Nucléolo Caracteristici, structură, morfologie și funcții



nucleoli este o structură celulară care nu este delimitată de membrană, fiind una dintre cele mai proeminente zone ale nucleului. Se observă ca o regiune mai densă în nucleu și se împarte la rândul său în trei regiuni: componentă fibrilă densă, centru fibrilar și componenta granulară.

Este responsabilă în principal de sinteza și asamblarea ribozomilor; totuși, această structură are și alte funcții. Mai mult de 700 de proteine ​​au fost găsite în nucleolus care nu sunt implicate în procesele de biogeneză cu ribozomi. În același mod, nucleul este implicat în dezvoltarea diferitelor patologii.

Primul cercetător care a observat zona nucleului a fost F. Fontana în 1781, cu mai mult de două secole în urmă. Apoi, la mijlocul anilor 1930, McClintock a putut observa această structură în experimentele sale Zea mays. De atunci, sute de investigații s-au axat pe înțelegerea funcțiilor și dinamicii acestei regiuni de bază.

index

  • 1 Caracteristici generale
  • 2 Structura și morfologia
    • 2.1 Centre de fibrilare
    • 2.2 Componenta fibrilatică densă și componenta granulară
    • 2.3 Regiunea de organizare nucleologică
  • 3 Funcții
    • 3.1 Utilaje de formare a ARN-ului ribozomal
    • 3.2 Organizarea ribozomilor
    • 3.3 Transcripția ARN-ului ribozomal
    • 3.4 Asamblarea ribozomilor
    • 3.5 Alte funcții
  • 4 nucleul și cancerul
  • 5 Nucleolus și viruși
  • 6 Referințe

Caracteristici generale

Nucleul este o structură proeminentă situată în interiorul nucleului celulelor eucariote. Este o "regiune" sub forma unei sfere, deoarece nu există niciun fel de biomembrane care să o despartă de celelalte componente nucleare.

Acesta poate fi observat sub microscop ca subregiune a nucleului atunci când celula este la interfață.

Este organizată în regiuni numite NOR (pentru acronimul său în limba engleză: regiunile organizatorilor nucleolari cromozomiali), unde sunt localizate secvențele care codifică ribozomii.

Aceste gene se găsesc în anumite regiuni ale cromozomilor. La om, acestea sunt organizate în tandem în regiunile prin satelit ale cromozomilor 13, 14, 15, 21 și 22.

În nucleol se produce transcrierea, prelucrarea și asamblarea subunităților care alcătuiesc ribozomii.

În plus față de funcția sa tradițională, nucleul este legat de proteine ​​supresoare tumorale, regulatori ai ciclului celular și chiar proteine ​​derivate din viruși.

Proteinele din nucleol sunt dinamice și, aparent, secvența lor a fost păstrată în cursul evoluției. Dintre aceste proteine, doar 30% au fost asociate cu biogeneza ribozomilor.

Structura și morfologia

Nucleul este împărțit în trei componente principale, diferențiate prin microscopie electronică: componenta densă fibrilară, centrul fibrilar și componenta granulară.

În general, este înconjurată de cromatină condensată, denumită heterochromatin. Procesele de transcriere a ARN-ului ribozomal, prelucrarea și asamblarea precursorilor ribozomali apar în nucleol.

Nucleul este o regiune dinamică, în care proteinele componente se pot asocia și se pot separa rapid de componentele nucleolar, creând un schimb continuu cu nucleoplasma (substanța internă gelatinoasă a nucleului).

La mamifere, structura nucleolului variază în funcție de stadiile ciclului celular. În prophase se observă o dezorganizare a nucleolului și se reuneste la sfârșitul procesului mitotic. Activitatea maximă a transcrierii în nucleol a fost observată în fazele S și G2.

Activitatea ARN polimerazei I poate fi afectată de diferite stări de fosforilare, modificând astfel activitatea nucleolului în timpul ciclului celular. Silenzarea în timpul mitozei apare datorită fosforilării diferitelor elemente cum ar fi SL1 și TTF-1.

Totuși, acest model nu este obișnuit în toate organismele. De exemplu, în drojdie nucleul este prezent - și activ - pe tot parcursul procesului de diviziune celulară.

Centrele fibrilare

Genele care codifică ARN ribozomal sunt situate în centrele fibrilare. Aceste centre sunt zone limpezi înconjurate de componente fibrilare dense. Centrele fibrilare sunt variabile în mărime și număr, în funcție de tipul celulei.

Un anumit model a fost descris cu privire la caracteristicile centrelor fibrilare. Celulele care au o sinteză ridicată de ribozomi au un număr redus de centre fibrilare, în timp ce celulele cu metabolizări reduse (cum ar fi limfocitele) au centre fibrilare mai mari.

Există cazuri specifice, ca și în cazul neuronilor cu un metabolism foarte activ, ale căror nucleolus are un centru fibrilat gigant, însoțit de centre mai mici mai mici.

