JADRO: VLASTNOSTI, ŠTRUKTÚRA, MORFOLÓGIA A FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026

Jadierko je bunková štruktúra nie je ohraničená membránou, je jedným z najvýznamnejších oblastí jadra. Je pozorovaná ako hustejšia oblasť v jadre a je rozdelená do troch oblastí: hustá fibrilárna zložka, fibrilárny stred a granulovaná zložka.

Je zodpovedný najmä za syntézu a zostavenie ribozómov; táto štruktúra však má aj ďalšie funkcie. V jadre bolo nájdených viac ako 700 proteínov, ktoré sa nezúčastňujú na procesoch biogenézy ribozómov. Rovnakým spôsobom sa nukleolus podieľa na vývoji rôznych patológií.

Prvým výskumníkom, ktorý pozoroval jadrovú zónu, bol F. Fontana v roku 1781, pred viac ako dvoma storočiami. Potom, v polovici 30. rokov, bol McClintock schopný pozorovať takúto štruktúru vo svojich experimentoch s Zea mays. Odvtedy sa stovky výskumov zameriavajú na pochopenie funkcií a dynamiky tejto oblasti jadra.

Všeobecné charakteristiky

Jadro je významná štruktúra umiestnená vo vnútri jadra eukaryotických buniek. Je to „región“ v tvare gule, pretože neexistuje žiaden druh biomembrány, ktorý by ho oddeľoval od zvyšku jadrových zložiek.

Keď je bunka na rozhraní, možno ju vidieť pod mikroskopom ako podoblasť jadra.

Je organizovaná v oblastiach nazývaných NOR (pre skratku v angličtine: chromozomálne nukleárne organizačné oblasti), kde sa nachádzajú sekvencie, ktoré kódujú ribozómy.

Tieto gény sú v špecifických oblastiach chromozómov. U ľudí sú organizované v tandeme v satelitných oblastiach chromozómov 13, 14, 15, 21 a 22.

V jadre dochádza k transkripcii, spracovaniu a zostaveniu podjednotiek, ktoré tvoria ribozómy.

Okrem svojej tradičnej funkcie je jadro spojené s proteínmi potláčajúcimi nádory, regulátormi bunkového cyklu a dokonca aj proteínmi z vírusov.

Nukleolusové proteíny sú dynamické a zdá sa, že ich sekvencia bola počas evolúcie konzervovaná. Z týchto proteínov bolo iba 30% spojených s biogenézou ribozómov.

Štruktúra a morfológia

Nukleol je rozdelený na tri hlavné zložky, ktoré sa dajú rozlíšiť pomocou elektrónovej mikroskopie: hustá fibrilárna zložka, fibrilárne centrum a granulovaná zložka.

Všeobecne je obklopený kondenzovaným chromatínom, ktorý sa nazýva heterochromatín. V jadre dochádza k procesom transkripcie ribozomálnej RNA, spracovaniu a zostaveniu ribozomálnych prekurzorov.

Nukleolus je dynamická oblasť, kde proteíny, s ktorými môžu byť zložky asociované a rýchlo sa od nich oddeliť od nukleárnych zložiek, vytvárajú nepretržitú výmenu s nukleoplazmou (želatínová látka je vnútornou súčasťou jadra).

U cicavcov sa štruktúra jadra mení v závislosti od štádia bunkového cyklu. V profázii je pozorovaná dezorganizácia jadra a na konci mitotického procesu sa znova zostavuje. Maximálna transkripčná aktivita v jadre bola pozorovaná vo fázach S a G2.

Aktivita RNA polymerázy I môže byť ovplyvnená rôznymi stavmi fosforylácie, a tak modifikovať aktivitu jadra počas bunkového cyklu. K utlmeniu počas mitózy dochádza v dôsledku fosforylácie rôznych prvkov, ako je SL1 a TTF-1.

Tento vzorec však nie je bežný vo všetkých organizmoch. Napríklad v kvasinkách je nukleolus prítomný - a aktívny - počas celého procesu delenia buniek.

