Nucleolus Karakteristikleri, Yapıları, Morfolojisi ve İşlevleri



çekirdekçik membran tarafından sınırlandırılmamış, çekirdeğin en belirgin bölgelerinden biri olan hücresel bir yapıdır. Çekirdeğinde daha yoğun bir bölge olarak gözlenir ve yoğun bölgelere ayrılır: yoğun fibriller bileşeni, fibriller merkezi ve granüler bileşen..

Ribozomların sentezi ve montajından esas olarak sorumludur; ancak, bu yapının başka işlevleri de vardır. Nükleolus içinde ribozom biyojenez işlemlerinde yer almayan 700'den fazla protein bulunmuştur. Aynı şekilde, nükleol, farklı patolojilerin gelişiminde rol oynar.

Nükleollerin alanını gözlemleyen ilk araştırmacı, iki yüzyıldan fazla bir süre önce, 1781'de F. Fontana idi. Daha sonra, 1930'ların ortalarında, McClintock bu yapıyı deneyleriyle gözlemledi. Zea mays. O zamandan beri yüzlerce araştırma, bu çekirdek bölgenin işlevlerini ve dinamiklerini anlamaya odaklandı.

indeks

  • 1 Genel özellikler
  • 2 Yapısı ve morfolojisi
    • 2.1 Fibriller merkezleri
    • 2.2 Yoğun fibriller bileşen ve granül bileşen
    • 2.3 Nükleolar örgütlenme bölgesi
  • 3 İşlev
    • 3.1 Ribozomal RNA oluşum makinaları
    • 3.2 Ribozomların organizasyonu
    • 3.3 Ribozomal RNA transkripsiyonu
    • 3.4 Ribozomların montajı
    • 3.5 Diğer fonksiyonlar
  • 4 Çekirdek ve kanser
  • 5 Nucleolus ve virüsler
  • 6 Kaynakça

Genel özellikler

Nükleolus, ökaryotik hücrelerin çekirdeğinin içinde bulunan belirgin bir yapıdır. Bir küre şeklinde bir "bölge" dir, çünkü onu nükleer bileşenlerin geri kalanından ayıran hiçbir tür biyo-zar yoktur.

Mikroskop altında hücre arayüzeydeyken çekirdeğin bir alt bölgesi olarak görülebilir..

NORs denilen bölgelerde düzenlenmiştir (İngilizce kısaltması için: kromozomal nükleolar organizatör bölgeleri) ribozomları kodlayan dizilerin bulunduğu yer.

Bu genler kromozomların spesifik bölgelerindedir. İnsanlarda, 13, 14, 15, 21 ve 22 numaralı kromozomların uydu bölgelerinde tandem halinde düzenlenirler..

Nükleollerde, ribozomları oluşturan alt birimlerin transkripsiyon, işleme ve montajı gerçekleşir..

Geleneksel işlevine ek olarak, nükleol, tümör baskılayıcı proteinler, hücre döngüsü düzenleyicileri ve hatta virüslerden gelen proteinler ile de ilgilidir..

Nükleolus proteinleri dinamiktir ve görünüşe göre dizilimi evrimi sırasında korunmuştur. Bu proteinlerden sadece% 30'u ribozomların biyolojik oluşumuyla ilişkilendirilmiştir.

Yapı ve morfoloji

Nükleol, elektron mikroskobu ile farklılaştırılabilen üç ana bileşene ayrılır: yoğun fibriller bileşeni, fibriller merkezi ve granüler bileşen..

Genellikle, heterokromatin adı verilen yoğunlaştırılmış kromatin ile çevrilidir. Ribozomal RNA'nın transkripsiyonu, ribozomal öncüllerinin işlenmesi ve birleştirilmesi işlemleri nükleollerde meydana gelir..

Nükleolus, bileşenlerin proteinlerin nükleolar bileşenlerden hızlı bir şekilde ayrılabildiği ve nükleolazm (çekirdeğin iç jelatinimsi maddesi) ile sürekli bir değişim yarattığı dinamik bir bölgedir..

Memelilerde, nükleollerin yapısı hücre döngüsünün aşamalarına göre değişir. Fazda, nükleolusun bir dağınıklığı gözlemlenir ve mitotik işlemin sonunda tekrar birleştirilir. Nükleollerde transkripsiyonun maksimum aktivitesi, S ve G2 fazlarında gözlenmiştir..

