NUCLEOL: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ, MORFOLOGIE ȘI FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

Nucleol este o structură celulară nu delimitată de o membrană, fiind una dintre zonele cele mai proeminente ale nucleului. Este observată ca o regiune mai densă din nucleu și este împărțită în trei regiuni: componentă fibrilară densă, centru fibrilar și componentă granulară.

Este responsabil în principal pentru sinteza și asamblarea ribozomilor; cu toate acestea, această structură are și alte funcții. Peste 700 de proteine ​​au fost găsite în nucleul care nu sunt implicate în procesele de biogeneză a ribozomilor. În același mod, nucleolul este implicat în dezvoltarea diferitelor patologii.

Primul cercetător care a observat zona nucleolului a fost F. Fontana în 1781, în urmă cu mai bine de două secole. Apoi, la mijlocul anilor '30, McClintock a putut observa o astfel de structură în experimentele sale cu May Zea. De atunci sute de investigații s-au concentrat pe înțelegerea funcțiilor și dinamicii acestei regiuni a nucleului.

Caracteristici generale

Nucleul este o structură proeminentă situată în nucleul celulelor eucariote. Este o „regiune” în formă de sferă, deoarece nu există niciun tip de biomembrană care să o separe de restul componentelor nucleare.

Poate fi văzut la microscop ca subregiune a nucleului atunci când celula se află la interfață.

Este organizat în regiuni numite NOR (pentru acronimul său în engleză: regiuni cromozomiale organizatoare nucleare), unde se găsesc secvențele care codifică ribozomii.

Aceste gene sunt în regiuni specifice ale cromozomilor. La om, acestea sunt organizate în tandem în regiunile satelite ale cromozomilor 13, 14, 15, 21 și 22.

În nucleol apare transcripția, prelucrarea și asamblarea subunităților care alcătuiesc ribozomii.

În plus față de funcția sa tradițională, nucleul este legat de proteine ​​supresoare tumorale, regulatoare de cicluri celulare și chiar proteine ​​de la virusuri.

Proteinele nucleolice sunt dinamice, iar secvența lor pare să fi fost conservată de-a lungul 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 fibrilară densă, centrul fibrilar și componenta granulară.

În general, este înconjurat de cromatină condensată, numită heterocromatină. În nucleol, au loc procesele de transcriere a ARN ribozomal, prelucrarea și asamblarea precursorilor ribozomali.

Nucleul este o regiune dinamică, în care proteinele pe care componentele le pot asocia și separa rapid de componentele nucleare, creând un schimb continuu cu nucleoplasma (substanță gelatinoasă internă nucleului).

La mamifere, structura nucleolului variază în funcție de etapele ciclului celular. În faza se observă o dezorganizare a nucleolului și se reasamblează la sfârșitul procesului mitotic. Activitatea transcripțională maximă 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. Silențierea în timpul mitozei are loc datorită fosforilării diferitelor elemente precum SL1 și TTF-1.

Cu toate acestea, acest model nu este comun în toate organismele. De exemplu, în drojdie nucleolul este prezent - și activ - în timpul întregului proces de diviziune celulară.

Centrele fibrilare

Genele care codifică ARN ribozomal sunt localizate în centrele fibrilare. Aceste centre sunt regiuni clare înconjurate de componente fibrilare dense. Centrele fibrilare au dimensiuni și număr variabile, în funcție de tipul de celulă.

Un anumit tipar a fost descris în ceea ce privește caracteristicile centrilor fibrilari. Celulele cu sinteză ridiculoasă 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 neuronii cu un metabolism foarte activ, al cărui nucleu are un centru fibrilar gigant, însoțit de centre mai mici.

Componenta fibrilă densă și componenta granulară

Componenta fibrilară densă și centrii fibrilari sunt înglobate în componenta granulară, ale cărei granule au un diametru de 15 până la 20 nm. Procesul de transcriere (trecerea moleculei de ADN la ARN, considerat primul pas al expresiei genice) are loc la limitele centrilor fibrilari și în componenta fibrilară densă.