Fibrilárne centrá

Gény, ktoré kódujú ribozomálnu RNA, sa nachádzajú vo fibrilárnych centrách. Tieto centrá sú číre oblasti obklopené hustými fibrilárnymi zložkami. Fibrilárne centrá sa líšia veľkosťou a počtom v závislosti od typu bunky.

Určitý obrazec bol opísaný s ohľadom na vlastnosti fibrilárnych centier. Bunky s vysokou syntézou ribozómov majú nízky počet fibrilárnych centier, zatiaľ čo bunky so zníženým metabolizmom (ako sú napríklad lymfocyty) majú väčšie fibrilárne centrá.

Existujú špecifické prípady, napríklad v neurónoch s veľmi aktívnym metabolizmom, ktorých jadro má obrovské fibrilárne centrum, sprevádzané menšími strediskami.

Hustá fibrilárna zložka a granulovaná zložka

Hustá fibrilárna zložka a fibrilárne centrá sú uložené v granulovanej zložke, ktorej granule majú priemer 15 až 20 nm. Transkripčný proces (prechod molekuly DNA na RNA, považovaný za prvý krok génovej expresie) sa vyskytuje na hraniciach fibrilárnych centier a v hustej fibrilárnej zložke.

Spracovanie ribozomálnej pre-RNA prebieha v hustej fibrilárnej zložke a proces sa rozširuje na granulovanú zložku. Transkripty sa hromadí v hustej fibrilárnej zložke a nukleárne proteíny sa nachádzajú aj v hustej fibrilárnej zložke. V tejto oblasti dochádza k zhromažďovaniu ribozómov.

Po dokončení tohto procesu zostavenia ribozomálnej RNA s potrebnými proteínmi sa tieto produkty exportujú do cytoplazmy.

Granulovaná zložka je bohatá na transkripčné faktory (niektoré príklady sú SUMO-1 a Ubc9). Nukleolus je typicky obklopený heterochromatínom; Predpokladá sa, že táto kompaktná DNA hrá úlohu pri transkripcii ribozomálnej RNA.

U cicavcov je ribozomálna DNA v bunkách zhutnená alebo umlčaná. Zdá sa, že táto organizácia je dôležitá pre reguláciu ribozomálnej DNA a pre ochranu genómovej stability.

Nukleárny organizujúci región

V tejto oblasti (NOR) sú zoskupené gény (ribozomálna DNA), ktoré kódujú ribozomálnu RNA.

Chromozómy, ktoré tvoria tieto oblasti, sa líšia v závislosti od skúmaného druhu. U ľudí sa nachádzajú v satelitných oblastiach acrocentrických chromozómov (centroméra sa nachádza blízko jedného z koncov), konkrétne v pároch 13, 14, 15, 21 a 22.

Ribozómové DNA jednotky pozostávajú z transkribovanej sekvencie a externého spacera potrebného na transkripciu RNA polymerázou I.

V promótoroch pre ribozomálnu DNA je možné rozlíšiť dva prvky: jeden centrálny a prvok umiestnený proti prúdu (proti prúdu).

Vlastnosti

Stroje na tvarovanie ribozomálnej RNA

Nukleol možno považovať za továreň so všetkými zložkami potrebnými pre biosyntézu ribozómových prekurzorov.

Ribozomálna alebo ribozomálna RNA (kyselina ribonukleová), bežne skrátená ako rRNA, je zložkou ribozómov a podieľa sa na syntéze proteínov. Táto zložka je životne dôležitá pre všetky línie živých bytostí.

Ribozomálna RNA sa asociuje s ďalšími zložkami proteínovej povahy. Táto väzba vedie k ribozomálnym predjednotkám. Klasifikácia ribozomálnej RNA sa všeobecne uvádza spolu s písmenom „S“, ktoré označuje jednotky Svedberg alebo sedimentačný koeficient.

