KODOLS: RAKSTUROJUMS, STRUKTŪRA, MORFOLOĢIJA UN FUNKCIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

Nucleolus ir šūnas struktūra, kas nav atdalīti ar membrānu, kas ir viens no izcilākajiem jomās kodolā. Tas tiek novērots kā blīvāks reģions kodolā un ir sadalīts trīs reģionos: blīvs fibrillārais elements, fibrillārais centrs un granulētais komponents.

Tas galvenokārt ir atbildīgs par ribosomu sintēzi un montāžu; tomēr šai struktūrai ir arī citas funkcijas. Nukleolā ir atrasti vairāk nekā 700 olbaltumvielu, kas nav iesaistīti ribosomu bioģenēzes procesos. Tādā pašā veidā kodols ir iesaistīts dažādu patoloģiju attīstībā.

Pirmais pētnieks, kurš novēroja nukleola zonu, bija F. Fontana 1781. gadā, vairāk nekā pirms diviem gadsimtiem. Tad 20. gadsimta 30. gadu vidū Maklintoks varēja novērot šādu struktūru eksperimentos ar Zea mays. Kopš tā laika simtiem pētījumu ir koncentrējušies uz šī kodola reģiona funkciju un dinamikas izpratni.

Vispārīgais raksturojums

Kodols ir ievērojama struktūra, kas atrodas eikariotu šūnu kodolā. Tas ir “reģions” sfēras formā, jo nav tāda veida biomembrānas, kas to atdalītu no pārējiem kodolieroču komponentiem.

Mikroskopā to var uzskatīt par kodola apakšreģionu, kad šūna atrodas saskarnē.

Tas tiek organizēts reģionos, ko sauc par NOR (tā akronīms angļu valodā: hromosomu nukleolārie organizatora reģioni), kur atrodamas secības, kas kodē ribosomas.

Šie gēni atrodas noteiktos hromosomu reģionos. Cilvēkiem tie tiek organizēti tandēmā 13., 14., 15., 21. un 22. hromosomas satelīta apgabalā.

Nukleolā notiek ribosomu veidojošo apakšvienību transkripcija, apstrāde un salikšana.

Papildus tradicionālajai funkcijai kodols ir saistīts arī ar audzēju nomācošiem proteīniem, šūnu cikla regulatoriem un pat ar vīrusu olbaltumvielām.

Kodolu olbaltumvielas ir dinamiskas, un šķiet, ka to secība ir saglabājusies visā evolūcijas laikā. No šiem proteīniem tikai 30% ir saistīti ar ribosomu bioģenēzi.

Uzbūve un morfoloģija

Kodols ir sadalīts trīs galvenajos komponentos, kurus var atšķirt ar elektronu mikroskopiju: blīvā fibrilārā sastāvdaļa, fibrillārais centrs un granulētā sastāvdaļa.

Parasti to ieskauj kondensēts hromatīns, ko sauc par heterohromatīnu. Nukleolā notiek ribosomālas RNS transkripcijas, ribosomu prekursoru apstrādes un montāžas procesi.

Kodols ir dinamisks reģions, kurā olbaltumvielas, kuras komponenti var saistīt un ātri atdalīt no nukleolārajiem komponentiem, veidojot nepārtrauktu apmaiņu ar nukleoplazmu (želejveida viela, kas atrodas kodolā).

Zīdītājiem nukleola struktūra mainās atkarībā no šūnu cikla posmiem. Prohāzē tiek novērota nukleola dezorganizācija, un mitotiskā procesa beigās tas atkal saliekas. Maksimālā transkripcijas aktivitāte kodolā ir novērota S un G2 fāzēs.

RNS polimerāzes I darbību var ietekmēt dažādi fosforilēšanās stāvokļi, tādējādi mainot nukleola aktivitāti šūnu cikla laikā. Klusēšana mitozes laikā notiek dažādu elementu, piemēram, SL1 un TTF-1, fosforilēšanās dēļ.

