Caratteristiche, struttura, morfologia e funzioni di Nucléolo

il nucleolo è una struttura cellulare non delimitata dalla membrana, essendo una delle aree più prominenti del nucleo. È osservato come una regione più densa nel nucleo ed è suddiviso a sua volta in tre regioni: componente fibrillare denso, centro fibrillare e componente granulare.

È principalmente responsabile della sintesi e dell'assemblaggio dei ribosomi; tuttavia, questa struttura ha anche altre funzioni. Più di 700 proteine ​​sono state trovate all'interno del nucleolo che non sono coinvolte nei processi di biogenesi del ribosoma. Allo stesso modo, il nucleolo è coinvolto nello sviluppo di diverse patologie.

Il primo ricercatore a osservare l'area del nucleolo fu F. Fontana nel 1781, più di due secoli fa. Poi, a metà degli anni '30, McClintock fu in grado di osservare questa struttura nei suoi esperimenti con Zea mays. Da allora, centinaia di indagini si sono concentrate sulla comprensione delle funzioni e delle dinamiche di questa regione principale.

indice

• 1 Caratteristiche generali
• 2 Struttura e morfologia
  • 2.1 Centri fibrillari
  • 2.2 Componente fibrillare densa e componente granulare
  • 2.3 Regione di organizzazione nucleotidale
• 3 funzioni
  • 3.1 Macchine per la formazione di RNA ribosomiale
  • 3.2 Organizzazione dei ribosomi
  • 3.3 Trascrizione dell'RNA ribosomiale
  • 3.4 Assemblaggio di ribosomi
  • 3.5 Altre funzioni
• 4 Il nucleolo e il cancro
• 5 Nucleolo e virus
• 6 riferimenti

Caratteristiche generali

Il nucleolo è una struttura prominente situata all'interno del nucleo delle cellule eucariotiche. È una "regione" nella forma di una sfera, poiché non esiste un tipo di biomembrana che lo separi dal resto dei componenti nucleari.

Può essere osservato al microscopio come una sottoregione del nucleo quando la cellula è all'interfaccia.

È organizzato in regioni chiamate NOR (per il suo acronimo in inglese: regioni organolettiche cromosomiche), dove si trovano le sequenze che codificano i ribosomi.

Questi geni si trovano in regioni specifiche dei cromosomi. Nell'uomo sono organizzati in tandem nelle regioni satellite dei cromosomi 13, 14, 15, 21 e 22.

Nel nucleolo avviene la trascrizione, l'elaborazione e l'assemblaggio delle subunità che compongono i ribosomi.

Oltre alla sua funzione tradizionale, il nucleolo è correlato alle proteine ​​soppressorie del tumore, ai regolatori del ciclo cellulare e persino alle proteine ​​derivate dai virus.

Le proteine ​​del nucleolo sono dinamiche e, apparentemente, la loro sequenza è stata preservata nel corso dell'evoluzione. Di queste proteine ​​solo il 30% è stato associato alla biogenesi dei ribosomi.

Struttura e morfologia

Il nucleolo è diviso in tre componenti principali, differenziabili per microscopia elettronica: la componente fibrillare densa, il centro fibrillare e la componente granulare.

Generalmente, è circondato da cromatina condensata, chiamata eterocromatina. I processi di trascrizione dell'RNA ribosomiale, elaborazione e assemblaggio dei precursori ribosomiali si verificano nel nucleolo.

Il nucleolo è una regione dinamica, in cui le proteine ​​che i componenti possono associare e separare rapidamente dai componenti nucleolari, creando uno scambio continuo con il nucleoplasma (sostanza gelatinosa interna del nucleo).

Nei mammiferi, la struttura del nucleolo varia con gli stadi del ciclo cellulare. Nella profase si osserva una disorganizzazione del nucleolo e viene nuovamente assemblato alla fine del processo mitotico. La massima attività di trascrizione nel nucleolo è stata osservata nelle fasi S e G2.

L'attività della RNA polimerasi I può essere influenzata da diversi stati di fosforilazione, modificando così l'attività del nucleolo durante il ciclo cellulare. Il silenziamento durante la mitosi si verifica a causa della fosforilazione di diversi elementi come SL1 e TTF-1.

Tuttavia, questo modello non è comune in tutti gli organismi. Ad esempio, nel lievito il nucleolo è presente - e attivo - attraverso il processo di divisione cellulare.

Centri fibrillari

I geni che codificano per l'RNA ribosomiale si trovano nei centri fibrillari. Questi centri sono regioni chiare circondate da componenti fibrillari dense. I centri fibrillari sono di dimensioni e numero variabili, a seconda del tipo di cellula.

