cytoplasma och måste transporteras till kärnan.

Ribosomala proteiner börjar associeras med ribosomala RNA innan klyvning av 45S ribosomalt RNA inträffar. Efter separering tillsätts de återstående ribosomala proteinerna och 5S ribosomalt RNA.

18S ribosomal RNA-mognad sker snabbare. Slutligen exporteras de "preribosomala partiklarna" till cytoplasma.

Andra funktioner

Utöver biogenes av ribosomer har nyare forskning funnit att kärnan är en multifunktionell enhet.

Kärnan är också involverad i bearbetning och mognad av andra typer av RNA, såsom snRNP: er (protein- och RNA-komplex som kombineras med pre-messenger-RNA för att bilda spliceosomen eller skarvkomplexet) och vissa överförings-RNA. , mikroRNA och andra ribonukleoproteinkomplex.

Genom analys av nukleolproteomet har proteiner associerade med pre-messenger RNA-behandling, cellcykelkontroll, DNA-replikering och reparation hittats. Proteinkonstitutionen för kärnan är dynamisk och förändras under olika miljöförhållanden och cellstress.

På samma sätt finns det en serie patologier associerade med felaktig funktion av kärnan. Dessa inkluderar Diamond - Blackfan-anemi och neurodegenerativa störningar såsom Alzheimers och Huntingtons sjukdom.

Hos Alzheimers patienter sker en förändring i uttryckningsnivåerna i kärnan jämfört med friska patienter.

Kärnan och cancer

Mer än 5000 studier har visat sambandet mellan malig cellproliferation och kärnaktivitet.

Målet med vissa undersökningar är att kvantifiera nukleolusproteiner för kliniska diagnostiska syften. Med andra ord är syftet att bedöma cancerproliferation med användning av dessa proteiner som en markör, specifikt B23, nukleolin, UBF och RNA-polymeras I-subenheter.

Å andra sidan har det visat sig att B23-proteinet är direkt relaterat till utvecklingen av cancer. På liknande sätt är andra nukleolära komponenter involverade i utvecklingen av patologier såsom akut promyelocytisk leukemi.

Kärnan och virusen

Det finns tillräckligt med bevis för att virus, både från växter och djur, behöver kärnproteiner för att uppnå replikationsprocessen. Det finns förändringar i kärnan, i termer av dess morfologi och proteinsammansättning, när cellen får en virusinfektion.

Ett betydande antal proteiner har hittats som kommer från DNA- och RNA-sekvenser som innehåller virus och är belägna i kärnan.

Virus har olika strategier som gör det möjligt för dem att lokalisera i denna subnukleära region, till exempel virala proteiner som innehåller "signaler" som leder dem till kärnan. Dessa taggar är rika på aminosyrorna arginin och lysin.

Läget för virus i kärnan underlättar deras replikering och dessutom verkar det vara ett krav för deras patogenicitet.

referenser

1. Boisvert, FM, van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, AI (2007). Den multifunktionella kärnan. Naturen granskar molekylär cellbiologi, 8 (7), 574–585.
2. Boulon, S., Westman, BJ, Hutten, S., Boisvert, F.-M., & Lamond, AI (2010). Nucleolus under stress. Molecular Cell, 40 (2), 216–227.
3. Cooper, CM (2000). The Cell: A Molecular Approach. 2: a upplagan. Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Nucleolus: den fascinerande kärnkraftsorganen. Histokemi och cellbiologi, 129 (1), 13–31.
4. Horký, M., Kotala, V., Anton, M., & WESIERSKA - GADEK, J. (2002). Nucleolus och apoptos. Annaler från New York Academy of Sciences, 973 (1), 258-264.
5. Leung, AK, & Lamond, AI (2003). Kärnans dynamik. Critical Reviews ™ in Eukaryotic Gen Expression, 13 (1).
6. Montanaro, L., Treré, D., & Derenzini, M. (2008). Nucleolus, ribosomer och cancer. The American Journal of Pathology, 173 (2), 301–310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
7. Pederson, T. (2011). Nucleolus. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 3 (3), a000638.
8. Tsekrekou, M., Stratigi, K., & Chatzinikolaou, G. (2017). Nucleolus: Genom underhåll och reparation. International Journal of Molecular Sciences, 18 (7), 1411.