ЯДРЫШКО: ХАРАКТЕРИСТИКА, СТРОЕНИЕ, МОРФОЛОГИЯ И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

Ядрышко является клеточной структурой не ограничена мембраной, является одним из наиболее заметных областей ядра. Он наблюдается как более плотная область в ядре и подразделяется на три области: плотный фибриллярный компонент, фибриллярный центр и гранулярный компонент.

Он в основном отвечает за синтез и сборку рибосом; Однако у этой структуры есть и другие функции. В ядрышке обнаружено более 700 белков, не участвующих в процессах биогенеза рибосом. Таким же образом ядрышко участвует в развитии разных патологий.

Первым исследователем, наблюдающим зону ядрышка, был Ф. Фонтана в 1781 году, более двух веков назад. Затем, в середине 1930-х, Мак-Клинток смог наблюдать такую ​​структуру в своих экспериментах с Зеа Мейс. С тех пор сотни исследований были сосредоточены на понимании функций и динамики этой области ядра.

Общие характеристики

Ядрышко - это заметная структура, расположенная в ядре эукариотических клеток. Это «область» в форме сферы, поскольку не существует биомембраны, отделяющей ее от остальных ядерных компонентов.

Его можно увидеть под микроскопом как подобласть ядра, когда клетка находится на границе раздела.

Он организован в областях, называемых ЯОР (от английского аббревиатуры: хромосомные ядрышковые области организатора), где находятся последовательности, кодирующие рибосомы.

Эти гены находятся в определенных областях хромосом. У людей они организованы в тандеме в сателлитных областях хромосом 13, 14, 15, 21 и 22.

В ядрышке происходит транскрипция, обработка и сборка субъединиц, составляющих рибосомы.

В дополнение к своей традиционной функции ядрышко связано с белками-супрессорами опухолей, регуляторами клеточного цикла и даже с белками вирусов.

Белки ядрышка динамичны, и их последовательность, по-видимому, сохранялась на протяжении всей эволюции. Из этих белков только 30% связаны с биогенезом рибосом.

Структура и морфология

Ядрышко делится на три основных компонента, которые можно дифференцировать с помощью электронной микроскопии: плотный фибриллярный компонент, фибриллярный центр и гранулярный компонент.

Обычно он окружен конденсированным хроматином, называемым гетерохроматином. В ядрышке происходят процессы транскрипции рибосомной РНК, процессинг и сборка рибосомных предшественников.

Ядрышко - это динамическая область, где белки, с которыми компоненты могут связываться, быстро отделяются от компонентов ядрышка, создавая непрерывный обмен с нуклеоплазмой (студенистое вещество внутри ядра).

У млекопитающих структура ядрышка зависит от стадии клеточного цикла. В профазе наблюдается дезорганизация ядрышка, и оно собирается в конце митотического процесса. Максимальная транскрипционная активность в ядрышке наблюдалась в фазах S и G2.

На активность РНК-полимеразы I могут влиять различные состояния фосфорилирования, таким образом изменяя активность ядрышка во время клеточного цикла. Молчание во время митоза происходит из-за фосфорилирования различных элементов, таких как SL1 и TTF-1.

Однако этот образец характерен не для всех организмов. Например, у дрожжей ядрышко присутствует - и активно - в течение всего процесса деления клетки.

Фибриллярные центры

Гены, кодирующие рибосомную РНК, расположены в фибриллярных центрах. Эти центры представляют собой чистые области, окруженные плотными фибриллярными компонентами. Фибриллярные центры различаются по размеру и количеству в зависимости от типа клеток.

Определенная закономерность описана в отношении характеристик фибриллярных центров. Клетки с высоким синтезом рибосом имеют низкое количество фибриллярных центров, в то время как клетки с пониженным метаболизмом (например, лимфоциты) имеют более крупные фибриллярные центры.

Есть конкретные случаи, например, в нейронах с очень активным метаболизмом, ядрышко которых имеет гигантский фибриллярный центр, сопровождаемый более мелкими центрами.

Плотный фибриллярный компонент и гранулированный компонент

Плотный фибриллярный компонент и фибриллярные центры встроены в гранулированный компонент, гранулы которого имеют диаметр от 15 до 20 нм. Процесс транскрипции (переход молекулы ДНК к РНК, рассматриваемый как первая стадия экспрессии гена) происходит на границах фибриллярных центров и в плотном фибриллярном компоненте.

Процессинг рибосомной пре-РНК происходит в плотном фибриллярном компоненте, и процесс распространяется на гранулярный компонент. Транскрипты накапливаются в плотном фибриллярном компоненте, а ядрышковые белки также располагаются в плотном фибриллярном компоненте. Именно в этой области происходит сборка рибосом.