Tomēr šis modelis nav izplatīts visos organismos. Piemēram, raugā kodols atrodas un ir aktīvs visā šūnu dalīšanas procesā.

Fibrila centri

Gēni, kas kodē ribosomālo RNS, atrodas fibrillārajos centros. Šie centri ir skaidri reģioni, ko ieskauj blīvi fibrillāri komponenti. Fibrillāro centru lielums un skaits variē atkarībā no šūnas veida.

Ir aprakstīts noteikts modelis attiecībā uz fibrillāro centru īpašībām. Šūnām ar augstu ribosomu sintēzi ir mazs fibrillāro centru skaits, savukārt šūnām ar samazinātu metabolismu (piemēram, limfocītiem) ir lielāki fibrillārie centri.

Pastāv specifiski gadījumi, piemēram, neironos ar ļoti aktīvu metabolismu, kuru kodolā ir milzu fibrillārs centrs, ko papildina mazāki, mazāki centri.

Blīvs fibrillārais un granulētais komponents

Blīvā fibrillārā sastāvdaļa un fibrillārie centri ir iestrādāti granulētajā komponentā, kura granulu diametrs ir no 15 līdz 20 nm. Transkripcijas process (DNS molekulas pāreja uz RNS, ko uzskata par gēna ekspresijas pirmo soli) notiek pie fibrillāro centru robežām un blīvajā fibrillārajā komponentā.

Ribosomu pre-RNS apstrāde notiek blīvajā fibrillārajā komponentā, un process norisinās līdz granulētajam komponentam. Transkripti uzkrājas blīvajā fibrillārajā komponentā, un nukleolārie proteīni atrodas arī blīvajā fibrillārajā komponentā. Tieši šajā reģionā notiek ribosomu montāža.

Pēc tam, kad ir pabeigts ribosomālas RNS ar nepieciešamajiem proteīniem montāžas process, šie produkti tiek eksportēti uz citoplazmu.

Granulētajā komponentā ir daudz transkripcijas faktoru (daži piemēri ir SUMO-1 un Ubc9). Parasti kodolu ieskauj heterohromatīns; Tiek uzskatīts, ka šai sablīvētajai DNS ir nozīme ribosomu RNS transkripcijā.

Zīdītājiem ribosomu DNS šūnās tiek sablīvēta vai apklusināta. Šķiet, ka šī organizācija ir svarīga ribosomu DNS regulēšanai un genoma stabilitātes aizsardzībai.

Kodolieroču organizēšanas reģions

Šajā reģionā (NOR) ir sagrupēti gēni (ribosomu DNS), kas kodē ribosomālo RNS.

Hromosomas, kas veido šos reģionus, atšķiras atkarībā no pētāmajām sugām. Cilvēkiem tie ir atrodami akrocentrisko hromosomu satelīta reģionos (centromērs atrodas netālu no viena gala), īpaši 13., 14., 15., 21. un 22. pārī.

Ribosomu DNS vienības sastāv no transkribētās sekvences un ārējā starplika, kas nepieciešama transkripcijai ar RNS polimerāzi I.

Ribosomālas DNS promoteros var atšķirt divus elementus: centrālo un elementu, kas atrodas augšpus (augšpus).

Iespējas

Ribosomu RNS formēšanas mašīnas

Kodolu var uzskatīt par rūpnīcu ar visiem komponentiem, kas nepieciešami ribosomu prekursoru biosintēzei.

Ribosomu vai ribosomu RNS (ribonukleīnskābe), ko parasti saīsina kā rRNS, ir ribosomu sastāvdaļa un piedalās olbaltumvielu sintēzē. Šis komponents ir būtisks visām dzīvu būtņu sugām.

Ribosomu RNS asociējas ar citiem proteīna rakstura komponentiem. Šīs saistīšanas rezultātā rodas ribosomu presubunits. Ribosomu RNS klasifikācija parasti tiek pievienota ar burtu "S", kas norāda Svedberga vienības vai sedimentācijas koeficientu.

Ribosomu organizācija

Ribosomas veido divas apakšvienības: galvenā vai lielā un mazā vai mazākā.