Procesarea pre-ARN ribozomală are loc în componenta fibrilară densă, iar procesul se extinde până la componenta granulară. Transcrierile se acumulează în componenta fibrilară densă și proteinele nucleare sunt, de asemenea, localizate în componenta fibrilară densă. Este în această regiune unde are loc asamblarea ribozomilor.

După ce acest proces de asamblare a ARN ribozomal cu proteinele necesare este finalizat, aceste produse sunt exportate în citoplasmă.

Componenta granulară este bogată în factori de transcripție (SUMO-1 și Ubc9 sunt câteva exemple). De obicei, nucleolul este înconjurat de heterocromatină; Se consideră că acest ADN compactat joacă un rol în transcrierea ARN ribozomal.

La mamifere, ADN-ul ribozomic din celule este compactat sau redus la tăcere. Această organizație pare a fi importantă pentru reglarea ADN-ului ribozomal și pentru protecția stabilității genomice.

Regiune de organizare nucleară

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

Cromozomii care alcătuiesc aceste regiuni variază în funcție de specia studiată. La oameni se găsesc în regiunile satelite ale cromozomilor acrocentrici (centromerul este situat în apropierea unuia dintre capete), în special la perechile 13, 14, 15, 21 și 22.

Unitățile ADN ribozomice constau din secvența transcrisă și un distanțier extern necesar transcrierii de ARN polimeraza I.

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

Caracteristici

Mașini de formare ARN ribozomal

Nucleul poate fi considerat o fabrică cu toate componentele necesare biosintezei precursorilor ribozomilor.

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

ARN ribozomal se asociază cu alte componente de natură proteică. Această legătură are ca rezultat prezubunitățile ribozomale. Clasificarea ARN ribozomal este, în general, însoțită de o literă „S”, care indică unitățile Svedberg sau coeficientul de sedimentare.

Organizarea ribozomilor

Ribozomii sunt alcătuiți din două subunități: majoră sau mare și mică sau minoră.

ARN ribozomal al procariotelor și eucariotei este diferențiat. În procariote, subunitatea mare este 50S și este compusă din ARN ribozomal 5S și 23S, de asemenea subunitatea mică este 30S și este compusă numai din ARN ribozomal 16S.

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

În nucleol se află genele care codifică ARN-urile ribozomale 5.8S, 18S și 28S. Aceste ARN ribozomale sunt transcrise ca o singură unitate în nucleol de ARN polimeraza I. Acest procedeu are ca rezultat un precursor de ARN 45S.

Precursorul ARN ribozomal (45S) trebuie scindat în componentele sale 18S, aparținând subunității mici (40S) și 5.8S și 28S ale subunității mari (60S).

ARN ribozomal lipsă, 5S, este sintetizat în afara nucleului; Spre deosebire de omologii săi, procesul este catalizat de ARN polimeraza III.

Transcrierea ARN ribozomal

O celulă are nevoie de un număr mare de molecule de ARN ribozomal. Există mai multe copii ale genelor care codifică acest tip de ARN pentru a satisface aceste cerințe ridicate.

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

Procesul începe cu ARN ribozomal 45S. Începe cu îndepărtarea distanțierului aproape de capătul 5 ′. Când procesul de transcriere este complet, distanțierul rămas situat la capătul 3 ′ este îndepărtat. După ștergeri ulterioare, se obține ARN ribozomal matur.

Mai mult, prelucrarea ARN ribozomal necesită o serie de modificări importante în bazele sale, cum ar fi procese de metilare și transformarea uridinei în pseudouridină.

Ulterior, are loc adăugarea de proteine ​​și ARN-uri localizate în nucleol. Printre acestea se numără ARN-urile nucleare mici (pARN), care participă la separarea ARN-urilor ribozomale în produsele 18S, 5.8S și 28S.

PRNA-urile posedă secvențe complementare ARN-urilor ribozomale 18S și 28S. Prin urmare, pot modifica bazele ARN-ului precursor, metilând anumite regiuni și participând la formarea pseudouridinei.

Ansamblu ribozom

Formarea ribozomilor implică legarea ARN ribozomal părinte, 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-urile ribozomale înainte de producerea clivajului ARN ribozomal 45S. După separare, se adaugă proteinele ribozomale rămase și ARN ribozomal 5S.

