NUCLEOLUS: JELLEMZŐK, SZERKEZET, MORFOLÓGIA ÉS FUNKCIÓK - BIOLÓGIA - 2025

A magmag olyan sejtszerkezet, amelyet nem határol egy membrán, és amely a mag egyik legjelentősebb területe. Sűrűbb régióként megfigyelhető a magban, és három részre oszlik: sűrű fibrilláris komponens, fibrilláris központ és granulált komponens.

Főként a riboszómák szintéziséért és összeállításáért felelős; ennek a struktúrának azonban más funkciói is vannak. Több mint 700 fehérjét találtak a nukleolusban, amelyek nem vesznek részt a riboszóma biogenezisében. Ugyanígy, a magmag részt vesz a különböző patológiák kialakulásában.

Az első kutató, aki megfigyelte a magmagzónát, F. Fontana volt 1781-ben, több mint két évszázaddal ezelőtt. Aztán az 1930-as évek közepén McClintock képes volt megfigyelni egy ilyen szerkezetet a Zea mays-sel végzett kísérleteiben. Azóta több száz kutatás koncentrálódott a mag ezen régiójának funkcióinak és dinamikájának megértésére.

Általános tulajdonságok

A magmag egy kiemelkedő szerkezet, amely az eukarióta sejtek magjában helyezkedik el. Gömb alakú „régió”, mivel nincs olyan biomembrán típus, amely elválasztaná azt a többi nukleáris alkotóelemtől.

A mikroszkóp alatt a mag alrégiójának tekinthető, amikor a sejt az interfészen van.

A NORs nevű régiókban van (angolul betűszóként: kromoszómális nukleáris szervező régiók), ahol a riboszómákat kódoló szekvenciák találhatók.

Ezek a gének a kromoszómák meghatározott régióiban vannak. Emberekben a 13., 14., 15., 21. és 22. kromoszóma szatellit régióiban tandemben vannak elrendezve.

A nukleolusban a riboszómákat alkotó alegységek átírása, feldolgozása és összeszerelése történik.

Hagyományos funkciója mellett a nukleolus kapcsolatban áll a tumorszuppresszor fehérjékkel, a sejtciklus-szabályozókkal és még a vírusok fehérjéivel is.

A nukleolusfehérjék dinamikusak, és úgy tűnik, hogy szekvenciáik megőrződtek az evolúció során. Ezekből a fehérjékből csak 30% -uk volt kapcsolatban a riboszóma biogenezissel.

Felépítés és morfológia

A magdarabot három fő komponensre osztják, amelyek elektronmikroszkóposan megkülönböztethetők: a sűrű fibrilláris komponens, a fibrilláris központ és a szemcsés komponens.

Általában kondenzált kromatin veszi körül, úgynevezett heterochromatin. A nukleolusban a riboszómális RNS transzkripciójának folyamata, a riboszóma prekurzorok feldolgozása és összeállítása zajlik.

A magmag egy dinamikus régió, ahol a fehérjék, amelyekkel az összetevők képesek asszociálódni és gyorsan elválasztódni a nukleáris komponensektől, folyamatos cserét hoznak létre a nukleoplazmával (a magban lévő zselatin anyag).

Emlősökben a sejtmag szerkezete a sejtciklus szakaszától függ. A fázisban megfigyelhető a nukleóla szétesése, és a mitotikus folyamat végén újra összeáll. A nukleolusban a maximális transzkripciós aktivitást megfigyelték az S és a G2 fázisban.

Az RNS polimeráz I aktivitását a foszforiláció különböző státusai befolyásolhatják, ezáltal módosítva a sejtmag aktivitását a sejtciklus során. A mitózis elnémulása a különféle elemek, például az SL1 és a TTF-1 foszforilációja miatt fordul elő.

Ez a mintázat azonban nem minden organizmusban jellemző. Például az élesztőben a sejtmag jelen van - és aktív - a sejtosztódás teljes folyamata során.