Prokariotu un eikariotu ribosomālais RNS ir diferencējams. Prokariotos lielā apakšvienība ir 50S un sastāv no 5S un 23S ribosomu RNS, tāpat mazā apakšvienība ir 30S un sastāv tikai no 16S ribosomālas RNS.

Turpretī lielāko apakšvienību (60S) veido 5S, 5.8S un 28S ribosomālas RNS. Mazo apakšvienību (40S) veido tikai 18S ribosomu RNS.

Nukleolā ir gēni, kas kodē ribosomālas RNS 5.8S, 18S un 28S. Šīs ribosomālas RNS tiek kodētas kā viena vienība kodolā ar RNS polimerāzes I palīdzību. Šī procesa rezultāts ir 45S RNS prekursors.

Minētais ribosomālais RNS prekursors (45S) jāsašķeļ tā 18S komponentos, kas pieder mazajai apakšvienībai (40S) un lielās apakšvienības (60S) 5.8S un 28S.

Trūkstošais ribosomālais RNS, 5S, tiek sintezēts ārpus nukleola; Atšķirībā no tā kolēģiem, procesu katalizē RNS polimerāze III.

Ribosomu RNS transkripcija

Šūnai vajadzīgs liels skaits ribosomu RNS molekulu. Ir vairākas gēnu kopijas, kas kodē šāda veida RNS, lai atbilstu šīm augstajām prasībām.

Piemēram, pamatojoties uz datiem, kas atrodami cilvēka genomā, ir 200 kopijas 5.8S, 18S un 28S ribosomu RNS. 5S ribosomu RNS ir 2000 eksemplāru.

Process sākas ar 45S ribosomu RNS. Tas sākas ar starpliku noņemšanu pie 5 ′ gala. Kad transkripcijas process ir pabeigts, atlikušo starpliku, kas atrodas 3 ′ galā, noņem. Pēc sekojošām delecijām iegūst nobriedušu ribosomālu RNS.

Turklāt ribosomālas RNS apstrādei ir vajadzīgas vairākas svarīgas modifikācijas tās bāzēs, piemēram, metilēšanas procesi un uridīna pārvēršana pseudouridīnā.

Pēc tam notiek olbaltumvielu un RNS pievienošana, kas atrodas kodolā. Starp tām ir mazās kodolās RNS (pRNS), kas piedalās ribosomu RNS atdalīšanā 18S, 5.8S un 28S produktos.

PRNA piemīt sekvences, kas papildina 18S un 28S ribosomālas RNS. Tādēļ viņi var modificēt RNS prekursora pamatus, metilējot noteiktus reģionus un piedaloties pseudouridīna veidošanā.

Ribosomu montāža

Ribosomu veidošanās ietver ribosomālas RNS saistību ar ribosomu olbaltumvielām un 5S. Procesa procesā iesaistītās olbaltumvielas citoplazmā tiek transkribētas ar RNS polimerāzi II, un tās jāpārvadā uz nukleolu.

Ribosomu olbaltumvielas sāk asociēties ar ribosomālajām RNS pirms 45S ribosomālas RNS šķelšanās. Pēc atdalīšanas pievieno atlikušos ribosomālus proteīnus un 5S ribosomālu RNS.

18S ribosomu RNS nobriešana notiek ātrāk. Visbeidzot, "preribosomālās daļiņas" tiek eksportētas uz citoplazmu.

Citas funkcijas

Jaunākajos pētījumos papildus ribosomu bioģenēzei ir atklāts, ka nukleols ir daudzfunkcionāla vienība.

Nukleols ir iesaistīts arī citu RNS veidu, piemēram, snRNPs (olbaltumvielu un RNS kompleksi, kas apvienojas ar iepriekšēju MNS, veidojot spiceksomas vai splicu kompleksu, pārstrādē un nogatavināšanā) un noteiktu RNS pārsūtīšanā. , mikroRNS un citi ribonukleoproteīnu kompleksi.

