Nucleolus - Nucleolus

Nukleolus som finns i cellkärnan
Cellbiologi
Djurcellsdiagram
Animal Cell.svg
Komponenter i en typisk djurcell:
  1. Nucleolus
  2. Nucleus
  3. Ribosom (prickar som en del av 5)
  4. Vesikel
  5. Grov endoplasmatisk retikulum
  6. Golgi -apparat (eller Golgi -kropp)
  7. Cytoskelet
  8. Slät endoplasmatisk retikulum
  9. Mitokondrion
  10. Vacuole
  11. Cytosol (vätska som innehåller organeller , med vilken den består av cytoplasma )
  12. Lysosom
  13. Centrosome
  14. Cellmembranet

Det kärnsystemet ( / n u -, nj u k l jag ə l ə s , - k l i oʊ l ə s / , plural: nukleoler / - l aɪ / ) är den största strukturen i kärnan av eukaryotiska celler . Det är mest känt som platsen för ribosombiogenes . Nucleoli deltar också i bildandet av signaligenkänningspartiklar och spelar en roll i cellens svar på stress. Nukleoler är gjorda av proteiner , DNA och RNA och bildas runt specifika kromosomala regioner som kallas nukleolära organiserande regioner . Fel på nukleolerna kan vara orsaken till flera mänskliga villkor kallade "nucleolopathies" och kärnsystemet utreds som ett mål för cancer kemoterapi .

Historia

Nukleolus identifierades genom ljusfältmikroskopi under 1830-talet. Lite var känt om nukleolusens funktion fram till 1964, då en studie av nukleoli av John Gurdon och Donald Brown i den afrikanska klövgrodan Xenopus laevis genererade ett ökande intresse för funktionen och detaljerad struktur av kärnan. De fann att 25% av grodäggen inte hade någon nukleol och att sådana ägg inte kunde leva. Hälften av äggen hade en nukleol och 25% hade två. De drog slutsatsen att nukleolen hade en funktion som var nödvändig för livet. År 1966 visade Max L. Birnstiel och medarbetare via nukleinsyrahybridiseringsexperiment att DNA inom nukleolkod för ribosomalt RNA .

Strukturera

Tre huvudkomponenter i nukleolus känns igen: fibrillärcentrum (FC), den täta fibrillarkomponenten (DFC) och den granulära komponenten (GC). Transkription av rDNA sker i FC. DFC innehåller proteinet fibrillarin , vilket är viktigt vid rRNA -bearbetning. GC innehåller proteinet nukleofosmin (B23 i den yttre bilden) som också är involverat i ribosombiogenes .

Det har emellertid föreslagits att just denna organisation endast observeras i högre eukaryoter och att den utvecklats från en tvåpartsorganisation med övergången från anamnioter till fostervatten . Speglar den väsentliga ökningen i DNA -intergena regionen , skulle en original fibrillär komponent ha separerats i FC och DFC.

Kärna från en cellinje. Fibrillarin i rött. Transkriptionsreglerande protein CTCFL i grönt. Kärn -DNA i blått.

En annan struktur som identifieras inom många nukleoler (särskilt i växter) är ett tydligt område i mitten av strukturen som kallas en nukleolär vakuol. Nukleoli av olika växtarter har visat sig ha mycket höga koncentrationer av järn i kontrast till mänskliga och animaliska cellnukleoler.

Nukleolus ultrastrukturen kan ses genom ett elektronmikroskop , medan organisationen och dynamiken kan studeras genom fluorescerande proteintaggning och fluorescerande återhämtning efter fotoblekning ( FRAP ). Antikroppar mot PAF49 -proteinet kan också användas som markör för kärnan i immunfluorescensförsök.

Även om vanligtvis bara en eller två nukleoler kan ses, har en diploid mänsklig cell tio nukleolorganisatorregioner (NOR) och kan ha fler nukleoler. Oftast deltar flera NOR i varje nukleolus.

Funktion och ribosommontering

Huvudartikel: Ribosombiogenes
Elektronmikroskopi av en del av en HeLa -cell. Bilden är en skärmdump från den här filmen , som visar en Z-stack av cellen.