После завершения этого процесса сборки рибосомной РНК с необходимыми белками эти продукты экспортируются в цитоплазму.

Гранулярный компонент богат факторами транскрипции (примеры SUMO-1 и Ubc9). Обычно ядрышко окружено гетерохроматином; Считается, что эта уплотненная ДНК играет роль в транскрипции рибосомной РНК.

У млекопитающих рибосомная ДНК в клетках уплотнена или заглушена. Эта организация, по-видимому, важна для регуляции рибосомальной ДНК и для защиты стабильности генома.

Организационная ядрышковая область

В этой области (NOR) сгруппированы гены (рибосомная ДНК), которые кодируют рибосомную РНК.

Хромосомы, составляющие эти области, различаются в зависимости от изучаемого вида. У человека они обнаруживаются в сателлитных областях акроцентрических хромосом (центромера расположена около одного из концов), особенно в парах 13, 14, 15, 21 и 22.

Единицы рибосомной ДНК состоят из транскрибируемой последовательности и внешнего спейсера, необходимого для транскрипции РНК-полимеразой I.

В промоторах рибосомной ДНК можно выделить два элемента: центральный и элемент, расположенный выше (выше).

Характеристики

Оборудование для формирования рибосомной РНК

Ядрышко можно рассматривать как фабрику со всеми компонентами, необходимыми для биосинтеза предшественников рибосом.

Рибосомная или рибосомная РНК (рибонуклеиновая кислота), обычно сокращенно рРНК, является компонентом рибосом и участвует в синтезе белков. Этот компонент жизненно важен для всех родословных живых существ.

Рибосомная РНК ассоциируется с другими компонентами белковой природы. Это связывание приводит к образованию предварительных субъединиц рибосом. Классификация рибосомных РНК обычно сопровождается буквой «S», которая указывает на единицы Сведберга или коэффициент седиментации.

Организация рибосом

Рибосомы состоят из двух субъединиц: большой или большой и малой или второстепенной.

Рибосомная РНК прокариот и эукариот дифференцируема. У прокариот большая субъединица 50S состоит из 5S и 23S рибосомных РНК, а малая субъединица 30S состоит только из 16S рибосомной РНК.

Напротив, основная субъединица (60S) состоит из 5S, 5,8S и 28S рибосомных РНК. Малая субъединица (40S) состоит исключительно из 18S рибосомной РНК.

В ядрышке находятся гены, кодирующие рибосомные РНК 5.8S, 18S и 28S. Эти рибосомные РНК транскрибируются как единое целое в ядрышке с помощью РНК-полимеразы I. В результате этого процесса образуется предшественник 45S РНК.

Указанный предшественник рибосомной РНК (45S) должен быть расщеплен на его компоненты 18S, принадлежащие малой субъединице (40S) и 5,8S и 28S большой субъединицы (60S).

Отсутствующая рибосомная РНК, 5S, синтезируется вне ядрышка; В отличие от аналогов, этот процесс катализируется РНК-полимеразой III.

Транскрипция рибосомной РНК

Клетке необходимо большое количество молекул рибосомной РНК. Существует множество копий генов, кодирующих этот тип РНК, чтобы соответствовать этим высоким требованиям.

Например, на основе данных, обнаруженных в геноме человека, существует 200 копий рибосомных РНК 5.8S, 18S и 28S. Для 5S рибосомальной РНК насчитывается 2000 копий.

Процесс начинается с 45S рибосомной РНК. Он начинается со снятия проставки около 5 'конца. Когда процесс транскрипции завершен, оставшийся спейсер, расположенный на 3'-конце, удаляется. После последующих делеций получается зрелая рибосомная РНК.

Кроме того, процессинг рибосомной РНК требует ряда важных модификаций ее оснований, таких как процессы метилирования и превращения уридина в псевдоуридин.

Впоследствии происходит добавление белков и РНК, находящихся в ядрышке. Среди них малые ядрышковые РНК (пРНК), которые участвуют в разделении рибосомных РНК в продуктах 18S, 5.8S и 28S.

PRNA обладают последовательностями, комплементарными рибосомным РНК 18S и 28S. Следовательно, они могут модифицировать основания РНК-предшественницы, метилируя определенные области и участвуя в образовании псевдоуридина.

Сборка рибосом

Формирование рибосом включает связывание исходной рибосомальной РНК вместе с рибосомными белками и 5S. Белки, участвующие в этом процессе, транскрибируются РНК-полимеразой II в цитоплазме и должны транспортироваться в ядрышко.

