Ядрышко - Nucleolus - Wikipedia

Ядрышко, содержащееся в ядро клетки
Клеточная биология
В животная клетка
Animal Cell.svg

В ядрышко (/пu-,Нью-Джерсиuˈkляəлəs,-kляˈoʊлəs/, множественное число: ядрышки /-лаɪ/) - самая большая структура в ядро из эукариотический клетки.[1] Он наиболее известен как сайт биогенез рибосом. Ядрышки также участвуют в образовании частицы распознавания сигналов и играют роль в реакции клетки на стресс.[2] Ядрышки состоят из белков, ДНК и РНК и образуются вокруг определенных хромосомных областей, называемых ядрышковые организующие области. Нарушение функции ядрышек может быть причиной нескольких состояний человека, называемых «нуклеолопатиями».[3] и ядрышко исследуется как мишень для рак химиотерапия.[4][5]

История

Ядрышко идентифицировали по светлопольная микроскопия в течение 1830-х гг.[6] Мало что было известно о функции ядрышка до 1964 г., когда исследование[7] ядрышек Джон Гэрдон и Дональд Браун у африканской когтистой лягушки Xenopus laevis вызвали растущий интерес к функции и детальной структуре ядрышка. Они обнаружили, что 25% яиц лягушки не имеют ядрышка и что такие яйца не способны к жизни. Половина яиц имела одно ядрышко, а 25% - два. Они пришли к выводу, что ядрышко выполняет функцию, необходимую для жизни. В 1966 г. Макс Л. Бирнстиль и соавторы показали через гибридизация нуклеиновых кислот эксперименты, что ДНК в ядрышках кодирует рибосомная РНК.[8][9]

Структура

Различают три основных компонента ядрышка: фибриллярный центр (FC), плотный фибриллярный компонент (DFC) и гранулярный компонент (GC).[1] Транскрипция рДНК происходит в FC.[10] DFC содержит белок фибрилларин,[10] что важно в процессинге рРНК. ГХ содержит белок нуклеофозмин,[10] (B23 на внешнем изображении), который также участвует в биогенез рибосом.

Однако было высказано предположение, что эта конкретная организация наблюдается только у высших эукариот и что она произошла от двудольной организации с переходом от анамниоты к амниот. Отражая значительное увеличение ДНК межгенная область, исходный фибриллярный компонент разделился бы на FC и DFC.[11]

Ядро из клеточной линии. Фибрилларин в красном. Белок, регулирующий транскрипцию CTCFL в зеленом. Ядерная ДНК синим цветом.

Другая структура, обнаруженная во многих ядрышках (особенно у растений), - это чистая область в центре структуры, называемая ядрышковой вакуолью.[12]В ядрышках различных видов растений обнаружены очень высокие концентрации железа.[13] в отличие от ядрышек клеток человека и животных.

Ядрышко ультраструктура можно увидеть через электронный микроскоп, а организацию и динамику можно изучить с помощью флуоресцентная маркировка белков и флуоресцентное восстановление после фотообесцвечивание (FRAP ). Антитела против белка PAF49 также можно использовать в качестве маркера ядрышка в экспериментах по иммунофлуоресценции.[14]

Хотя обычно можно увидеть только одно или два ядрышка, диплоидная клетка человека имеет десять районы организатора ядрышка (NOR) и могло иметь больше ядрышек. Чаще всего в каждом ядрышке участвует несколько ЯОР.[15]

Функции и сборка рибосом

Основная статья: Биогенез рибосом
Электронная микрофотография части HeLa клетка. Изображение является снимком экрана с этот фильм, который показывает Z-стек ячейки.

В биогенезе рибосом два из трех эукариотических РНК-полимеразы (pol I и III) необходимы, и они работают скоординированно. На начальном этапе рРНК гены транскрибируются как единое целое в ядрышке РНК-полимераза I. Для того, чтобы эта транскрипция произошла, требуются несколько факторов, связанных с pol I, и ДНК-специфических факторов трансформации. В дрожжи, наиболее важные из них: UAF (активизирующий фактор выше по течению ), TBP (Связывающий белок ТАТА-бокс) и фактор связывания ядра (CBF)), которые связывают элементы промотора и образуют преинициативный комплекс (PIC), который, в свою очередь, распознается RNA pol. У людей подобный PIC собирается с SL1, фактор селективности промотора (состоящий из ТВР и Факторы, связанные с TBP, или TAF), факторы инициации транскрипции и UBF (восходящий фактор связывания). РНК-полимераза I транскрибирует большинство транскриптов рРНК (28S, 18S и 5.8S), но субъединица 5S рРНК (компонент рибосомной субъединицы 60S) транскрибируется РНК-полимеразой III.[16]