Maturizarea ARN ribozomal 18S apare mai repede. În cele din urmă, „particulele preribozomale” sunt exportate în citoplasmă.

Alte funcții

Pe lângă biogeneza ribozomilor, cercetările recente au descoperit că nucleolul este o entitate multifuncțională.

Nucleul este de asemenea implicat în procesarea și maturizarea altor tipuri de ARN, cum ar fi snRNPs (complexe proteice și ARN care se combină cu ARN pre-mesager pentru a forma complexul spliceozom sau splice) și anumite ARN-uri de transfer. , microARN și alte complexe de ribonucleoproteine.

Prin analiza proteomului nucleolului, s-au găsit proteine ​​asociate cu procesarea ARN pre-mesager, cu controlul ciclului celular, cu replicarea și repararea ADN-ului. Constituția proteică a nucleolului este dinamică și se schimbă în condiții de mediu diferite și stresul celular.

De asemenea, există o serie de patologii asociate cu funcționarea incorectă a nucleolului. Acestea includ anemia Diamond - Blackfan și afecțiuni neurodegenerative, cum ar fi boala Alzheimer și Huntington.

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

Nucleul și cancerul

Peste 5000 de studii au arătat relația dintre proliferarea celulelor maligne și activitatea nucleolului.

Scopul unor investigații este de a cuantifica proteinele nucleolului în scopuri de diagnostic clinic. Cu alte cuvinte, scopul este de a evalua proliferarea cancerului folosind aceste proteine ​​ca marker, în special subunitățile B23, nucleolină, UBF și ARN polimeraza I.

Pe de altă parte, s-a constatat că proteina B23 este direct legată de dezvoltarea cancerului. De asemenea, alte componente nucleare sunt implicate în dezvoltarea de patologii precum leucemia promielocitică acută.

Nucleul și virusurile

Există suficiente dovezi care să ateste că virusurile, atât de la plante, cât și de la animale, au nevoie de proteine ​​nucleolice pentru a realiza procesul de replicare. Există schimbări în nucleol, în ceea ce privește morfologia și compoziția sa proteică, atunci când celula prezintă o infecție virală.

S-au găsit un număr semnificativ de proteine ​​care provin din secvențe de ADN și ARN care conțin viruși și sunt localizate în nucleol.

Virusurile au diferite strategii care le permit să se localizeze în această regiune subnucleară, cum ar fi proteinele virale care conțin „semnale” care le conduc către nucleol. Aceste etichete sunt bogate în aminoacizi arginină și lizină.

Localizarea virusurilor în nucleu facilitează replicarea lor și, în plus, pare a fi o cerință pentru patogenitatea lor.

Referințe

1. Boisvert, FM, van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, AI (2007). Nucleul multifuncțional. Natura recenzii Biologie celulară moleculară, 8 (7), 574–585.
2. Boulon, S., Westman, BJ, Hutten, S., Boisvert, F.-M., & Lamond, AI (2010). Nucleolul sub stres. Celulă moleculară, 40 (2), 216–227.
3. Cooper, CM (2000). Celula: o abordare moleculară. Ediția a II-a. Asociații Sinauer. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Nucleol: corpul nuclear fascinant. Histochimie și biologie celulară, 129 (1), 13–31.
4. Horký, M., Kotala, V., Anton, M., & WESIERSKA - GADEK, J. (2002). Nucleol și apoptoză. Analele Academiei de Științe din New York, 973 (1), 258-264.
5. Leung, AK, & Lamond, AI (2003). Dinamica nucleolului. Critical Review ™ în expresia genică eucariotică, 13 (1).
6. Montanaro, L., Treré, D., & Derenzini, M. (2008). Nucleol, ribozomi și cancer. The American Journal of Pathology, 173 (2), 301–310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
7. Pederson, T. (2011). Nucleolul. Perspectivele de primăvară rece în biologie, 3 (3), a000638.
8. Tsekrekou, M., Stratigi, K., & Chatzinikolaou, G. (2017). Nucleolul: în întreținerea și repararea genomului. Revista internațională de științe moleculare, 18 (7), 1411.