Rostos központok

A riboszómális RNS-t kódoló gének a fibrilláris központokban találhatók. Ezek a központok tiszta régiók, amelyeket sűrű fibrilláris komponensek vesznek körül. A fibrilláris központok méretét és számát változtatják, a sejt típusától függően.

Egy bizonyos mintát leírtak a fibrilláris központok jellemzői tekintetében. A magas riboszómás szintézissel rendelkező sejtekben kevés a fibrilláris központ, míg a csökkent metabolizmusú sejtekben (például a limfocitákban) nagyobb a fibrilláris központ.

Specifikus esetek vannak, mint például egy nagyon aktív anyagcserével rendelkező neuronokban, amelyeknek nukleóliájában óriási fibrilláris központ található, kisebb kisebb központokkal együtt.

Sűrű fibrilláris és szemcsés komponens

A sűrű fibrilláris komponens és a fibrilláris központok be vannak ágyazva a szemcsés komponensbe, amelynek granulátumának átmérője 15-20 nm. A transzkripciós folyamat (a DNS-molekula átjutása az RNS-hez, amelyet a gén expressziójának első lépésének tekintünk) a fibrilláris centrumok határain és a sűrű fibrilláris komponensben zajlik.

A riboszómális pre-RNS feldolgozása a sűrű fibrilláris komponensben zajlik, és a folyamat a granulált komponensre is kiterjed. A transzkripciók felhalmozódnak a sűrű fibrilláris komponensben, és a nukleáris fehérjék szintén a sűrű fibrilláris komponensben helyezkednek el. Ebben a régióban történik a riboszómák összeszerelése.

A riboszómális RNS és a szükséges fehérjék összeszerelésének befejezése után ezeket a termékeket exportálják a citoplazmába.

A szemcsés komponens gazdag transzkripciós faktorokban (a SUMO-1 és az Ubc9 néhány példa). Jellemzően a sejtmagot heterochromatin veszi körül; Úgy gondolják, hogy ez a tömörített DNS szerepet játszik a riboszomális RNS transzkripciójában.

Emlősökben a sejtek riboszómális DNS-éit tömörítik vagy elnémítják. Ez a szervezet fontosnak tűnik a riboszómális DNS szabályozása és a genomi stabilitás védelme szempontjából.

Nukleáris szervező régió

Ebben a régióban (NOR) a riboszomális RNS-t kódoló gének (riboszómális DNS) vannak csoportosítva.

Az ezeket a régiókat alkotó kromoszómák a vizsgált fajoktól függően változnak. Emberekben az akrocentrikus kromoszómák műholdas régióiban találhatók (a centromér az egyik vég közelében helyezkedik el), különösen a 13., 14., 15., 21. és 22. párban.

A riboszóma DNS egységek az átírt szekvenciából és egy külső távtartóból állnak, amely az RNS polimeráz I transzkripciójához szükséges.

A riboszómális DNS promótereiben két elem megkülönböztethető: egy központi és egy elem, amely felfelé (felfelé) helyezkedik el.

Jellemzők

Riboszomális RNS-formáló gépek

A nukleolust olyan gyárnak lehet tekinteni, amely tartalmazza a riboszóma prekurzorok bioszintéziséhez szükséges összes komponenst.

A riboszómális vagy riboszómális RNS (ribonukleinsav), amelyet általában rRNS-nek rövidítünk, a riboszómák alkotóeleme és részt vesz a fehérjék szintézisében. Ez az alkotóelem létfontosságú az élőlények összes vonalához.

A riboszómális RNS asszociálódik a protein jellegű egyéb komponensekkel. Ez a kötés riboszómális presub egységeket eredményez. A riboszomális RNS osztályozását általában "S" betűvel adják meg, amely jelzi a Svedberg egységeket vagy az ülepedési együtthatót.

A riboszómák szervezete

A riboszómák két alegységből állnak: a nagyobb vagy a nagy, valamint a kicsi vagy a kisebb.

