НУКЛЕОЛ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, МОРФОЛОГИЯ И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В ядърце е клетъчна структура не ограничена от мембрана, е един от най-важните части на ядрото. Наблюдава се като по-плътен регион в ядрото и се разделя на три области: плътен фибриларен компонент, фибриларен център и гранулиран компонент.

Той е отговорен главно за синтеза и сглобяването на рибозоми; тази структура обаче има и други функции. В рамките на нуклеола са открити над 700 протеина, които не участват в процесите на биогенеза на рибозомата. По същия начин нуклеолът участва в развитието на различни патологии.

Първият изследовател, който наблюдава зоната на нуклеолите, е Ф. Фонтана през 1781 г., преди повече от два века. Тогава, в средата на 30-те години на миналия век, Макклинтък успя да наблюдава такава структура в експериментите си с Zea mays. Оттогава стотици изследвания се фокусират върху разбирането на функциите и динамиката на този регион на ядрото.

Основни характеристики

Нуклеолът е видна структура, разположена в ядрото на еукариотните клетки. Това е „регион“ във формата на сфера, тъй като няма вид биомембрана, която да го отделя от останалите ядрени компоненти.

Може да се разглежда под микроскоп като подрегион на ядрото, когато клетката е на границата.

Той е организиран в региони, наречени NORs (за съкращението му на английски: хромозомни нуклеоларни организаторски региони), където се намират последователностите, кодиращи рибозоми.

Тези гени са в специфични региони на хромозомите. При хората те са организирани в тандем в сателитните области на хромозоми 13, 14, 15, 21 и 22.

В нуклеола се случва транскрипцията, обработката и сглобяването на субединиците, съставляващи рибозомите.

В допълнение към традиционната си функция, нуклеолът е свързан с протеини, подтискащи тумора, регулатори на клетъчния цикъл и дори протеини от вируси.

Нуклеоловите протеини са динамични и тяхната последователност изглежда е запазена по време на еволюцията. От тези протеини само 30% са свързани с биогенезата на рибозомата.

Структура и морфология

Нуклеолът е разделен на три основни компонента, различаващи се чрез електронна микроскопия: плътният фибриларен компонент, фибриларният център и зърнестият компонент.

Обикновено е заобиколен от кондензиран хроматин, наречен хетерохроматин. В нуклеола протичат процесите на транскрипция на рибозомна РНК, обработка и сглобяване на рибозомни предшественици.

Нуклеолът е динамичен регион, където протеините, които компонентите могат бързо да се свържат и отделят от нуклеоларните компоненти, създавайки непрекъснат обмен с нуклеоплазмата (желатиново вещество, вътрешно в ядрото).

При бозайниците структурата на нуклеола варира в зависимост от етапите на клетъчния цикъл. При профаза се наблюдава дезорганизация на нуклеола и той се събира отново в края на митотичния процес. Максимална транскрипционна активност в нуклеола е наблюдавана във фазите S и G2.

Активността на РНК полимераза I може да бъде повлияна от различни състояния на фосфорилиране, като по този начин се променя активността на нуклеола по време на клетъчния цикъл. Премълчаването по време на митоза се дължи на фосфорилирането на различни елементи като SL1 и TTF-1.

Този модел обаче не е често срещан при всички организми. Например, в дрождите нуклеолът присъства - и активен - по време на целия процес на клетъчно делене.

Фибриларни центрове

Гените, които кодират рибозомната РНК, са разположени във фибриларните центрове. Тези центрове са ясни региони, заобиколени от плътни фибриларни компоненти. Фибрилярните центрове са променливи по размер и брой, в зависимост от типа на клетката.

Описан е определен модел по отношение на характеристиките на фибриларните центрове. Клетките с висока синтеза на рибозоми имат нисък брой фибриларни центрове, докато клетките с редуцирани метаболизми (като лимфоцити) имат по-големи фибриларни центрове.

Има специфични случаи, например при неврони с много активен метаболизъм, чийто нуклеол има гигантски фибриларен център, придружен от малки по-малки центрове.

Плътен фибриларен компонент и гранулиран компонент

Плътният фибриларен компонент и фибриларните центрове са вградени в гранулирания компонент, чиито гранули имат диаметър от 15 до 20 nm. Процесът на транскрипция (преминаване на молекулата на ДНК в РНК, считана за първата стъпка на генната експресия) протича в границите на фибриларните центрове и в плътния фибриларен компонент.