RNA polimeraz I'in etkinliği, farklı fosforilasyon durumlarından etkilenebilir, böylece hücre döngüsü sırasında nükleolusun aktivitesini değiştirebilir. Mitoz sırasındaki susturma SL1 ve TTF-1 gibi farklı elementlerin fosforilasyonuyla oluşur..

Bununla birlikte, bu model tüm organizmalarda yaygın değildir. Örneğin, mayada, çekirdek bölünmesi hücre bölünmesi süreci boyunca mevcut - ve aktif -.

Fibriller merkezleri

Ribozomal RNA'yı kodlayan genler, fibriller merkezlerinde bulunur. Bu merkezler yoğun fibriller bileşenlerle çevrili açık bölgelerdir. Fibriller merkezleri, hücre tipine bağlı olarak, boyut ve sayı bakımından değişkendir..

Fibriller merkezlerinin özelliklerine göre belirli bir patern tarif edilmiştir. Yüksek ribozom sentezi olan hücreler düşük sayıda fibriller merkezine sahipken, düşük metabolizmalı hücrelerin (lenfositler gibi) daha büyük fibriller merkezleri vardır.

Nükleolileri dev bir fibriller merkezine sahip olan ve daha küçük daha küçük merkezlerin eşlik ettiği çok aktif bir metabolizmaya sahip nöronlarda olduğu gibi spesifik durumlar vardır.

Yoğun fibriller bileşen ve granül bileşen

Yoğun fibriller bileşeni ve fibriller merkezleri, granülleri 15 ila 20 nm arasında olan granüler bileşene gömülüdür. Transkripsiyon işlemi (DNA molekülünün RNA'ya geçişi, gen ekspresyonunun ilk adımı olarak kabul edilir) fibriller merkezlerinin ve yoğun fibriller bileşeninin limitlerinde gerçekleşir..

Ön-ribozomal RNA'nın işlenmesi, yoğun fibriller bileşeninde meydana gelir ve işlem, granüler bileşene uzanır. Transkriptler, yoğun fibriller bileşeninde birikir ve nükleolar proteinleri de yoğun fibriller bileşeninde bulunur. Ribozomların bir araya geldiği yer bu bölgede.

Ribozomal RNA'nın gerekli proteinler ile birleştirilmesi işleminin tamamlanmasından sonra, bu ürünler sitoplazmaya verilir.

Granül bileşen, transkripsiyon faktörleri bakımından zengindir (SUMO-1 ve Ubc9 bazı örneklerdir). Tipik olarak, nükleol heterokromatin ile çevrilidir; Bu sıkıştırılmış DNA'nın ribozomal RNA'nın transkripsiyonunda bir rol oynayabileceği düşünülmektedir..

Memelilerde, hücrelerdeki ribozomal DNA sıkıştırılır veya susturulur. Bu organizasyon, ribozomal DNA'nın düzenlenmesi ve genomik stabilitenin korunması için önemli görünmektedir..

Nükleolar örgütlenme bölgesi

Bu bölgede (NOR), ribozomal RNA'yı kodlayan gruplandırılmış genler (ribozomal DNA).

Bu bölgeleri oluşturan kromozomlar, çalışma türüne bağlı olarak değişir. İnsanlarda, akrosantrik kromozomların uydu bölgelerinde bulunur (merkez) uçlardan birinin yakınında bulunur), özellikle 13, 14, 15, 21 ve 22 nolu çiftlerde.

DNA ribozomlarının birimleri, kopyalanan diziden ve RNA polimeraz I ile transkripsiyon için gerekli olan bir dış boşluktan oluşur..

Ribozomal DNA promotörlerinde iki element ayırt edilebilir: merkezi bir element ve yukarı akışta bulunan bir element (akıntıya karşı)

fonksiyonlar

Ribozomal RNA oluşumu makineleri

Nükleol, ribozomların öncüllerinin biyosentezi için gerekli tüm bileşenleri içeren bir fabrika olarak kabul edilebilir..

Genellikle rRNA olarak kısaltılan ribozomal veya ribozomal RNA (ribozomal asit), ribozomların bir bileşenidir ve proteinlerin sentezine katılır. Bu bileşen, canlıların tüm soyları için hayati öneme sahiptir..