A prokarióták és az eukarióták riboszómális RNS-e megkülönböztethető. Prokariótákban a nagy alegység 50S, és 5S és 23S riboszómális RNS-ekből áll, hasonlóan a kis alegység 30S, és csak 16S riboszomális RNS-ből áll.

Ezzel szemben a fő alegység (60S) 5S, 5.8S és 28S riboszomális RNS-ekből áll. A kis alegység (40S) kizárólag 18S riboszomális RNS-ből áll.

A nukleolusban azok a gének vannak, amelyek az 5.8S, 18S és 28S riboszómális RNS-eket kódolják. Ezeket a riboszómális RNS-ket egyetlen egységként írják át a nukleolusban az RNS polimeráz I segítségével. Ez az eljárás 45S RNS prekurzort eredményez.

Az említett riboszómális RNS prekurzort (45S) hasítani kell annak 18S komponenseire, amelyek a kis alegységhez (40S), valamint a 5.8S és 28S a nagy alegységhez (60S) tartoznak.

A hiányzó riboszómális RNS-t (5S) a nukleoluson kívül szintetizálják; A társaitól eltérően, a folyamatot RNS polimeráz III katalizálja.

Riboszomális RNS transzkripció

Egy sejtnek nagyszámú riboszómális RNS-molekulára van szüksége. A gének több példánya kódolja az ilyen típusú RNS-t, hogy megfeleljen ezeknek a magas követelményeknek.

Például az emberi genomban talált adatok alapján 200 példány van az 5.8S, 18S és 28S riboszómális RNS-ekről. Az 5S riboszomális RNS-hez 2000 példány van.

A folyamat 45S riboszómális RNS-sel kezdődik. A távtartó eltávolításával kezdődik az 5 'vég közelében. Amikor a transzkripciós folyamat befejeződött, a 3 'végén elhelyezkedő távtartót eltávolítják. A későbbi deléciók után az érett riboszómális RNS-t kapjuk.

Ezenkívül a riboszomális RNS feldolgozása számos fontos módosítást igényel az alapjaiban, például a metilezési folyamatokat és az uridin pszeudouridinné alakulását.

Ezt követően a nukleolusban található proteinek és RNS-k adódnak hozzá. Ezek között vannak a kis nukleáris RNS-ek (pRNS), amelyek részt vesznek a riboszómális RNS-ek elválasztásában a 18S, 5.8S és 28S termékekben.

A PRNA-k olyan szekvenciákkal rendelkeznek, amelyek komplementer a 18S és 28S riboszómális RNS-ekkel. Ezért módosíthatják a prekurzor RNS alapjait, metilezve bizonyos régiókat és részt vesznek az pszeudouridin képződésében.

Riboszóma szerelés

A riboszómák képződése magában foglalja a szülő riboszómális RNS kötődését, valamint a riboszómális proteineket és az 5S-t. A folyamatban részt vevő fehérjéket az RNS polimeráz II átírja a citoplazmában, és azokat a nukleolusba kell szállítani.

A riboszómális fehérjék a 45S riboszómális RNS hasítása előtt megkezdik a kapszulázást a riboszómális RNS-ekkel. Az elválasztás után hozzáadjuk a fennmaradó riboszómális proteineket és 5S riboszómális RNS-t.

A 18S riboszomális RNS érése gyorsabban megy végbe. Végül az "preroboszómális részecskék" exportálódnak a citoplazmába.

Egyéb funkciók

A riboszómák biogenezisén túl a legfrissebb kutatások azt találták, hogy a nucleolus multifunkcionális entitás.

A nukleolus részt vesz más típusú RNS, például snRNP-k (fehérje- és RNS-komplexek, amelyek egyesítik a pre-messenger RNS-t, hogy spliceoszóma vagy splicis komplexet képezzenek) és bizonyos transzfer RNS-ek feldolgozásában és érésében., mikroRNS-ek és más ribonukleoprotein komplexek.