Обработката на рибозомната пре-РНК става в плътния фибриларен компонент и процесът се простира до гранулирания компонент. Преписите се натрупват в плътния фибриларен компонент, а нуклеоларните протеини също са разположени в плътния фибриларен компонент. Именно в този регион се извършва сглобяването на рибозоми.

След приключване на този процес на сглобяване на рибозомна РНК с необходимите протеини, тези продукти се изнасят в цитоплазмата.

Зърнестият компонент е богат на транскрипционни фактори (SUMO-1 и Ubc9 са някои примери). Обикновено нуклеолът е заобиколен от хетерохроматин; Смята се, че тази уплътнена ДНК играе роля в рибозомната транскрипция на РНК.

При бозайниците рибозомната ДНК в клетките се уплътнява или заглушава. Изглежда тази организация е важна за регулирането на рибозомната ДНК и за защитата на геномната стабилност.

Нуклеоларен организиращ регион

В този регион (NOR) са групирани гените (рибозомна ДНК), които кодират рибозомната РНК.

Хромозомите, които съставляват тези региони, варират в зависимост от изследваните видове. При хората те се намират в сателитните области на акроцентричните хромозоми (центромерът е разположен близо до един от краищата), по-специално в двойки 13, 14, 15, 21 и 22.

Рибозомните ДНК единици се състоят от транскрибираната последователност и външен интервал, необходим за транскрипция от РНК полимераза I.

В промоторите за рибозомна ДНК могат да бъдат разграничени два елемента: централен и елемент, разположен нагоре (нагоре).

Характеристика

Ribosomal РНК машини за формоване

Нуклеолът може да се счита за фабрика с всички компоненти, необходими за биосинтезата на рибозомни предшественици.

Рибосомната или рибозомната РНК (рибонуклеинова киселина), обикновено съкратена като rRNA, е компонент на рибозомите и участва в синтеза на протеини. Този компонент е жизненоважен за всички родове на живите същества.

Рибосомната РНК се свързва с други компоненти от протеинов характер. Това свързване води до рибозомални субсудини. Класификацията на рибозомна РНК обикновено се дава придружена от буква "S", която обозначава единиците на Svedberg или коефициента на утаяване.

Организация на рибозомите

Рибозомите са съставени от две субединици: главната или голямата и малката или второстепенната.

Рибозомалната РНК на прокариоти и еукариоти е диференцируема. При прокариотите голямата субединица е 50S и е съставена от 5S и 23S рибозомни РНК, също така малката субединица е 30S и е съставена само от 16S рибозомна РНК.

За разлика от тях, основната субединица (60S) е съставена от 5S, 5.8S и 28S рибозомни РНК. Малката субединица (40S) е съставена изключително от 18S рибозомна РНК.

В нуклеола са гените, които кодират рибозомните РНК 5.8S, 18S и 28S. Тези рибозомни РНК се транскрибират като единична единица в нуклеола от РНК полимераза I. Този процес води до 45S РНК прекурсор.

Споменатият рибозомен РНК предшественик (45S) трябва да се разцепва на неговите 18S компоненти, принадлежащи към малката субединица (40S) и към 5.8S и 28S от голямата субединица (60S).

Липсващата рибозомна РНК, 5S, се синтезира извън ядрото; За разлика от своите колеги, процесът се катализира от РНК полимераза III.

Рибосомална РНК транскрипция

Клетката се нуждае от голям брой рибозомни РНК молекули. Има множество копия на гените, които кодират този тип РНК, за да отговарят на тези високи изисквания.

Например, въз основа на данни, открити в човешкия геном, има 200 копия за 5.8S, 18S и 28S рибозомни РНК. За 5S рибозомна РНК има 2000 копия.

Процесът започва с 45S рибозомна РНК. Започва с отстраняване на дистанционера близо до 5 ′ края. Когато процесът на транскрипция е завършен, оставащият дистанционер, разположен в 3 'края, се отстранява. След последващи делеции се получава зрялата рибозомна РНК.

Освен това, обработката на рибозомна РНК изисква редица важни модификации в нейните основи, като процеси на метилиране и превръщане на уридин в псевдоуридин.

Впоследствие става добавянето на протеини и РНК, разположени в нуклеола. Сред тях са малките нуклеоларни РНК (pRNA), които участват в отделянето на рибозомни РНК в продуктите 18S, 5.8S и 28S.

PRNAs притежават последователности, допълващи 18S и 28S рибозомни РНК. Следователно, те могат да променят основите на прекурсорната РНК, метилирайки определени региони и участвайки в образуването на псевдоуридин.

