Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Ядрышко, содержащееся в ядре клетки
Клеточная биология
Схема клеток животных
Animal Cell.svg

Ядрышко ( / п ¯u -, щ ¯u к л я ə л ə с , - K л я oʊ л ə с / , множественного числа: ядрышек / - л aɪ / ) является самой крупной структурой в ядре в эукариотических клетках . [1] Он наиболее известен как место биогенеза рибосом . Ядрышки также участвуют в образовании частиц распознавания сигнала.и играют роль в реакции клетки на стресс. [2] Ядрышки состоят из белков , ДНК и РНК и образуются вокруг определенных хромосомных областей, называемых ядрышковыми организующими областями . Нарушение функции ядрышек может быть причиной нескольких состояний человека, называемых «нуклеолопатиями» [3], и ядрышко исследуется как мишень для химиотерапии рака . [4] [5]

История [ править ]

Ядрышко было идентифицировано с помощью светлопольной микроскопии в 1830-х годах. [6] Мало что было известно о функции ядрышка до 1964 года, когда исследование [7] ядрышек, проведенное Джоном Гардоном и Дональдом Брауном на африканской когтистой лягушке Xenopus laevis, вызвало 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 году Макс Л. Бирнстил и его сотрудники показали с помощью гибридизации нуклеиновых кислот.эксперименты, что ДНК в ядрышках кодирует рибосомную РНК . [8] [9]

Структура [ править ]

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] который важен для процессинга рРНК. ГХ содержит белок нуклеофозмина , [10] (В23 во внешнем изображении) , который также участвует в биогенеза рибосом .

Однако было высказано предположение, что эта конкретная организация наблюдается только у высших эукариот и что она эволюционировала из двудольной организации с переходом от анамниотов к амниотам . Отражая существенное увеличение межгенной области ДНК , исходный фибриллярный компонент разделился бы на FC и DFC. [11]

Воспроизвести медиа
Ядро из клеточной линии. Фибрилларин в красном. Белок регуляции транскрипции CTCFL выделен зеленым цветом. 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.

Ультраструктуру ядрышка можно увидеть в электронный микроскоп , а организацию и динамику можно изучить с помощью флуоресцентной маркировки белков и восстановления флуоресценции после фотообесцвечивания ( 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 областей-организаторов ядрышка (ЯОР) и может иметь больше ядрышек. Чаще всего в каждом ядрышке участвует несколько ЯОР. [15]

Функции и сборка рибосом [ править ]

Основная статья: Биогенез рибосом
Электронная микрофотография части клетки HeLa . Изображение представляет собой снимок экрана из этого фильма , на котором показан Z-стек ячейки.

В биогенезе рибосом необходимы две из трех эукариотических РНК-полимераз (pol I и III), и они действуют скоординированным образом. На начальном этапе, рРНК гены транскрибируются как единое целое в пределах ядрышек с помощью РНК - полимеразы I . Для того, чтобы эта транскрипция произошла, необходимы несколько факторов, ассоциированных с pol I, и ДНК-специфических факторов трансформации. В дрожжах наиболее важными являются: UAF ( восходящий фактор активации ), TBP (связывающий белок TATA-бокса) 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 , фактором селективности промотора (состоящим из TBP и TBP-ассоциированных факторов или TAF), факторов 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. Дальнейший процессинг необходим для создания молекул 18S РНК, 5.8S и 28S РНК. У эукариот ферменты, модифицирующие РНК, доставляются к своим соответствующим сайтам узнавания посредством взаимодействия с направляющими РНК, которые связывают эти специфические последовательности. Эти направляющие РНК относятся к классу малых ядрышковых РНК ( мяРНК ), которые образуют комплекс с белками и существуют в виде малых ядрышковых рибонуклеопротеидов ( snoRNPs).). После того, как субъединицы рРНК обработаны, 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.

У высших эукариот и растений ситуация более сложная, поскольку последовательность ДНК 5S лежит за пределами области организатора ядра (NOR) и транскрибируется с помощью РНК pol III в нуклеоплазме., после чего попадает в ядрышко для участия в сборке рибосом. Эта сборка включает не только рРНК, но и 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 они остаются свободными или связываются с эндоплазматическим ретикулумом , образуягрубая эндоплазматическая сеть (RER). [17] [18]

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

Секвестрация белков [ править ]

Помимо своей роли в рибосомном биогенезе, 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. Мишени этого посттрансляционного регуляторного механизма включают VHL , PML , MDM2 , POLD1 , RelA , HAND1 и hTERT , среди многих других. Теперь известно, что за это явление ответственны длинные некодирующие РНК, происходящие из межгенных участков ядрышка. [20]

См. Также [ править ]

  • Дифференциальная интерференционная контрастная микроскопия

Ссылки [ править ]