Component fibrilar dens și component granular

Componenta fibrilă densă și centrele fibrilare sunt înglobate în componenta granulară, a cărei granule au un diametru de 15 până la 20 nm. Procesul de transcriere (trecerea moleculei ADN la ARN, considerat prima etapă a expresiei genei) apare la limitele centrelor fibrilare și a componentei fibrilare dense.

Prelucrarea ARN-ului pre-ribozomal are loc în componenta fibrilă densă și procesul se extinde până la componenta granulară. Transcriptele se acumulează în componenta fibrilă densă, iar proteinele nucleolar sunt de asemenea localizate în componenta densă fibrilară. Este în această regiune unde are loc asamblarea ribozomilor.

După acest proces de asamblare a ARN-ului ribozomal cu culturile necesare, aceste produse sunt exportate în citoplasmă.

Componenta granulară este bogată în factori de transcripție (unele exemple sunt SUMO-1 și Ubc9). În mod tipic nucleul este înconjurat de heterocromatină; se consideră că acest ADN compactat poate avea un rol în transcrierea ARN-ului ribozomal.

La mamifere, ADN-ul ribozomal din celule este compactat sau tăcut. Această organizație pare a fi importantă pentru reglarea ADN-ului ribozomal și pentru protejarea stabilității genomice.

Regiunea de organizare nucleologică

În această regiune (NOR) sunt grupate genele (ADN ribozomal) care codifică ARN ribozomal.

Cromozomii care formează aceste regiuni variază în funcție de specia de studiu. La om, acestea se regăsesc în regiunile de satelit ale cromozomilor acrocentrici (centromerele se află în apropierea unuia dintre capete), în special în perechi 13, 14, 15, 21 și 22.

Unitățile de ribozomi ADN constau în secvența transcrisă și un distanțier extern necesar transcrierii prin ARN polimeraza I.

În promotorii ADN-ului ribozomal se pot distinge două elemente: un element central și un element situat în amonte (Upstream)

funcții

Tehnici de formare a ARN-ului ribozomal

Nucleul poate fi considerat o fabrică cu toate componentele necesare pentru biosinteza precursorilor ribozomului.

ARN ribozomal sau ribozomal (acid ribozomal), abreviat în mod obișnuit ca ARNr, este o componentă a ribozomilor și participă la sinteza proteinelor. Această componentă este vitală pentru toate familiile ființelor vii.

ARN-ul ribozomal este asociat cu alte componente de natură proteică. Această uniune are ca rezultat presubiunile ribozomale. Clasificarea ARN-ului ribozomal este de obicei dată cu o literă "S", care indică unitățile Svedberg sau coeficientul de sedimentare.

Organizarea ribozomilor

Ribosomii sunt formați din două subunități: cea mai mare sau cea mai mare și cea mai mică sau cea mai mică.

ARN-ul ribozomal al procariotilor si eucariotelor este diferentiabil. În prokariote, subunitatea mare este 50S și constă din ARN ribozomal 5S și 23S, în mod similar, subunitatea mică este 30S și este compusă numai din ARN ribozomal 16S.

În contrast, subunitatea principală (60S) este compusă din ARN ribozomal 5S, 5.8S și 28S. Subunitatea mică (40S) este compusă exclusiv din ARN ribozomal 18S.

Genele care codifică ARN ribozomale 5.8S, 18S și 28S se găsesc în nucleol. Aceste ARN-uri ribozomale sunt transcrise ca o singură unitate în nucleol prin ARN polimeraza I. Acest proces are ca rezultat un precursor de ARN 45S.

Acest precursor al ARN-ului ribozomal (45S) trebuie excitat în componentele sale 18S, aparținând subunității mici (40S) și 5.8S și 28S ale subunității mari (60S).

ARN-ul ribozomal lipsit, 5S, este sintetizat în afara nucleolului; spre deosebire de omologii săi, procesul este catalizat de ARN polimeraza III.

Transcrierea ARN-ului ribozomal

O celulă are nevoie de un număr mare de molecule ARN ribozomale. Există mai multe copii ale genelor care codifică acest tip de ARN pentru a îndeplini aceste cerințe foarte mari.

De exemplu, conform datelor găsite în genomul uman, există 200 de copii pentru ARN ribozomal 5.8S, 18S și 28S. Pentru ARN ribozomal 5S există 2000 de exemplare.

Procesul începe cu ARN-ul ribozomal 45S. Începe cu îndepărtarea distanțierului de lângă capătul 5 '. Când procesul de transcriere este terminat, distanța rămasă aflată la capătul 3 'este îndepărtată. După eliminările ulterioare, se obține ARN ribozomal matur.

În plus, prelucrarea ARN ribozomal necesită o serie de modificări importante în bazele sale, cum ar fi procesele de metilare și conversia uridinei în pseudouridină.

Ulterior, apare adăugarea proteinelor și ARN-urilor localizate în nucleol. Printre acestea sunt ARN-urile nucleolice mici (nRNAs), care participă la separarea ARN-urilor ribozomale în produsele 18S, 5.8S și 28S.

