BRANDUOLYS: CHARAKTERISTIKOS, STRUKTŪRA, MORFOLOGIJA IR FUNKCIJOS - BIOLOGIJA - 2025

Branduolėlis yra porų struktūra nėra delimituotos membrana, yra vienas iš labiausiai žinomų sričių branduolio. Jis stebimas kaip tankesnis branduolio regionas ir yra padalijamas į tris sritis: tankus fibriliarinis komponentas, fibriliarinis centras ir granulinis komponentas.

Tai daugiausia atsakinga už ribosomų sintezę ir surinkimą; tačiau ši struktūra turi ir kitų funkcijų. Branduolyje rasta daugiau nei 700 baltymų, nedalyvaujančių ribosomų biogenezės procesuose. Tuo pačiu būdu branduolys dalyvauja kuriant skirtingas patologijas.

Pirmasis tyrėjas, stebėjęs branduolio zoną, buvo F. Fontana 1781 m., Daugiau nei prieš du šimtmečius. Tada, šeštojo dešimtmečio viduryje, McClintockas galėjo stebėti tokią struktūrą savo eksperimentuose su Zea mays. Nuo to laiko šimtai tyrimų sutelkė dėmesį į šio branduolio regiono funkcijas ir dinamiką.

Bendrosios savybės

Branduolys yra ryški struktūra, esanti eukariotų ląstelių branduolyje. Tai yra sferos formos „regionas“, nes nėra tokio tipo biomembranos, kuris jį atskirtų nuo likusių branduolinių komponentų.

Po mikroskopu jį galima pamatyti kaip branduolio subregioną, kai ląstelė yra ties sąsaja.

Jis organizuojamas regionuose, vadinamuose NORs (akronimas angliškai: chromosomų branduolio organizatoriaus regionai), kur randamos sekos, koduojančios ribosomas.

Šie genai yra tam tikruose chromosomų regionuose. Žmonėms jie yra organizuojami kartu 13, 14, 15, 21 ir 22 chromosomų palydoviniuose regionuose.

Branduolyje įvyksta ribosomas sudarančių subvienetų transkripcija, perdirbimas ir surinkimas.

Be savo tradicinės funkcijos, branduolys yra susijęs su navikų slopinančiais baltymais, ląstelių ciklo reguliatoriais ir net baltymais iš virusų.

Branduolio baltymai yra dinamiški ir atrodo, kad jų seka buvo išsaugota visos evoliucijos metu. Tik 30% šių baltymų buvo susiję su ribosomų biogeneze.

Struktūra ir morfologija

Branduolys yra padalintas į tris pagrindinius komponentus, kuriuos galima atskirti elektroninės mikroskopijos būdu: tankusis fibrillinis komponentas, fibrillinis centras ir granulinis komponentas.

Paprastai jį supa kondensuotas chromatinas, vadinamas heterochromatinu. Nukleole vyksta ribosomų RNR transkripcijos procesai, ribosomų pirmtakų perdirbimas ir surinkimas.

Branduolys yra dinaminė sritis, kur baltymai, kuriuos komponentai gali susieti ir greitai atskirti nuo branduolinių komponentų, sukuria nenutrūkstamą mainą su nukleoplazma (branduolio viduje esanti želatininė medžiaga).

Žinduoliuose branduolio struktūra skiriasi priklausomai nuo ląstelių ciklo stadijų. Profazėje pastebimas branduolio netvarkymas ir mitozinio proceso pabaigoje jis vėl susikaupia. Pastebėtas maksimalus transkripcijos aktyvumas branduolyje S ir G2 fazėse.

RNR polimerazės I aktyvumui gali turėti įtakos skirtingos fosforilinimo būsenos, taip modifikuodamas branduolio aktyvumą ląstelių ciklo metu. Tylėjimas mitozės metu atsiranda dėl įvairių elementų, tokių kaip SL1 ir TTF-1, fosforilinimo.

Tačiau šis modelis nėra būdingas visiems organizmams. Pavyzdžiui, mielėse branduolys yra ir yra aktyvus viso ląstelių dalijimosi proceso metu.

Žvynelinės centrai

Genai, koduojantys ribosominę RNR, yra virpėjimo centruose. Šie centrai yra aiškūs regionai, apsupti tankių pluoštinių komponentų. Fibriliariniai centrai yra skirtingo dydžio ir skaičiaus, atsižvelgiant į ląstelės tipą.