Organizácia ribozómov

Ribozómy sa skladajú z dvoch podjednotiek: veľká alebo veľká a malá alebo menšia.

Ribozomálna RNA prokaryotov a eukaryotov je diferencovateľná. V prokaryotoch je veľká podjednotka 50S a je zložená z 5S a 23S ribozomálnych RNA, podobne je malá podjednotka 30S a je zložená iba z 16S ribozomálnej RNA.

Naopak, hlavná podjednotka (60S) je zložená z 5S, 5,8S a 28S ribozomálnych RNA. Malá podjednotka (40S) je zložená výlučne z 18S ribozomálnej RNA.

V jadre sú gény kódujúce ribozomálne RNA 5.8S, 18S a 28S. Tieto ribozomálne RNA sú transkribované ako jedna jednotka v jadre RNA polymerázou I. Tento proces vedie k 45S RNA prekurzoru.

Uvedený prekurzor ribozomálnej RNA (45S) sa musí štiepiť na svoje 18S komponenty, ktoré patria do malej podjednotky (40S) a do 5,8S a 28S veľkej podjednotky (60S).

Chýbajúca ribozomálna RNA, 5S, je syntetizovaná mimo jadra; Na rozdiel od svojich náprotivkov je tento proces katalyzovaný RNA polymerázou III.

Transkripcia ribozomálnej RNA

Bunka potrebuje vysoký počet molekúl ribozomálnej RNA. Existuje niekoľko kópií génov, ktoré kódujú tento typ RNA, aby sa splnili tieto vysoké požiadavky.

Napríklad na základe údajov nájdených v ľudskom genóme existuje 200 kópií pre ribozomálne RNA 5,8S, 18S a 28S. Pre 5S ribozomálnu RNA je 2000 kópií.

Proces sa začína ribozomálnou RNA 45S. Začína sa odstránením rozpierky blízko 5 'konca. Po dokončení procesu transkripcie sa odstráni zvyšná vložka umiestnená na 3 'konci. Po následných deléciách sa získa zrelá ribozomálna RNA.

Ďalej, spracovanie ribozomálnej RNA vyžaduje rad dôležitých modifikácií v jej bázach, ako sú procesy metylácie a konverzie uridínu na pseudouridín.

Následne dôjde k pridaniu proteínov a RNA nachádzajúcich sa v jadre. Medzi ne patria malé nukleárne RNA (pRNA), ktoré sa podieľajú na separácii ribozomálnych RNA v produktoch 18S, 5.8S a 28S.

PRNA majú sekvencie komplementárne k 18S a 28S ribozomálnym RNA. Preto môžu modifikovať bázy prekurzorovej RNA, metylovať určité oblasti a podieľať sa na tvorbe pseudouridínu.

Zostava ribozómov

Tvorba ribozómov zahŕňa väzbu rodičovskej ribozomálnej RNA spolu s ribozomálnymi proteínmi a 5S. Proteíny zapojené do procesu sú transkribované RNA-polymerázou II v cytoplazme a musia byť transportované do jadra.

Ribozomálne proteíny sa začínajú asociovať s ribozomálnymi RNA skôr, ako dôjde k štiepeniu ribozomálnej RNA 45S. Po separácii sa pridajú zvyšné ribozomálne proteíny a 5S ribozomálna RNA.

Maturácia ribozomálnej RNA 18S nastáva rýchlejšie. Nakoniec sa „provibozomálne častice“ exportujú do cytoplazmy.

Ďalšie funkcie

Okrem biogenézy ribozómov nedávny výskum ukázal, že jadro je multifunkčnou entitou.

Nukleol sa tiež podieľa na spracovaní a dozrievaní iných typov RNA, ako sú snRNP (komplexy proteínov a RNA, ktoré sa kombinujú s RNA prenášajúcimi posolstvo a vytvárajú zostrihový alebo zostrihový komplex) a určité transferové RNA. , mikroRNA a ďalšie ribonukleoproteínové komplexy.