Un certo modello è stato descritto rispetto alle caratteristiche dei centri fibrillari. Le cellule che hanno un'alta sintesi di ribosomi hanno un basso numero di centri fibrillari, mentre le cellule con metabolismo ridotto (come i linfociti) hanno centri fibrillari più grandi.

Ci sono casi specifici, come nei neuroni con un metabolismo molto attivo, il cui nucleolo ha un centro fibrillare gigante, accompagnato da centri più piccoli più piccoli.

Componente fibrillare densa e componente granulare

La componente fibrillare densa e i centri fibrillari sono incorporati nella componente granulare, i cui granuli hanno un diametro compreso tra 15 e 20 nm. Il processo di trascrizione (passaggio della molecola di DNA in RNA, considerato il primo passo dell'espressione genica) si verifica ai limiti dei centri fibrillari e della componente fibrillare densa.

L'elaborazione dell'RNA pre-ribosomiale avviene nella componente fibrillare densa e il processo si estende al componente granulare. Le trascrizioni si accumulano nella componente fibrillare densa e le proteine ​​nucleolari si trovano anche nella componente fibrillare densa. È in questa regione in cui si verifica l'assemblaggio dei ribosomi.

Dopo che questo processo di assemblaggio dell'RNA ribosomale con le proteine ​​necessarie culmina, questi prodotti vengono esportati nel citoplasma.

Il componente granulare è ricco di fattori di trascrizione (SUMO-1 e Ubc9 sono alcuni esempi). Tipicamente, il nucleolo è circondato dall'eterocromatina; si pensa che questo DNA compatto possa avere un ruolo nella trascrizione dell'RNA ribosomiale.

Nei mammiferi, il DNA ribosomale nelle cellule viene compattato o silenziato. Questa organizzazione sembra essere importante per la regolazione del DNA ribosomiale e per la protezione della stabilità genomica.

Regione di organizzazione nucleotidale

In questa regione (NOR) sono raggruppati i geni (DNA ribosomiale) che codificano l'RNA ribosomiale.

I cromosomi che compongono queste regioni variano a seconda delle specie di studio. Nell'uomo, si trovano nelle regioni satellite dei cromosomi acrocentrici (il centromero si trova vicino a una delle estremità), in particolare nelle coppie 13, 14, 15, 21 e 22.

Le unità di ribosomi di DNA consistono nella sequenza trascritta e un distanziatore esterno necessario per la trascrizione da RNA polimerasi I.

Nei promotori del DNA ribosomale si possono distinguere due elementi: un elemento centrale e un elemento situato a monte (a monte)

funzioni

Macchine formatrici di RNA ribosomiale

Il nucleolo può essere considerato una fabbrica con tutti i componenti necessari per la biosintesi dei precursori dei ribosomi.

L'RNA ribosomiale o ribosomiale (acido ribosomiale), comunemente abbreviato come rRNA, è un componente dei ribosomi e partecipa alla sintesi delle proteine. Questo componente è vitale per tutti i lignaggi di esseri viventi.

L'RNA ribosomiale è associato ad altri componenti di natura proteica. Questa unione si traduce in presunzioni ribosomiche. La classificazione dell'RNA ribosomico viene solitamente indicata con una lettera "S", che indica le unità di Svedberg o il coefficiente di sedimentazione.

Organizzazione dei ribosomi

I ribosomi sono formati da due subunità: la più grande o la più grande e la più piccola o piccola.

L'RNA ribosomiale dei procarioti e degli eucarioti è differenziabile. Nei procarioti la grande subunità è 50S ed è costituita da RNA 5S e 23S ribosomali, analogamente la piccola subunità è 30S ed è composta solo da RNA ribosomiale 16S.

Al contrario, la principale subunità (60S) è composta da ribosomiale RNA 5S, 5.8S e 28S. La piccola subunità (40S) è composta esclusivamente da RNA ribosomiale 18S.

I geni che codificano RNA ribosomali 5.8S, 18S e 28S si trovano nel nucleolo. Questi RNA ribosomali sono trascritti come una singola unità all'interno del nucleolo da RNA polimerasi I. Questo processo si traduce in un precursore dell'RNA 45S.

Detto precursore dell'RNA ribosomiale (45S) deve essere asportato nei suoi componenti 18S, appartenenti alla piccola subunità (40S) e 5.8S e 28S della subunità grande (60S).

L'RNA ribosomico mancante, 5S, è sintetizzato al di fuori del nucleolo; a differenza dei suoi omologhi, il processo è catalizzato dalla RNA polimerasi III.

Trascrizione dell'RNA ribosomiale

Una cellula ha bisogno di un alto numero di molecole di RNA ribosomale. Esistono più copie dei geni che codificano per questo tipo di RNA per soddisfare questi requisiti molto elevati.