A nukleolus proteom elemzésén keresztül olyan pre-messenger RNS feldolgozásával, a sejtciklus szabályozásával, a DNS replikációjával és helyreállításával kapcsolatos fehérjéket találtak. A magmag fehérjeösszetevője dinamikus és változik különböző környezeti feltételek mellett és a sejtstressz körül.

Hasonlóképpen, vannak olyan patológiák is, amelyek a nukleolus helytelen működésével járnak. Ide tartoznak a Diamond - Blackfan vérszegénység és a neurodegeneratív rendellenességek, például Alzheimer-kór és Huntington-kór.

Alzheimer-kóros betegekben megváltozik a magmag expressziós szintje az egészséges betegekhez képest.

A magmag és a rák

Több mint 5000 tanulmány kimutatta a kapcsolatot a rosszindulatú sejtek proliferációja és a nucleolus aktivitása között.

Néhány vizsgálat célja a nukleolusfehérjék klinikai diagnosztikai célú meghatározása. Más szavakkal, a cél a rákos szaporodás felmérése ezen fehérjék markerként, konkrétan B23, nukleolin, UBF és RNS polimeráz I alegységek felhasználásával.

Másrészt azt találták, hogy a B23 fehérje közvetlenül kapcsolódik a rák kialakulásához. Hasonlóképpen, más nukleáris komponensek is részt vesznek olyan patológiák kialakulásában, mint például az akut promyelocyticus leukémia.

A magmag és a vírusok

Elegendő bizonyíték van arra, hogy kijelentsük, hogy a növényekből és állatokból származó vírusoknak nukleolusfehérjékre van szükségük a replikációs folyamat megvalósításához. A nukleolus morfológiája és fehérjeösszetétele szempontjából változások történnek, amikor a sejt vírusos fertőzést tapasztal.

Számos olyan fehérjét találtak, amelyek olyan DNS- és RNS-szekvenciákból származnak, amelyek vírusokat tartalmaznak és a nukleolusban találhatók.

A vírusok különböző stratégiákat alkalmaznak, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy lokalizáljanak magukat ezen a szubnukleáris régióban, például olyan vírusfehérjék, amelyek „jeleket” tartalmaznak, amelyek a nukleolushoz vezetik. Ezek a címkék gazdagok az arginin és a lizin aminosavakban.

A vírusok elhelyezkedése a nukleolusban megkönnyíti azok replikációját, és emellett úgy tűnik, hogy követelmény a patogenitásukra.

Irodalom

1. Boisvert, FM, van Koningsbruggen, S., Navascués, J., és Lamond, AI (2007). A multifunkcionális nucleolus. Nature reviews Molecular cell biology, 8 (7), 574–585.
2. Boulon, S., Westman, BJ, Hutten, S., Boisvert, F.-M., és Lamond, AI (2010). A Nucleolus stressz alatt. Molecular Cell, 40 (2), 216–227.
3. Cooper, CM (2000). A cella: molekuláris megközelítés. 2. kiadás. Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P. és Hernandez-Verdun, D. (2008). Nucleolus: a lenyűgöző nukleáris test. Hisztokémia és sejtbiológia, 129 (1), 13–31.
4. Horký, M., Kotala, V., Anton, M. és WESIERSKA - GADEK, J. (2002). Nukleológia és apoptózis. A New York Tudományos Akadémia évkönyve, 973 (1), 258-264.
5. Leung, AK, és Lamond, AI (2003). A magmag dinamikája. Critical Reviews ™ az eukarióta génexpresszióban, 13. (1).
6. Montanaro, L., Treré, D. és Derenzini, M. (2008). Nucleolus, riboszómák és rák. Az American Journal of Pathology, 173 (2), 301–310.
7. Pederson, T. (2011). A Nucleolus. Cold Spring Harbor perspektívák a biológiában, 3 (3), a000638.
8. Tsekrekou, M., Stratigi, K. és Chatzinikolaou, G. (2017). A Nucleolus: A genom karbantartásában és javításában. International Journal of Molecular Sciences, 18 (7), 1411.