JĄDERKO: CHARAKTERYSTYKA, BUDOWA, MORFOLOGIA I FUNKCJE - BIOLOGIA - 2026

Jąderko jest struktura komórkowa nie ograniczone błoną, jest jednym z najważniejszych obszarów jądra. Jest obserwowany jako gęstszy obszar w jądrze i jest podzielony na trzy obszary: gęsty składnik włóknisty, środek włókienkowy i składnik ziarnisty.

Odpowiada głównie za syntezę i montaż rybosomów; jednak ta struktura ma również inne funkcje. W jąderkach znaleziono ponad 700 białek, które nie są zaangażowane w procesy biogenezy rybosomów. W ten sam sposób jąderko bierze udział w rozwoju różnych patologii.

Pierwszym badaczem, który zaobserwował strefę jąderkową, był F. Fontana w 1781 roku, ponad dwa wieki temu. Następnie, w połowie lat trzydziestych XX wieku, McClintock był w stanie zaobserwować taką strukturę w swoich eksperymentach z Zea mays. Od tego czasu setki badań skupiło się na zrozumieniu funkcji i dynamiki tego obszaru jądra.

Charakterystyka ogólna

Jąderko to wyróżniająca się struktura znajdująca się w jądrze komórek eukariotycznych. Jest to „region” w kształcie kuli, ponieważ nie ma rodzaju biomembrany, która oddziela go od pozostałych elementów jądrowych.

Można to zobaczyć pod mikroskopem jako podregion jądra, gdy komórka znajduje się na granicy faz.

Jest zorganizowany w regiony zwane NOR (od angielskiego akronimu: chromosomalne jądrowe regiony organizacyjne), w których znajdują się sekwencje kodujące rybosomy.

Te geny znajdują się w określonych regionach chromosomów. U ludzi są zorganizowane tandemowo w regionach satelitarnych chromosomów 13, 14, 15, 21 i 22.

W jąderku zachodzi transkrypcja, przetwarzanie i łączenie podjednostek tworzących rybosomy.

Oprócz swojej tradycyjnej funkcji jąderko jest powiązane z białkami supresorowymi guza, regulatorami cyklu komórkowego, a nawet białkami wirusów.

Białka jąderkowe są dynamiczne, a ich sekwencja wydaje się być zachowana w trakcie ewolucji. Spośród tych białek tylko 30% było związanych z biogenezą rybosomów.

Struktura i morfologia

Jąderko dzieli się na trzy główne składniki, które można rozróżnić w mikroskopie elektronowym: gęsty składnik włóknisty, środek włókienkowy i składnik ziarnisty.

Zwykle jest otoczony skondensowaną chromatyną, zwaną heterochromatyną. W jąderku zachodzą procesy transkrypcji rybosomalnego RNA, przetwarzania i składania prekursorów rybosomalnych.

Jąderko jest dynamicznym regionem, w którym białka, które składniki mogą szybko asocjować i oddzielać od komponentów jąderkowych, tworzą ciągłą wymianę z nukleoplazmą (galaretowata substancja wewnątrz jądra).

U ssaków struktura jąderka zmienia się wraz z etapami cyklu komórkowego. W profazie obserwuje się dezorganizację jąderek, które ponownie składają się pod koniec procesu mitotycznego. Maksymalną aktywność transkrypcyjną w jąderku obserwowano w fazie S i G2.

Na aktywność polimerazy RNA I mogą wpływać różne stany fosforylacji, modyfikując w ten sposób aktywność jąderka podczas cyklu komórkowego. Wyciszanie podczas mitozy następuje z powodu fosforylacji różnych elementów, takich jak SL1 i TTF-1.

Jednak ten wzorzec nie jest powszechny we wszystkich organizmach. Na przykład u drożdży jąderko jest obecne - i aktywne - podczas całego procesu podziału komórki.

Centra fibrylarne

Geny kodujące rybosomalne RNA znajdują się w centrach włókienkowych. Te centra to wyraźne obszary otoczone gęstymi włóknistymi składnikami. Centra włókienek są różnej wielkości i liczby, w zależności od typu komórki.

Opisano pewien wzór w odniesieniu do charakterystyki ośrodków włókienkowych. Komórki o wysokiej syntezie rybosomów mają małą liczbę centrów fibrylarnych, podczas gdy komórki o zmniejszonym metabolizmie (takie jak limfocyty) mają większe centra włókienkowe.

Istnieją szczególne przypadki, jak w neuronach o bardzo aktywnym metabolizmie, których jąderko ma olbrzymi ośrodek włókienkowy, któremu towarzyszą mniejsze, mniejsze centra.

Gęsty składnik włóknisty i ziarnisty

Gęsty składnik włókienkowy i centra włókienkowe są osadzone w składniku ziarnistym, którego granulki mają średnicę od 15 do 20 nm. Proces transkrypcji (przejście cząsteczki DNA do RNA, uważany za pierwszy etap ekspresji genów) zachodzi na granicach ośrodków włókienkowych oraz w gęstym komponencie włókienkowym.