Ribozomal RNA, protein niteliğindeki diğer bileşenlerle ilişkilidir. Bu birliktelik ribozomal presubunitelere neden olur. Ribozomal RNA'nın sınıflandırılması genellikle Svedberg birimlerini veya sedimantasyon katsayısını gösteren bir "S" harfi ile verilir..

Ribozomların organizasyonu

Ribozomlar iki alt birimden oluşur: daha büyük veya daha büyük ve daha küçük veya daha küçük. 

Prokaryotların ve ökaryotların ribozomal RNA'sı ayırt edilebilir. Prokaryotlarda büyük alt birim 50S'dir ve ribozomal RNA 5S ve 23S'den oluşur, ayrıca küçük alt birim 30S'dir ve sadece 16S ribozomal RNA'dan oluşur.

Buna karşılık, ana alt birim (60S) ribozomal RNA 5S, 5.8S ve 28S'den oluşur. Küçük alt birim (40S) sadece 18S ribozomal RNA'dan oluşur.

Ribozomal RNA'yı 5.8S, 18S ve 28S kodlayan genler nükleollerde bulunur. Bu ribozomal RNA'lar, nükleolus içinde tek bir birim olarak RNA polimeraz I ile kopyalanır..

Bahsedilen ribozomal RNA prekürsörü (45S), küçük alt birime (40S) ve büyük alt birimin (60S) 5.8S ve 28S'lerine ait olan 18S bileşenlerinde çıkarılmalıdır..

Eksik ribozomal RNA, 5S, nükleolusun dışında sentezlenir; homologlarının aksine, işlem RNA polimeraz III ile katalize edilir.

Ribozomal RNA transkripsiyonu

Bir hücre, çok sayıda ribozomal RNA molekülüne ihtiyaç duyar. Bu yüksek RNA gereksinimlerini karşılaması için bu tip RNA'yı kodlayan genlerin birçok kopyası vardır..

Örneğin, insan genomunda bulunan verilere göre, ribozomal RNA 5.8S, 18S ve 28S için 200 kopya bulunmaktadır. Ribozomal RNA 5S için 2000 kopya vardır.

İşlem, 45S ribozomal RNA'sı ile başlar. 5 'ucuna yakın ara parçanın kaldırılmasıyla başlar. Transkripsiyon işlemi tamamlandığında, 3 'ucunda kalan kalan boşluk kaldırılır. Sonraki elemelerden sonra, olgun ribozomal RNA elde edilir.

Ek olarak, ribozomal RNA'nın işlenmesi, bazlarında, metilasyon işlemleri ve ididinin psödouridine dönüşümü gibi bir dizi önemli modifikasyon gerektirir..

Daha sonra, nükleolde bulunan proteinlerin ve RNA'ların ilavesi meydana gelir. Bunlar arasında, 18S, 5.8S ve 28S ürünlerinde ribozomal RNA'ların ayrılmasına katılan küçük nükleolar RNA'lar (ARNpn) bulunur..

NRNA'lar ribozomal RNA 18S ve 28S'yi tamamlayıcı dizilere sahiptir. Bu nedenle, prekürsör RNA'nın bazlarını, belirli bölgeleri metile ederek ve psödouridin oluşumuna katılarak modifiye edebilirler..

Ribozomların montajı

Ribozomların oluşumu, ribozomal RNA prekürsörünün, ribozomal proteinler ve 5S ile birlikte bağlanmasını içerir. İşlemde yer alan proteinler sitoplazmada RNA polimeraz II tarafından kopyalanır ve nükleollere taşınması gerekir.

Ribozomal proteinler, 45S ribozomal RNA'nın ayrılmasından önce, ribozomal RNA'larla birleşmeye başlar. Ayrıldıktan sonra, kalan ribozomal proteinler ve 5S ribozomal RNA eklenir..

18S ribozomal RNA'nın olgunlaşması daha hızlı gerçekleşir. Son olarak, "preribosomal parçacıklar" sitoplazmaya ihraç edilir.

Diğer fonksiyonlar

Ribozomların biyojenezine ek olarak, son araştırmalar nükleolinin çok işlevli bir varlık olduğunu bulmuştur..

Nükleolus ayrıca, snRNP'ler (spliceosome veya ekleme kompleksi oluşturmak için ön-haberci RNA ile birleşen protein ve RNA kompleksleri) ve belirli RNA transferleri gibi diğer RNA tiplerinin işlenmesi ve olgunlaşmasında da rol oynar. , microRNA ve diğer ribonükleoprotein kompleksleri.