Buvo aprašytas tam tikras modelis, atsižvelgiant į virpėjimo centrų ypatybes. Ląstelės, kurių sintezė yra didelė ribosomų, turi nedaug virpėjimo centrų, o ląstelės, kurių metabolizmas yra sumažėjęs (pavyzdžiui, limfocitai), turi didesnius virpėjimo centrus.

Yra specifinių atvejų, kaip ir neuronuose, kurių metabolizmas labai aktyvus, o branduolyje yra milžiniškas virpėjimo centras, lydimas mažesnių mažesnių centrų.

Tankus pluošto ir granuliuotas komponentas

Tankusis fibrillinis komponentas ir pluoštų centrai yra įterpti į granulinį komponentą, kurio granulių skersmuo yra nuo 15 iki 20 nm. Transkripcijos procesas (DNR molekulės perėjimas į RNR, laikomas pirmuoju genų ekspresijos žingsniu) vyksta ties virpėjimo centrų ribomis ir tankiu fibrilliniu komponentu.

Ribosomų pre-RNR apdorojimas vyksta tankiu fibriliniu komponentu, o procesas tęsiasi iki granuliuoto komponento. Transkriptai kaupiasi tankiuose fibrilliniuose komponentuose, o nukleoliniai baltymai taip pat yra tankiuose fibrilliniuose komponentuose. Būtent šiame regione įvyksta ribosomų surinkimas.

Užbaigus šį ribosominės RNR su reikiamais baltymais surinkimo procesą, šie produktai eksportuojami į citoplazmą.

Granuliuotame komponente gausu transkripcijos faktorių (keletas pavyzdžių yra SUMO-1 ir Ubc9). Paprastai branduolys yra apsuptas heterochromatino; Manoma, kad ši sutankinta DNR gali atlikti ribosomų RNR transkripciją.

Žinduose ribosomų DNR ląstelėse yra sutankinama arba nutildoma. Atrodo, kad ši organizacija yra svarbi ribosomų DNR reguliavimui ir genomo stabilumo apsaugai.

Branduolinis organizacinis regionas

Šiame regione (NOR) yra sugrupuoti genai (ribosominė DNR), kurie koduoja ribosomų RNR.

Šiuos regionus sudarančios chromosomos skiriasi priklausomai nuo tiriamos rūšies. Žmonėse jie randami akrocentrinių chromosomų palydoviniuose regionuose (centromeras yra netoli vieno iš galų), ypač 13, 14, 15, 21 ir 22 porose.

Ribosomos DNR vienetai susideda iš perrašytos sekos ir išorinio tarpiklio, reikalingo RNR polimerazės I transkripcijai.

Ribosominės DNR promotoriuose galima atskirti du elementus: centrinį ir elementą, esantį prieš srovę (prieš srovę).

funkcijos

Ribosomų RNR formavimo mašinos

Branduolį galima laikyti fabriku, kuriame yra visi komponentai, reikalingi ribosomų pirmtakų biosintezei.

Ribosominė arba ribosominė RNR (ribonukleino rūgštis), paprastai sutrumpintai vadinama rRNR, yra ribosomų komponentas ir dalyvauja baltymų sintezėje. Šis komponentas yra gyvybiškai svarbus visoms gyvų būtybių rūšims.

Ribosominė RNR yra susijusi su kitais baltyminio pobūdžio komponentais. Dėl šio surišimo atsiranda ribosomų presubunatas. Ribosominės RNR klasifikacija paprastai pateikiama kartu su raide „S“, nurodančia Svedbergo vienetus arba sedimentacijos koeficientą.

Ribosomų organizavimas

Ribosomos yra sudarytos iš dviejų subvienetų: didžiojo arba didžiojo ir mažojo ar mažojo.

Prokariotų ir eukariotų ribosomų RNR yra skirtinga. Prokariotuose didelis subvienetas yra 50S ir yra sudarytas iš 5S ir 23S ribosominių RNR, taip pat mažasis subvienetas yra 30S ir yra sudarytas tik iš 16S ribosominių RNR.

Priešingai, pagrindinį subvienetą (60S) sudaro 5S, 5.8S ir 28S ribosominės RNR. Mažasis subvienetas (40S) yra sudarytas tik iš 18S ribosomų RNR.