ARN-urile posedă secvențe complementare ARN-ului ribozomal 18S și 28S. Prin urmare, ele pot modifica bazele ARN-ului precursor, metiind anumite regiuni și participând la formarea de pseudouridină.

Adunarea ribozomilor

Formarea ribozomilor cuprinde legarea precursorului ARN ribozomal, împreună cu proteinele ribozomale și 5S. Proteinele implicate în proces sunt transcrise de ARN polimeraza II în citoplasmă și trebuie transportate la nucleol.

Proteinele ribozomale încep să se asocieze cu ARN-ul ribozomal înainte de separarea ARN-ului ribozomal 45S. După separare, se adaugă resturile de proteine ​​ribozomale și ARN ribozomal 5S.

Maturarea ARN-ului ribozomal 18S are loc mai repede. În cele din urmă, "particulele preribozomale" sunt exportate în citoplasmă.

Alte funcții

În plus față de biogeneza ribozomilor, cercetările recente au constatat că nucleul este o entitate multifuncțională.

Nucleol este de asemenea implicată în prelucrarea și maturarea altor tipuri de ARN, cum ar fi snRNPs (proteine ​​complexe și ARN, care sunt combinate cu pre-mARN pentru a forma complexul spliceosome sau lipitură) și unele transfer de ARN , microRNA și alte complexe de ribonucleoproteine.

Prin analiza proteome proteine ​​nucleolari gasite asociate cu ARN pre-procesare mesager, controlul ciclului celular, replicarea si repararea ADN-ului. Constituirea proteinelor nucleol este dinamică și se schimbă în diferite condiții de mediu și stres celular.

De asemenea, există o serie de patologii asociate cu funcționarea incorectă a nucleolului. Printre acestea se numără anemia Diamond-Blackfan și tulburările neurodegenerative, cum ar fi boala Alzheimer și Huntington.

La pacienții cu Alzheimer există o modificare a nivelurilor de exprimare a nucleolului, comparativ cu pacienții sănătoși.

Nucleul și cancerul

Mai mult de 5000 de studii au arătat relația dintre proliferarea malignă a celulelor și activitatea nucleolului.

Obiectivul unor investigații este de a cuantifica proteinele nucleol pentru scopuri clinice de diagnosticare. Cu alte cuvinte, este de a evalua proliferarea cancerului folosind aceste proteine ​​ca un marker, specific B23, nucleolin, UBF și subunități ale ARN polimerazei I

Pe de altă parte, sa constatat că proteina B23 este direct legată de dezvoltarea cancerului. De asemenea, alte componente nucleolare sunt implicate în dezvoltarea patologiilor cum ar fi leucemia acută promilocitară.

Nucleul și virușii

Există suficiente dovezi pentru a afirma că virușii, atât din plante, cât și din animale, au nevoie de proteine ​​nucleol pentru a realiza procesul de replicare. Există modificări în nucleol, din punct de vedere al morfologiei și al compoziției sale de proteine, atunci când celula are o infecție virală.

Un număr mare de proteine ​​au fost găsite care provin din secvențe de ADN și ARN care conțin viruși și sunt localizate în nucleol.

Virusurile au strategii diferite, care le permit să fie localizate în această regiune subnuclear conțin proteine ​​virale ca „semnale“ care duc la nucleol. Aceste etichete sunt bogate în aminoacizi arginină și lizină.

Localizarea virusului în nucleol facilitează replicarea acestuia și, în plus, pare a fi o cerință pentru patogenitatea sa.

referințe

  1. Boisvert, F. M., van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, A. I. (2007). Nucleul multifuncțional. Nature reviews Biologie celulară moleculară, 8(7), 574-585.
  2. Boulon, S., Westman, B. J., Hutten, S., Boisvert, F.-M., & Lamond, A. I. (2010). Nucleolus sub stres. Molecular Cell, 40(2), 216-227.
  3. Cooper, C.M. (2000). Celula: o abordare moleculară. A doua ediție. Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Nucleolus: corpul nuclear fascinant. Histochimie și biologie celulară, 129(1), 13-31.
  4. Horky, M., Kotala, V., Anton, M., & WESIERSKA-GADEK, J. (2002). Nucleolus și apoptoză. Analele Academiei de Științe din New York, 973(1), 258-264.
  5. Leung, A.K., & Lamond, A.I. (2003). Dinamica nucleolului. Review-uri critice ™ în expresia genei eucariote, 13(1).
  6. Montanaro, L., Treré, D. și Derenzini, M. (2008). Nucleolus, ribozomii și cancerul. Jurnalul American de Patologie, 173(2), 301-310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
  7. Pederson, T. (2011). Nucleul. Cold Spring Harbor Perspective în biologie, 3(3), a000638.
  8. Tsekrekou, M., Stratigi, K., & Chatzinikolaou, G. (2017). Nucleolus: În întreținerea și repararea genomului. Jurnalul Internațional de Științe Moleculare, 18(7), 1411.