Analýzou nukleolózneho proteómu sa našli proteíny spojené so spracovaním RNA pred prenosom, kontrolou bunkového cyklu, replikáciou DNA a opravou. Proteínové zloženie jadra je dynamické a mení sa za rôznych podmienok prostredia a bunkového stresu.

Podobne existuje mnoho patológií spojených s nesprávnym fungovaním jadra. Patria sem anémia typu Diamond - Blackfan a neurodegeneratívne poruchy, ako je Alzheimerova a Huntingtonova choroba.

U pacientov s Alzheimerovou chorobou došlo v porovnaní so zdravými pacientmi k zmene hladín expresie jadra.

Jadro a rakovina

Viac ako 5 000 štúdií preukázalo vzťah medzi proliferáciou malígnych buniek a nukleolusovou aktivitou.

Cieľom niektorých výskumov je kvantifikácia nukleových proteínov na klinické diagnostické účely. Inými slovami, cieľom je vyhodnotiť proliferáciu rakoviny pomocou týchto proteínov ako markera, konkrétne B23, nukleolínu, UBF a RNA polymerázy I podjednotiek.

Na druhej strane sa zistilo, že proteín B23 je priamo spojený s rozvojom rakoviny. Podobne sú do vývoja patológií zapojené ďalšie nukleárne komponenty, ako je akútna promyelocytová leukémia.

Jadro a vírusy

Existuje dostatočný dôkaz, ktorý tvrdí, že vírusy, tak z rastlín, ako aj zo zvierat, potrebujú na dosiahnutie procesu replikácie nukleové proteíny. Keď dôjde k vírusovej infekcii, v jadre dochádza k zmenám, pokiaľ ide o jeho morfológiu a zloženie bielkovín.

Zistilo sa významné množstvo proteínov, ktoré pochádzajú zo sekvencií DNA a RNA, ktoré obsahujú vírusy a sú umiestnené v jadre.

Vírusy majú rôzne stratégie, ktoré im umožňujú lokalizovať sa v tejto subnukleárnej oblasti, ako napríklad vírusové proteíny, ktoré obsahujú „signály“, ktoré ich vedú k jadru. Tieto značky sú bohaté na aminokyseliny arginín a lyzín.

Umiestnenie vírusov v jadre uľahčuje ich replikáciu a navyše sa zdá, že je to požiadavka na ich patogenitu.

Referencie

1. Boisvert, FM, van Koningsbruggen, S., Navascués, J. & Lamond, AI (2007). Multifunkčný nukleolus. Prehľady prírody Molekulárna bunková biológia, 8 (7), 574–585.
2. Boulon, S., Westman, BJ, Hutten, S., Boisvert, F.-M., a Lamond, AI (2010). Jadro pod stresom. Molecular Cell, 40 (2), 216 - 227.
3. Cooper, CM (2000). Bunka: molekulárny prístup. 2. vydanie. Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P. a Hernandez-Verdun, D. (2008). Nucleolus: fascinujúce jadrové telo. Histochemistry and Cell Biology, 129 (1), 13–31.
4. Horký, M., Kotala, V., Anton, M., & WESIERSKA - GADEK, J. (2002). Jadro a apoptóza. Annals of New York Academy of Sciences, 973 (1), 258-264.
5. Leung, AK a Lamond, AI (2003). Dynamika jadier. Critical Reviews ™ v eukaryotickej génovej expresii, 13 (1).
6. Montanaro, L., Treré, D., & Derenzini, M. (2008). Nucleolus, Ribosomes a Cancer. American Journal of Pathology, 173 (2), 301-310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
7. Pederson, T. (2011). The Nucleolus. Perspectives of Biology, Cold Spring Harbor, 3 (3), a000638.
8. Tsekrekou, M., Stratigi, K., & Chatzinikolaou, G. (2017). The Nucleolus: Údržba a oprava genómu. International Journal of Molecular Sciences, 18 (7), 1411.