Veicot nukleola proteoma analīzi, ir atrasti proteīni, kas saistīti ar pirms Messenger RNS apstrādi, ar šūnu cikla kontroli, ar DNS replikāciju un labošanu. Nukleola olbaltumvielu sastāvs ir dinamisks un mainās dažādos vides apstākļos un šūnu stresā.

Tāpat ir virkne patoloģiju, kas saistītas ar nepareizu nukleola darbību. Tie ietver Diamond-Blackfan anēmiju un neirodeģeneratīvus traucējumus, piemēram, Alcheimera un Hantingtona slimību.

Alcheimera slimniekiem, salīdzinot ar veseliem pacientiem, ir izmaiņas kodolu izpausmju līmeņos.

Kodols un vēzis

Vairāk nekā 5000 pētījumu ir parādījusi saistību starp ļaundabīgu šūnu proliferāciju un nukleola aktivitāti.

Dažu pētījumu mērķis ir kvantificēt nukleola olbaltumvielas klīniskās diagnostikas vajadzībām. Citiem vārdiem sakot, mērķis ir novērtēt vēža izplatību, izmantojot šos proteīnus kā marķieri, īpaši B23, nukleolīna, UBF un RNS polimerāzes I apakšvienības.

No otras puses, ir noskaidrots, ka B23 proteīns ir tieši saistīts ar vēža attīstību. Tāpat patoloģiju attīstībā ir iesaistīti citi nukleolārie komponenti, piemēram, akūta promyelocytic leikēmija.

Kodols un vīrusi

Ir pietiekami daudz pierādījumu, ka vīrusiem gan no augiem, gan dzīvniekiem ir nepieciešami nukleola proteīni, lai panāktu replikācijas procesu. Kad šūnā rodas vīrusu infekcija, kodolā notiek izmaiņas tā morfoloģijā un olbaltumvielu sastāvā.

Tika atrasts ievērojams skaits olbaltumvielu, kas nāk no DNS un RNS sekvencēm, kas satur vīrusus un atrodas nukleolā.

Vīrusiem ir dažādas stratēģijas, kas ļauj viņiem atrasties šajā subnukleārajā reģionā, piemēram, vīrusu olbaltumvielas, kas satur “signālus”, kas viņus noved pie kodoliem. Šie tagi ir bagāti ar aminoskābēm arginīnu un lizīnu.

Vīrusu atrašanās kodolā atvieglo to replikāciju, un turklāt šķiet, ka tā ir prasība pēc to patogenitātes.

Atsauces

1. Boisverts, FM, van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, AI (2007). Daudzfunkcionāls kodols. Daba - pārskats par molekulāro šūnu bioloģiju, 8 (7), 574–585.
2. Boulon, S., Westman, BJ, Hutten, S., Boisvert, F.-M., & Lamond, AI (2010). Kodols zem stresa. Molecular Cell, 40 (2), 216–227.
3. Kūpers, CM (2000). Šūna: molekulārā pieeja. 2. izdevums. Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Kodols: aizraujošs kodolieroču ķermenis. Histoķīmija un šūnu bioloģija, 129 (1), 13. – 31.
4. Horký, M., Kotala, V., Anton, M., & WESIERSKA - GADEK, J. (2002). Kodols un apoptoze. Ņujorkas Zinātņu akadēmijas žurnāli, 973 (1), 258.-264.
5. Leung, AK, un Lamond, AI (2003). Nukleola dinamika. Kritiskās atsauksmes ™ eikariotu gēnu ekspresijā, 13 (1).
6. Montanaro, L., Treré, D., & Derenzini, M. (2008). Kodols, ribosomas un vēzis. The American Journal of Pathology, 173 (2), 301–310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
7. Pedersons, T. (2011). Kodols. Aukstā pavasara ostas perspektīvas bioloģijā, 3 (3), a000638.
8. Tsekrekou, M., Stratigi, K., & Chatzinikolaou, G. (2017). Kodols: genoma uzturēšanā un remontā. Starptautiskais molekulāro zinātņu žurnāls, 18 (7), 1411.