Ribosome монтаж

Образуването на рибозоми включва свързването на родителската рибозомна РНК, заедно с рибозомни протеини и 5S. Протеините, участващи в процеса, се транскрибират от РНК полимераза II в цитоплазмата и трябва да бъдат транспортирани до нуклеола.

Рибозомните протеини започват да се свързват с рибозомни РНК, преди да се получи разцепване на 45S рибозомна РНК. След разделяне се добавят останалите рибозомни протеини и 5S рибозомната РНК.

Съзряването на рибозомната РНК на 18S става по-бързо. Накрая, "прерибозомните частици" се изнасят в цитоплазмата.

Други функции

В допълнение към биогенезата на рибозомите, последните изследвания установяват, че нуклеолът е многофункционална цялост.

Нуклеолът също участва в обработката и съзряването на други видове РНК, като snRNP (протеинови и РНК комплекси, които се комбинират с РНК преди месинджър за образуване на сплицеозома или сплита комплекс) и някои трансферни РНК., микроРНК и други рибонуклеопротеинови комплекси.

Чрез анализа на нуклеолус протеома са открити протеини, свързани с обработката на РНК преди съобщението, с контрола на клетъчния цикъл, с репликация и възстановяване на ДНК. Протеиновата конституция на нуклеола е динамична и се променя при различни условия на околната среда и клетъчен стрес.

По същия начин има поредица от патологии, свързани с неправилното функциониране на нуклеола. Те включват анемия на Диамант - Блекфан и невродегенеративни разстройства като болестта на Алцхаймер и Хънтингтън.

При пациентите на Алцхаймер има промяна в нивата на експресия на нуклеола в сравнение със здрави пациенти.

Нуклеолът и ракът

Повече от 5000 изследвания показват връзката между злокачествената клетъчна пролиферация и активността на нуклеолите.

Целта на някои изследвания е количествено определяне на нуклеоловите протеини за клинични диагностични цели. С други думи, целта е да се оцени пролиферацията на рак, като се използват тези протеини като маркер, по-специално В23, нуклеолин, UBF и РНК полимераза I субединици.

От друга страна е установено, че протеинът B23 е пряко свързан с развитието на рак. По същия начин и други нуклеоларни компоненти участват в развитието на патологии като остра промиелоцитна левкемия.

Нуклеолът и вирусите

Има достатъчно доказателства, за да се твърди, че вирусите, както от растения, така и от животни, се нуждаят от нуклеолни протеини, за да постигнат процеса на репликация. Има промени в нуклеола, по отношение на морфологията му и протеиновия му състав, когато клетката преживява вирусна инфекция.

Открит е значителен брой протеини, които идват от ДНК и РНК последователности, които съдържат вируси и са разположени в нуклеола.

Вирусите имат различни стратегии, които им позволяват да се локализират в този подядрен регион, като вирусни протеини, които съдържат „сигнали“, които ги водят към нуклеола. Тези тагове са богати на аминокиселини аргинин и лизин.

Разположението на вирусите в нуклеола улеснява тяхното размножаване и освен това изглежда е изискване за тяхната патогенност.

Препратки

1. Boisvert, FM, van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, AI (2007). Многофункционалният нуклеол. Nature reviews Molecular cell biology, 8 (7), 574–585.
2. Boulon, S., Westman, BJ, Hutten, S., Boisvert, F.-M., & Lamond, AI (2010). Нуклеолът под стрес. Молекулярна клетка, 40 (2), 216–227.
3. Cooper, CM (2000). Клетката: Молекулен подход. 2-ро издание. Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Нуклеол: очарователното ядрено тяло. Хистохимия и клетъчна биология, 129 (1), 13–31.
4. Horký, M., Kotala, V., Anton, M., & WESIERSKA - GADEK, J. (2002). Нуклеол и апоптоза. Анали на Нюйоркската академия на науките, 973 (1), 258-264.
5. Leung, AK, & Lamond, AI (2003). Динамиката на нуклеола. Критични рецензии ™ в Еукариотична генна експресия, 13 (1).
6. Монтанаро, Л., Трере, Д., и Дерензини, М. (2008). Нуклеол, рибозоми и рак. Американското списание по патология, 173 (2), 301–310.
7. Pederson, T. (2011). Нуклеолът. Перспективи на студеното пристанище в биологията, 3 (3), a000638.
8. Цекреку, М., Стратиги, К., и Чациниколау, Г. (2017). Нуклеолът: Поддръжка и ремонт на генома. International Journal of Molecular Sciences, 18 (7), 1411 г.