Vid ribosombiogenes krävs två av de tre eukaryota RNA -polymeraserna (pol I och III), och dessa fungerar på ett koordinerat sätt. I ett initialt skede, de rRNA gener transkriberas som en enda enhet inom kärnsystemet genom RNA-polymeras I . För att denna transkription ska ske krävs flera pol I-associerade faktorer och DNA-specifika transverkande faktorer. I jäst är de viktigaste: UAF ( uppströms aktiverande faktor ), TBP (TATA-box bindande protein) och kärnbindningsfaktor (CBF)) som binder promotorelement och bildar förinitieringskomplexet (PIC), vilket i sin tur känns igen av RNA pol. Hos människor monteras en liknande PIC med SL1 , promotorselektivitetsfaktorn (sammansatt av TBP- och TBP-associerade faktorer , eller TAF), transkriptionsinitieringsfaktorer och UBF (uppströms bindande faktor). RNA -polymeras I transkriberar de flesta rRNA -transkripten 28S, 18S och 5,8S) men 5S rRNA -underenheten (komponent i 60S -ribosomala subenheten) transkriberas av RNA -polymeras III.

Transkription av rRNA ger en lång prekursormolekyl (45S pre-rRNA) som fortfarande innehåller ITS och ETS. Ytterligare bearbetning behövs för att generera 18S RNA, 5,8S och 28S RNA -molekylerna. I eukaryoter förs de RNA-modifierande enzymerna till sina respektive igenkänningsställen genom interaktion med guide-RNA, som binder dessa specifika sekvenser. Dessa guide-RNA tillhör klassen av små nukleolära RNA ( snoRNA ) som är komplexbaserade med proteiner och finns som små-nukleolära- ribonukleoproteiner ( snoRNP ). När rRNA -subenheterna har bearbetats är de redo att sättas ihop till större ribosomala subenheter. En ytterligare rRNA -molekyl, 5S rRNA, är emellertid också nödvändig. I jäst är 5S rDNA -sekvensen lokaliserad i den intergena distansen och transkriberas i nucleolus av RNA pol.

I högre eukaryoter och växter är situationen mer komplex, eftersom 5S DNA -sekvensen ligger utanför Nucleolus Organizer Region (NOR) och transkriberas av RNA pol III i nukleoplasman , varefter den letar sig in i kärnan för att delta i ribosomenhet. Denna sammansättning involverar inte bara rRNA, utan också ribosomala proteiner. Generna som kodar för dessa r-proteiner transkriberas av pol II i nukleoplasman genom en "konventionell" väg för proteinsyntes (transkription, pre-mRNA-bearbetning, nukleär export av moget mRNA och translation på cytoplasmatiska ribosomer). De mogna r-proteinerna importeras sedan till kärnan och slutligen till nukleolen. Associering och mognad av rRNA och r-proteiner resulterar i bildandet av 40S (små) och 60S (stora) subenheter i den fullständiga ribosomen. Dessa exporteras genom kärnporkomplexen till cytoplasman, där de förblir fria eller blir associerade med det endoplasmatiska retikulumet och bildar grovt endoplasmatiskt retikulum (RER).

I mänskliga endometrieceller bildas ibland ett nätverk av nukleolära kanaler. Ursprunget och funktionen för detta nätverk har ännu inte klart identifierats.

Sekvestering av proteiner

Förutom sin roll i ribosomal biogenes är kärnan känd för att fånga upp och immobilisera proteiner, en process som kallas nukleolär kvarhållning. Proteiner som finns kvar i nukleolus kan inte diffundera och interagera med sina bindningspartners. Målen för denna post-translationella regleringsmekanism inkluderar bland annat VHL , PML , MDM2 , POLD1 , RelA , HAND1 och hTERT . Det är nu känt att långa icke -kodande RNA som härrör från intergena områden i nukleolus är ansvariga för detta fenomen.

Se även

Referenser

Vidare läsning

externa länkar