  1. ^ Б О'Салливан JM, Пай Д.А., Cridge AG, Engelke DR, Ganley AR (июнь 2013). «Ядрышко: плывущий по течению плот в ядерном море или краеугольный камень ядерной структуры?» . Биомолекулярные концепции . 4 (3): 277–86. DOI : 10.1515 / Bmc-2012-0043 . PMC  5100006 . PMID  25436580 .
  2. ^ Olson MO, Dundr M (16 февраля 2015). «Ядрышко: строение и функции». Энциклопедия наук о жизни (eLS) . DOI : 10.1002 / 9780470015902.a0005975.pub3 . ISBN 978-0-470-01617-6.
  3. Перейти ↑ Hetman M (июнь 2014). «Роль ядрышка в болезнях человека. Предисловие» . Biochimica et Biophysica Acta . 1842 (6): 757. DOI : 10.1016 / j.bbadis.2014.03.004 . PMID 24631655 . 
  4. ^ Квин JE, Девлин JR, Камерон D, Hannan К.М., Pearson RB, Hannan RD (июнь 2014). «Нацеливание на ядрышко для лечения рака» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Молекулярная основа болезни . 1842 (6): 802–16. DOI : 10.1016 / j.bbadis.2013.12.009 . PMID 24389329 . 
  5. ^ Woods SJ, Hannan К.М., Pearson RB, Hannan RD (июль 2015). «Ядрышко как основной регулятор ответа p53 и новая мишень для лечения рака». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - механизмы регуляции генов . 1849 (7): 821–9. DOI : 10.1016 / j.bbagrm.2014.10.007 . PMID 25464032 . 
  6. ^ Педерсен T (март 2011). «Ядрышко» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 3 (3): а000638. DOI : 10.1101 / cshperspect.a000638 . PMC 3039934 . PMID 21106648 .  
  7. ↑ Brown DD, Gurdon JB (январь 1964). «Отсутствие синтеза рибосомной РНК у ануклеолятного мутанта xenopus laevis» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 51 (1): 139–46. Полномочный код : 1964PNAS ... 51..139B . DOI : 10.1073 / pnas.51.1.139 . PMC 300879 . PMID 14106673 .  
  8. ^ Birnstiel ML, Wallace H, Sirlin JL, Fischberg M (декабрь 1966). «Локализация комплементов рибосомной ДНК в ядрышковой области организатора Xenopus laevis». Монография Национального института рака . 23 : 431–47. PMID 5963987 . 
  9. ^ Уоллас H, Birnstiel ML (февраль 1966 г.). «Рибосомные цистроны и ядрышковый организатор». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Нуклеиновые кислоты и синтез белков . 114 (2): 296–310. DOI : 10.1016 / 0005-2787 (66) 90311-X . PMID 5943882 . 
  10. ^ a b c Sirri V, Urcuqui-Inchima S, Roussel P, Hernandez-Verdun D (январь 2008 г.). «Ядрышко: завораживающее ядерное тело» . Гистохимия и клеточная биология . 129 (1): 13–31. DOI : 10.1007 / s00418-007-0359-6 . PMC 2137947 . PMID 18046571 .  
  11. ^ Thiry M, Лафонтен DL (апрель 2005). «Рождение ядрышка: эволюция ядрышковых компартментов». Тенденции в клеточной биологии . 15 (4): 194–9. DOI : 10.1016 / j.tcb.2005.02.007 . PMID 15817375 .  в формате PDF. Архивировано 17 декабря 2008 г. в Wayback Machine.
  12. ^ Beven AF, Ли R, Разаза M, руководитель DJ, Brown JW, Шоу PJ (июнь 1996). «Организация процессинга рибосомной РНК коррелирует с распределением ядрышковых мяРНК» . Журнал клеточной науки . 109 (Pt 6) (6): 1241–51. PMID 8799814 . 
  13. ^ Roschzttardtz H, L Грийе, Isaure MP, Conéjéro G, Ортега R, C кюри, Mari S (август 2011). «Ядрышко растительной клетки как горячая точка для железа» . Журнал биологической химии . 286 (32): 27863–6. DOI : 10.1074 / jbc.C111.269720 . PMC 3151030 . PMID 21719700 .  
  14. ^ Антитело PAF49 | GeneTex Inc . Genetex.com. Проверено 18 июля 2019.
  15. ^ фон Кнебель Дёбериц M, Венценсен N (2008). «Клетка: основная структура и функции». Комплексная цитопатология (третье изд.).
  16. ^ Champe PC, Harvey RA, Ферье DR (2005). Иллюстрированные обзоры Липпинкотта: Биохимия . Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN 978-0-7817-2265-0.
  17. Перейти ↑ Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2002). Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Нью-Йорк: Наука о гирляндах. С. 331–3. ISBN 978-0-8153-3218-3.
  18. Перейти ↑ Cooper GM, Hausman RE (2007). Клетка: молекулярный подход (4-е изд.). Sinauer Associates. С. 371–9. ISBN 978-0-87893-220-7.
  19. Перейти ↑ Wang T, Schneider J (1 июля 1992 г.). «Происхождение и судьба системы ядрышковых каналов нормального эндометрия человека» . Клеточные исследования . 2 (2): 97–102. DOI : 10.1038 / cr.1992.10 .
  20. ^ Audas TE, Джейкоб MD, Lee S (январь 2012 г.). «Иммобилизация белков в ядрышке рибосомными межгенными спейсерами некодирующей РНК» . Молекулярная клетка . 45 (2): 147–57. DOI : 10.1016 / j.molcel.2011.12.012 . PMID 22284675 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Купер GM (2000). «Ядрышко» . Клетка: молекулярный подход (2-е изд.). Сандерленд Массачусетс: Sinauer Associates. ISBN 978-0-87893-106-4.
  • Тику В., Антеби А. (август 2018 г.). «Ядерная функция в регуляции продолжительности жизни». Тенденции в клеточной биологии . 28 (8): 662–672. DOI : 10.1016 / j.tcb.2018.03.007 . PMID  29779866 . Краткое содержание - The New York Times (20 мая 2018 г.).

Внешние ссылки [ править ]

  • Ядрышко под электронным микроскопом II на uni-mainz.de
  • База данных ядерных белков - поиск в отсеке
  • Cell + Nucleolus в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
  • Изображение гистологии: 20104loa  - Система обучения гистологии в Бостонском университете