Транскрипция рРНК дает длинную молекулу-предшественницу (пре-рРНК 45S), которая все еще содержит ITS и ETS. Необходим дальнейший процессинг для создания молекул 18S РНК, 5.8S и 28S РНК. У эукариот ферменты, модифицирующие РНК, доводятся до своих сайты признания путем взаимодействия с направляющими РНК, которые связывают эти конкретные последовательности. Эти направляющие РНК относятся к классу малых ядрышковых РНК (snoRNAs ), которые образуют комплекс с белками и существуют как мелкоядрышковые.рибонуклеопротеины (snoRNPs ). После процессинга субъединиц рРНК они готовы к сборке в более крупные субъединицы рибосом. Однако также необходима дополнительная молекула рРНК, 5S рРНК. У дрожжей последовательность 5S рДНК локализована в межгенном спейсере и транскрибируется в ядрышке с помощью РНК pol.

В высшем эукариоты и растений ситуация более сложная, поскольку последовательность ДНК 5S лежит за пределами Организатора Ядрышка (NOR) и транскрибируется РНК pol III в нуклеоплазма, после чего он попадает в ядрышко для участия в сборке рибосом. Эта сборка включает не только рРНК, но также рибосомные белки. Гены, кодирующие эти р-белки, транскрибируются pol II в нуклеоплазме с помощью «обычного» пути синтеза белка (транскрипция, процессинг пре-мРНК, ядерный экспорт зрелой мРНК и трансляция на цитоплазматических рибосомах). Затем зрелые r-белки импортируются в ядро ​​и, наконец, в ядрышко. Ассоциация и созревание рРНК и р-белков приводит к образованию 40S (малой) и 60S (большой) субъединиц полной рибосомы. Они экспортируются через комплексы ядерных пор в цитоплазму, где остаются свободными или связываются с эндоплазматический ретикулум, формируя шероховатой эндоплазматической сети (RER).[17][18]

В клетках эндометрия человека иногда образуется сеть ядрышковых каналов. Происхождение и функция этой сети еще точно не определены.[19]