Przetwarzanie rybosomalnego pre-RNA zachodzi w gęstym komponencie włóknistym, a proces rozciąga się na składnik ziarnisty. Transkrypty gromadzą się w gęstym komponencie włóknistym, a białka jąderkowe są również zlokalizowane w gęstym komponencie włókienkowym. To właśnie w tym regionie zachodzi gromadzenie się rybosomów.

Po zakończeniu tego procesu składania rybosomalnego RNA z niezbędnymi białkami produkty te są eksportowane do cytoplazmy.

Ziarnisty składnik jest bogaty w czynniki transkrypcyjne (kilka przykładów to SUMO-1 i Ubc9). Zwykle jąderko jest otoczone przez heterochromatynę; Uważa się, że to zbite DNA odgrywa rolę w transkrypcji rybosomalnego RNA.

U ssaków rybosomalny DNA w komórkach jest zagęszczany lub wyciszany. Ta organizacja wydaje się być ważna dla regulacji rybosomalnego DNA i dla ochrony stabilności genomu.

Region organizujący jądro

W tym regionie (NOR) zgrupowane są geny (rybosomalny DNA), które kodują rybosomalne RNA.

Chromosomy tworzące te regiony różnią się w zależności od badanego gatunku. U ludzi znajdują się w obszarach satelitarnych chromosomów akrocentrycznych (centromer znajduje się w pobliżu jednego z końców), w szczególności w parach 13, 14, 15, 21 i 22.

Jednostki rybosomu DNA składają się z transkrybowanej sekwencji i zewnętrznego przerywnika niezbędnego do transkrypcji przez polimerazę RNA I.

W promotorach rybosomalnego DNA można wyróżnić dwa elementy: centralny i element znajdujący się powyżej (w górę).

cechy

Maszyny do formowania rybosomalnego RNA

Jąderko można uznać za fabrykę zawierającą wszystkie składniki niezbędne do biosyntezy prekursorów rybosomów.

Rybosomalny lub rybosomalny RNA (kwas rybonukleinowy), powszechnie w skrócie rRNA, jest składnikiem rybosomów i uczestniczy w syntezie białek. Ten składnik jest niezbędny dla wszystkich linii żywych istot.

Rybosomalne RNA wiąże się z innymi składnikami o charakterze białkowym. To wiązanie daje w wyniku podjednostki rybosomalne. Klasyfikacji rybosomalnego RNA na ogół towarzyszy litera „S”, która wskazuje jednostki Svedberga lub współczynnik sedymentacji.

Organizacja rybosomów

Rybosomy składają się z dwóch podjednostek: głównej lub dużej i małej lub mniejszej.

Rybosomalne RNA prokariotów i eukariontów jest zróżnicowane. U prokariotów duża podjednostka to 50S i składa się z 5S i 23S rybosomalnego RNA, podobnie jak mała podjednostka to 30S i składa się tylko z 16S rybosomalnego RNA.

W przeciwieństwie do tego, główna podjednostka (60S) składa się z 5S, 5,8S i 28S rybosomalnego RNA. Mała podjednostka (40S) składa się wyłącznie z 18S rybosomalnego RNA.

W jąderku znajdują się geny kodujące rybosomalne RNA 5.8S, 18S i 28S. Te rybosomalne RNA są transkrybowane jako pojedyncza jednostka w jąderku przez polimerazę RNA I. W wyniku tego procesu powstaje prekursor 45S RNA.

Wspomniany prekursor rybosomalnego RNA (45S) musi zostać rozszczepiony na jego składniki 18S, należące do małej podjednostki (40S) oraz do 5,8S i 28S dużej podjednostki (60S).

Brakujący rybosomalny RNA, 5S, jest syntetyzowany poza jąderkiem; W przeciwieństwie do swoich odpowiedników proces ten jest katalizowany przez polimerazę RNA III.

Transkrypcja rybosomalnego RNA

Komórka potrzebuje dużej liczby cząsteczek rybosomalnego RNA. Istnieje wiele kopii genów kodujących ten typ RNA, aby spełnić te wysokie wymagania.

Na przykład, w oparciu o dane znalezione w ludzkim genomie, istnieje 200 kopii dla 5,8S, 18S i 28S rybosomalnego RNA. W przypadku rybosomalnego RNA 5S istnieje 2000 kopii.

Proces rozpoczyna się od 45S rybosomalnego RNA. Rozpoczyna się od wyjęcia elementu dystansowego w pobliżu końca 5 ′. Gdy proces transkrypcji jest zakończony, pozostały odstępnik znajdujący się na końcu 3 'jest usuwany. Po kolejnych delecjach uzyskuje się dojrzały rybosomalny RNA.

Ponadto przetwarzanie rybosomalnego RNA wymaga szeregu ważnych modyfikacji jego zasad, takich jak procesy metylacji i konwersja urydyny do pseudourydyny.

Następnie następuje dodanie białek i RNA zlokalizowanych w jąderku. Wśród nich są małe jąderkowe RNA (pRNA), które uczestniczą w separacji rybosomalnego RNA w produktach 18S, 5.8S i 28S.