Nükleol proteom analizi yoluyla, haberci öncesi RNA işlemesi, hücre döngüsü kontrolü, replikasyon ve DNA onarımı ile ilişkili proteinler bulunmuştur. Nükleolus proteinlerinin oluşumu dinamiktir ve farklı çevresel koşullar ve hücresel stres altında değişir.

Ayrıca, nükleolusun yanlış işleyişiyle ilişkili bir dizi patoloji vardır. Bunlar arasında Diamond-Blackfan anemisi ve Alzheimer ve Huntington hastalığı gibi nörodejeneratif hastalıklar yer alır..

Alzheimer hastalarında nükleol ekspresyon seviyelerinde, sağlıklı hastalarla karşılaştırıldığında bir değişiklik vardır..

Çekirdek ve kanser

5000'den fazla çalışma, hücrelerin malign proliferasyonu ve nükleolusun aktivitesi arasındaki ilişkiyi göstermiştir..

Bazı araştırmaların amacı, klinik tanısal amaçlar için nükleolus proteinlerini ölçmektir. Başka bir deyişle, bu proteinleri bir marker, özellikle B23, nükleolin, UBF ve RNA polimeraz I'in alt birimleri olarak kullanarak kanser çoğalmasını değerlendirmeyi amaçlıyoruz..

Diğer yandan, B23 proteininin kanser gelişimi ile doğrudan ilişkili olduğu bulunmuştur. Benzer şekilde, diğer nükleolar bileşenler, akut promyelositik lösemi gibi patolojilerin gelişiminde rol oynarlar..

Çekirdek ve virüsler

Hem bitkilerden hem de hayvanlardan gelen virüslerin, çoğaltma işlemini başarmak için nükleolus proteinlerine ihtiyaç duyduklarını doğrulayacak yeterli kanıt vardır. Hücre viral bir enfeksiyona maruz kaldığında, nükleolusta morfolojisi ve protein bileşimi açısından değişiklikler vardır..

Virüs içeren ve nükleollerde yer alan DNA ve RNA dizilerinden gelen çok sayıda protein bulunmuştur..

Virüslerin, nükleolde yol açan "sinyalleri" içeren viral proteinler gibi bu nükleer bölgede bulunmalarına izin veren farklı stratejileri vardır. Bu etiketler arginin ve lisin amino asitleri bakımından zengindir.

Virüsün nükleol içindeki konumu, çoğalmasını kolaylaştırır ve ayrıca patojenisitesi için bir gereklilik gibi görünmektedir..

referanslar

  1. Boisvert, F.M., van Koningsbruggen, S., Navascués, J. & Lamond, A.I. (2007). Çok işlevli nükleol. Doğa incelemeleri Moleküler hücre biyolojisi, 8(7), 574-585.
  2. Boulon, S., Westman, B.J., Hutten, S., Boisvert, F.-M., & Lamond, A.I. (2010). Stres Altındaki Nucleolus. Moleküler Hücre, 40(2), 216-227.
  3. Cooper, C.M. (2000). Hücre: Moleküler Bir Yaklaşım. 2. baskı. Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Nucleolus: büyüleyici nükleer vücut. Histokimya ve Hücre Biyolojisi, 129(1), 13-31.
  4. Horky, M., Kotala, V., Anton, M., & WESIERSKA-GADEK, J. (2002). Nükleolus ve apoptoz. New York Bilimler Akademisi'nin Yıllıkları, 973(1), 258-264.
  5. Leung, A.K., ve Lamond, A.I. (2003). Nükleollerin dinamiği. Ökaryotik Gen İfadesinde Eleştirel İnceleme ™, 13(1).
  6. Montanaro, L., Trere, D., & Derenzini, M. (2008). Nucleolus, Ribozomlar ve Kanser. Amerikan Patoloji Dergisi, 173(2), 301-310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
  7. Pederson, T. (2011). Nucleolus. Soğuk Bahar Limanının Biyolojide Perspektifleri, 3(3), a000638.
  8. Tsekrekou, M., Stratigi, K. ve Chatzinikolaou, G. (2017). Nucleolus: Genomda Bakım ve Onarım. Uluslararası Moleküler Bilimler Dergisi, 18(7), 1411.