Секвестрация белков

Помимо своей роли в биогенезе рибосом, ядрышко, как известно, захватывает и иммобилизует белки - процесс, известный как задержка ядрышка. Белки, которые задерживаются в ядрышке, не могут диффундировать и взаимодействовать со своими партнерами по связыванию. Цели этого посттрансляционный регуляторный механизм включают ВХЛ, PML, MDM2, POLD1, RelA, HAND1 и hTERT, среди многих других. Теперь известно, что длинные некодирующие РНК происходящих от межгенные области ядрышка ответственны за это явление.[20]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б О'Салливан Дж. М., Пай Д. А., Cridge AG, Энгельке Д. Р., Гэнли А. Р. (июнь 2013 г.). «Ядрышко: плывущий по течению плот в ядерном море или краеугольный камень ядерной структуры?». Биомолекулярные концепции. 4 (3): 277–86. Дои:10.1515 / bmc-2012-0043. ЧВК  5100006. PMID  25436580.
  2. ^ Олсон МО, Дандр М. (16 февраля 2015 г.). «Ядрышко: строение и функции». Энциклопедия наук о жизни (eLS). Дои:10.1002 / 9780470015902.a0005975.pub3. ISBN  978-0-470-01617-6.
  3. ^ Гетьман М (июнь 2014). «Роль ядрышка в заболеваниях человека. Предисловие». Biochimica et Biophysica Acta. 1842 (6): 757. Дои:10.1016 / j.bbadis.2014.03.004. PMID  24631655.
  4. ^ Куин Дж. Э., Девлин Дж. Р., Кэмерон Д., Ханнан К. М., Пирсон Р. Б., Ханнан Р. Д. (июнь 2014 г.). «Нацеливание на ядрышко для лечения рака». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Молекулярная основа болезни. 1842 (6): 802–16. Дои:10.1016 / j.bbadis.2013.12.009. PMID  24389329.
  5. ^ Вудс С.Дж., Ханнан К.М., Пирсон Р.Б., Ханнан Р.Д. (июль 2015 г.). «Ядрышко как основной регулятор ответа р53 и новая мишень для лечения рака». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - механизмы регуляции генов. 1849 (7): 821–9. Дои:10.1016 / j.bbagrm.2014.10.007. PMID  25464032.
  6. ^ Педерсон Т. (март 2011 г.). «Ядрышко». Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии. 3 (3): a000638. Дои:10.1101 / cshperspect.a000638. ЧВК  3039934. PMID  21106648.
  7. ^ Браун Д. Д., Гурдон Дж. Б. (январь 1964 г.). «Отсутствие синтеза рибосомной РНК у ануклеолятного мутанта xenopus laevis». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 51 (1): 139–46. Bibcode:1964ПНАС ... 51..139Б. Дои:10.1073 / пнас.51.1.139. ЧВК  300879. PMID  14106673.
  8. ^ Birnstiel ML, Wallace H, Sirlin JL, Fischberg M (декабрь 1966 г.). «Локализация рибосомных комплементов ДНК в ядрышковой области организатора Xenopus laevis». Монография Национального института рака. 23: 431–47. PMID  5963987.
  9. ^ Уоллес Х., Бирнстиль МЛ (февраль 1966 г.). «Рибосомные цистроны и ядрышковый организатор». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - нуклеиновые кислоты и синтез белков. 114 (2): 296–310. Дои:10.1016 / 0005-2787 (66) 90311-х. PMID  5943882.
  10. ^ а б c Сирри В., Уркуки-Инчима С., Руссель П., Эрнандес-Верден Д. (январь 2008 г.). «Ядрышко: завораживающее ядерное тело». Гистохимия и клеточная биология. 129 (1): 13–31. Дои:10.1007 / s00418-007-0359-6. ЧВК  2137947. PMID  18046571.
  11. ^ Тири М., Лафонтен Д.Л. (апрель 2005 г.). «Рождение ядрышка: эволюция ядрышковых компартментов». Тенденции в клеточной биологии. 15 (4): 194–9. Дои:10.1016 / j.tcb.2005.02.007. PMID  15817375. как PDF В архиве 17 декабря 2008 г. Wayback Machine
  12. ^ Бевен А.Ф., Ли Р., Разаз М., ди-джей-лидер, Браун Дж. У., Шоу П. Джей (июнь 1996 г.). «Организация процессинга рибосомной РНК коррелирует с распределением ядрышковых мяРНК». Журнал клеточной науки. 109 (Pt 6) (6): 1241–51. PMID  8799814.
  13. ^ Roschzttardtz H, Grillet L, Isaure MP, Conéjéro G, Ortega R, Curie C, Mari S (август 2011 г.). «Ядрышко растительной клетки как горячая точка для железа». Журнал биологической химии. 286 (32): 27863–6. Дои:10.1074 / jbc.C111.269720. ЧВК  3151030. PMID  21719700.
  14. ^ Антитело PAF49 | GeneTex Inc. Genetex.com. Проверено 18 июля 2019.
  15. ^ фон Кнебель Добериц М, Венценсен Н (2008). «Клетка: основная структура и функции». Комплексная цитопатология (третье изд.).
  16. ^ Champe PC, Харви RA, Ferrier DR (2005). Иллюстрированные обзоры Липпинкотта: биохимия. Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN  978-0-7817-2265-0.
  17. ^ Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (2002). Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Нью-Йорк: Наука Гарланд. С. 331–3. ISBN  978-0-8153-3218-3.
  18. ^ Купер GM, Хаусман RE (2007). Клетка: молекулярный подход (4-е изд.). Sinauer Associates. С. 371–9. ISBN  978-0-87893-220-7.
  19. ^ Ван Т., Шнайдер Дж. (1 июля 1992 г.). «Происхождение и судьба системы ядрышковых каналов нормального эндометрия человека». Клеточные исследования. 2 (2): 97–102. Дои:10.1038 / кр.1992.10.
  20. ^ Audas TE, Джейкоб MD, Lee S (январь 2012 г.). «Иммобилизация белков в ядрышке рибосомным межгенным спейсером некодирующей РНК». Молекулярная клетка. 45 (2): 147–57. Дои:10.1016 / j.molcel.2011.12.012. PMID  22284675.


дальнейшее чтение

внешняя ссылка