Ad esempio, secondo i dati trovati nel genoma umano, ci sono 200 copie per RNA ribosomale 5.8S, 18S e 28S. Per l'RNA ribosomiale 5S ci sono 2000 copie.

Il processo inizia con l'RNA ribosomiale 45S. Inizia con la rimozione dello spaziatore vicino all'estremità 5 '. Quando il processo di trascrizione è completato, il distanziatore rimanente situato all'estremità 3 'viene rimosso. Dopo le successive eliminazioni, si ottiene l'RNA ribosomiale maturo.

Inoltre, l'elaborazione dell'RNA ribosomiale richiede una serie di importanti modifiche nelle sue basi, come i processi di metilazione e la conversione dell'uridina in pseudouridina.

Successivamente, si verifica l'aggiunta di proteine ​​e RNA localizzati nel nucleolo. Tra questi ci sono i piccoli RNA nucleolari (nRNA), che partecipano alla separazione degli RNA ribosomali nei prodotti 18S, 5.8S e 28S.

Gli nRNA possiedono sequenze complementari all'RNA ribosomiale 18S e 28S. Pertanto, possono modificare le basi dell'RNA precursore, metilando alcune regioni e partecipando alla formazione di pseudouridina.

Assemblaggio di ribosomi

La formazione di ribosomi comprende il legame del precursore dell'RNA ribosomiale, insieme con le proteine ​​ribosomali e 5S. Le proteine ​​coinvolte nel processo sono trascritte dalla RNA polimerasi II nel citoplasma e devono essere trasportate nel nucleolo.

Le proteine ​​ribosomali iniziano ad associarsi con l'RNA ribosomiale prima che si verifichi la separazione dell'RNA ribosomiale 45S. Dopo la separazione, vengono aggiunte le restanti proteine ​​ribosomali e l'RNA ribosomiale 5S.

La maturazione dell'RNA ribosomiale 18S si verifica più velocemente. Infine, le "particelle preribosomiche" vengono esportate nel citoplasma.

Altre funzioni

Oltre alla biogenesi dei ribosomi, recenti ricerche hanno scoperto che il nucleolo è un'entità multifunzionale.

Il nucleolo è anche coinvolto nella lavorazione e maturazione di altri tipi di RNA, come snRNPs (proteine ​​complesse e RNA che vengono combinati con il pre-mRNA per formare il complesso spliceosome o accoppiamento) e alcuni RNA transfer , microRNA e altri complessi di ribonucleoproteine.

Analizzando i proteoma proteine ​​nucleolari trovati associati con l'RNA messaggero trattamento pre-, il controllo del ciclo cellulare, replicazione e riparazione del DNA. La costituzione delle proteine ​​del nucleolo è dinamica e cambia in diverse condizioni ambientali e stress cellulare.

Inoltre, esiste una serie di patologie associate al funzionamento scorretto del nucleolo. Tra questi c'è l'anemia di Diamond-Blackfan e i disturbi neurodegenerativi come il morbo di Alzheimer e di Huntington.

Nei pazienti con Alzheimer c'è un cambiamento nei livelli di espressione del nucleolo, rispetto ai pazienti sani.

Il nucleolo e il cancro

Più di 5000 studi hanno dimostrato la relazione tra la proliferazione maligna delle cellule e l'attività del nucleolo.

L'obiettivo di alcune indagini è di quantificare le proteine ​​del nucleolo per scopi diagnostici clinici. In altre parole, è quello di valutare la proliferazione di cancro utilizzando queste proteine ​​come marcatore, in particolare B23, nucleolina, UBF e subunità di RNA polimerasi I

D'altra parte, è stato trovato che la proteina B23 è direttamente correlata allo sviluppo del cancro. Allo stesso modo, altri componenti nucleolari sono coinvolti nello sviluppo di patologie come la leucemia promielocitica acuta.

Il nucleolo e i virus

Esistono prove sufficienti per affermare che i virus, sia delle piante che degli animali, hanno bisogno delle proteine ​​del nucleolo per raggiungere il processo di replicazione. Ci sono cambiamenti nel nucleolo, in termini della sua morfologia e della sua composizione proteica, quando la cellula sperimenta un'infezione virale.

È stato trovato un gran numero di proteine ​​che provengono da sequenze di DNA e RNA che contengono virus e si trovano nel nucleolo.

Virus hanno diverse strategie che permettono loro di essere situate in questa regione subnucleare contenenti proteine ​​virali come "segnali" che portano al nucleolo. Queste etichette sono ricche di aminoacidi arginina e lisina.

La posizione del virus nel nucleolo facilita la sua replicazione e, inoltre, sembra essere un requisito per la sua patogenicità.

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