PRNA posiadają sekwencje komplementarne do rybosomalnego RNA 18S i 28S. Dzięki temu mogą modyfikować zasady prekursorowego RNA, metylując określone regiony i uczestnicząc w tworzeniu pseudourydyny.

Montaż rybosomu

Tworzenie rybosomów obejmuje wiązanie macierzystego rybosomalnego RNA wraz z białkami rybosomalnymi i 5S. Białka biorące udział w tym procesie są transkrybowane przez polimerazę RNA II w cytoplazmie i muszą zostać przetransportowane do jąderka.

Białka rybosomalne zaczynają wiązać się z rybosomalnym RNA, zanim nastąpi rozszczepienie rybosomalnego RNA 45S. Po rozdzieleniu dodaje się pozostałe białka rybosomalne i 5S rybosomalny RNA.

Dojrzewanie rybosomalnego RNA 18S następuje szybciej. Wreszcie „cząstki prerybosomalne” są eksportowane do cytoplazmy.

Inne funkcje

Oprócz biogenezy rybosomów ostatnie badania wykazały, że jąderko jest jednostką wielofunkcyjną.

Jąderko bierze również udział w przetwarzaniu i dojrzewaniu innych typów RNA, takich jak snRNP (kompleksy białek i RNA, które łączą się z pre-informacyjnym RNA, tworząc spliceosomy lub kompleks składania) oraz niektóre transferowe RNA. , mikroRNA i inne kompleksy rybonukleoprotein.

Dzięki analizie proteomu jąderek wykryto białka związane z przetwarzaniem pre-informacyjnego RNA, z kontrolą cyklu komórkowego, z replikacją i naprawą DNA. Budowa białek jąderek jest dynamiczna i zmienia się w zależności od różnych warunków środowiskowych i stresu komórkowego.

Podobnie istnieje szereg patologii związanych z nieprawidłowym funkcjonowaniem jąderka. Należą do nich anemia Diamonda-Blackfana i zaburzenia neurodegeneracyjne, takie jak choroba Alzheimera i Huntingtona.

U pacjentów z chorobą Alzheimera następuje zmiana poziomu ekspresji jąderka w porównaniu z pacjentami zdrowymi.

Jąderko i rak

Ponad 5000 badań wykazało związek między proliferacją komórek złośliwych a aktywnością jąderek.

Celem niektórych badań jest ilościowe określenie białek jąderek do celów diagnostyki klinicznej. Innymi słowy, celem jest ocena proliferacji raka przy użyciu tych białek jako markera, w szczególności podjednostek B23, nukleoliny, UBF i polimerazy I RNA.

Z drugiej strony stwierdzono, że białko B23 jest bezpośrednio związane z rozwojem raka. Podobnie inne składniki jąderkowe są zaangażowane w rozwój patologii, takich jak ostra białaczka promielocytowa.

Jąderko i wirusy

Istnieją wystarczające dowody, aby stwierdzić, że wirusy, zarówno roślinne, jak i zwierzęce, potrzebują białek jąderek, aby osiągnąć proces replikacji. W jąderku zachodzą zmiany w morfologii i składzie białek, gdy komórka doświadcza infekcji wirusowej.

Znaleziono znaczną liczbę białek pochodzących z sekwencji DNA i RNA, które zawierają wirusy i są zlokalizowane w jąderku.

Wirusy mają różne strategie, które pozwalają im lokalizować się w tym regionie podjądrowym, na przykład białka wirusowe zawierające „sygnały” prowadzące do jąderka. Znaczniki te są bogate w aminokwasy argininę i lizynę.

Lokalizacja wirusów w jąderku ułatwia ich replikację, a ponadto wydaje się, że jest to warunek ich patogenności.

Bibliografia

1. Boisvert, FM, van Koningsbruggen, S., Navascués, J. i Lamond, AI (2007). Jąderko wielofunkcyjne. Nature review Molecular cell biology, 8 (7), 574–585.
2. Boulon, S., Westman, BJ, Hutten, S., Boisvert, F.-M. i Lamond, AI (2010). Jąderko w stresie. Molecular Cell, 40 (2), 216–227.
3. Cooper, CM (2000). Komórka: podejście molekularne. Wydanie 2. Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Jąderko: fascynujące ciało jądrowe. Histochemistry and Cell Biology, 129 (1), 13–31.
4. Horký, M., Kotala, V., Anton, M. i WESIERSKA - GADEK, J. (2002). Jąderko i apoptoza. Annals of the New York Academy of Sciences, 973 (1), 258-264.
5. Leung, AK i Lamond, AI (2003). Dynamika jąderka. Critical Reviews ™ in Eukariotic Gene Expression, 13 (1).
6. Montanaro, L., Treré, D. i Derenzini, M. (2008). Jąderko, rybosomy i rak. The American Journal of Pathology, 173 (2), 301–310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
7. Pederson, T. (2011). Jąderko. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 3 (3), a000638.
8. Tsekrekou, M., Stratigi, K. i Chatzinikolaou, G. (2017). Jąderko: w konserwacji i naprawie genomu. International Journal of Molecular Sciences, 18 (7), 1411.