Рибосомные белки начинают связываться с рибосомными РНК до того, как происходит расщепление 45S рибосомальной РНК. После разделения добавляют оставшиеся рибосомные белки и 5S рибосомную РНК.

Созревание 18S рибосомальной РНК происходит быстрее. Наконец, «прерибосомные частицы» экспортируются в цитоплазму.

Прочие функции

В дополнение к биогенезу рибосом недавние исследования показали, что ядрышко является многофункциональным образованием.

Ядрышко также участвует в процессинге и созревании других типов РНК, таких как мяРНП (комплексы белков и РНК, которые объединяются с пре-мессенджерами РНК с образованием сплайсосомы или сплайсингового комплекса) и некоторых транспортных РНК. , микроРНК и другие рибонуклеопротеидные комплексы.

Посредством анализа протеома ядрышка были обнаружены белки, связанные с процессингом пре-мессенджера РНК, контролем клеточного цикла, репликацией и репарацией ДНК. Белковый состав ядрышка динамичен и меняется в зависимости от условий окружающей среды и клеточного стресса.

Точно так же существует ряд патологий, связанных с неправильным функционированием ядрышка. К ним относятся анемия Даймонда-Блэкфана и нейродегенеративные расстройства, такие как болезнь Альцгеймера и Хантингтона.

У пациентов с болезнью Альцгеймера наблюдается изменение уровня экспрессии ядрышка по сравнению со здоровыми пациентами.

Ядрышко и рак

Более 5000 исследований показали взаимосвязь между пролиферацией злокачественных клеток и активностью ядрышка.

Целью некоторых исследований является количественное определение белков ядрышка в клинических диагностических целях. Другими словами, цель состоит в том, чтобы оценить пролиферацию рака, используя эти белки в качестве маркера, в частности, B23, нуклеолин, UBF и субъединицы РНК-полимеразы I.

С другой стороны, было обнаружено, что белок B23 напрямую связан с развитием рака. Аналогичным образом, другие компоненты ядрышка участвуют в развитии таких патологий, как острый промиелоцитарный лейкоз.

Ядрышко и вирусы

Имеется достаточно доказательств, чтобы утверждать, что вирусам, как растений, так и животных, необходимы белки ядрышка для осуществления процесса репликации. Когда клетка подвергается вирусной инфекции, происходят изменения в ядрышке с точки зрения его морфологии и белкового состава.

Было обнаружено значительное количество белков, которые происходят из последовательностей ДНК и РНК, которые содержат вирусы и расположены в ядрышке.

У вирусов есть разные стратегии, которые позволяют им локализоваться в этой субядерной области, например, вирусные белки, которые содержат «сигналы», которые приводят их к ядрышку. Эти метки богаты аминокислотами аргинином и лизином.

Расположение вирусов в ядрышке облегчает их репликацию и, более того, кажется необходимым условием их патогенности.

Ссылки

1. Boisvert, FM, van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, AI (2007). Многофункциональное ядрышко. Обзоры природы Молекулярная клеточная биология, 8 (7), 574–585.
2. Булон С., Вестман Б.Дж., Хаттен С., Бойсверт Ф.-М. и Ламонд А.И. (2010). Ядрышко при стрессе. Молекулярная ячейка, 40 (2), 216–227.
3. Купер, CM (2000). Клетка: молекулярный подход. 2-е издание. Sinauer Associates. Сирри, В., Уркуки-Инчима, С., Руссель, П., и Эрнандес-Верден, Д. (2008). Nucleolus: очаровательное ядерное тело. Гистохимия и клеточная биология, 129 (1), 13–31.
4. Горки, М., Котала, В., Антон, М., и ВЕЗИЕРСКА - ГАДЕК, Дж. (2002). Ядрышко и апоптоз. Анналы Нью-Йоркской академии наук, 973 (1), 258-264.
5. Леунг, А.К., и Ламонд, А.И. (2003). Динамика ядрышка. Critical Reviews ™ в Экспрессии эукариотических генов, 13 (1).
6. Монтанаро, Л., Трере, Д., и Дерензини, М. (2008). Ядрышко, рибосомы и рак. Американский журнал патологии, 173 (2), 301–310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
7. Педерсон, Т. (2011). Ядрышко. Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии, 3 (3), a000638.
8. Цекреку, М., Стратиги, К., и Хатциниколау, Г. (2017). Ядрышко: в поддержании и ремонте генома. Международный журнал молекулярных наук, 18 (7), 1411.