Branduolyje yra genai, koduojantys 5.8S, 18S ir 28S ribosomines RNR. Šias ribosomines RNR RNR polimerazė I nukopijuoja kaip vieną branduolio branduolį. Dėl šio proceso gaunamas 45S RNR pirmtakas.

Minėtas ribosomų RNR pirmtakas (45S) turi būti suskaidytas į jo 18S komponentus, priklausančius mažam subvienetui (40S) ir 5.8S bei 28S dideliam subvienetui (60S).

Trūkstama ribosominė RNR, 5S, yra susintetinta už branduolio ribų; Skirtingai nei jo kolegos, procesą katalizuoja RNR polimerazė III.

Ribosomų RNR transkripcija

Ląstelei reikia daug ribosomų RNR molekulių. Yra kelios genų, koduojančių šio tipo RNR, kopijos, kad būtų patenkinti šie aukšti reikalavimai.

Pavyzdžiui, remiantis duomenimis apie žmogaus genomą, yra 200 5.8S, 18S ir 28S ribosomų RNR kopijų. 5S ribosomų RNR yra 2000 egzempliorių.

Procesas prasideda nuo 45S ribosomų RNR. Tai prasideda nuo tarpiklio pašalinimo šalia 5 ′ galo. Užbaigus transkripcijos procesą, likusi tarpinė, esanti 3 ′ gale, pašalinama. Po vėlesnių trynimų gaunama subrendusi ribosomų RNR.

Be to, norint apdoroti ribosominę RNR reikia daugybės svarbių jos bazių modifikacijų, tokių kaip metilinimo ir uridino virsmo pseudouridinu procesas.

Vėliau pridedami baltymai ir RNR, esantys branduolyje. Tarp jų yra mažosios branduolinės RNR (pRNR), dalyvaujančios ribosomų RNR atskyrime 18S, 5.8S ir 28S produktuose.

PRNR turi sekas, papildančias 18S ir 28S ribosomų RNR. Todėl jie gali modifikuoti pirmtako RNR pagrindus, metilindami tam tikrus regionus ir dalyvaudami formuojant pseudouridiną.

Ribosomų surinkimas

Ribosomų susidarymas susijęs su pirminės ribosominės RNR jungimu kartu su ribosomų baltymais ir 5S. Procese dalyvaujantys baltymai citoplazmoje perrašomi RNR polimerazės II būdu ir turi būti pernešami į branduolį.

Ribosominiai baltymai pradeda asocijuotis su ribosominėmis RNR, prieš atsirandant 45S ribosominei RNR. Po atskyrimo pridedami likę ribosomų baltymai ir 5S ribosomų RNR.

18S ribosomų RNR brendimas vyksta greičiau. Galiausiai „preribosominės dalelės“ eksportuojamos į citoplazmą.

Kitos funkcijos

Be ribosomų biogenezės, naujausi tyrimai nustatė, kad branduolys yra daugiafunkcinis darinys.

Branduolys taip pat dalyvauja perdirbant ir subrandinant kitų rūšių RNR, pvz., SnRNP (baltymų ir RNR kompleksai, sujungiantys su prenumeruojančia RNR, kad sudarytų splaisosomos ar splaisos kompleksą) ir tam tikras pernešančias RNR. , mikroRNR ir kiti ribonukleoproteinų kompleksai.

Išanalizavus branduolio proteomą, buvo rasti baltymai, susiję su RNR apdorojimu prieš messengerį, ląstelių ciklo kontrole, DNR replikacija ir taisymu. Branduolio baltymų sudėtis yra dinamiška ir keičiasi esant skirtingoms aplinkos sąlygoms ir ląstelių stresams.

Taip pat yra keletas patologijų, susijusių su netinkamu branduolio funkcionavimu. Tai apima deimantų ir juodųjų metalų anemiją ir neurodegeneracinius sutrikimus, tokius kaip Alzheimerio ir Huntingtono ligos.

Alzheimerio liga sergantiems pacientams yra pakitęs branduolio raiškos lygis, palyginti su sveikais pacientais.

Branduolys ir vėžys

Daugiau nei 5000 tyrimų parodė ryšį tarp piktybinių ląstelių proliferacijos ir branduolio aktyvumo.

Kai kurių tyrimų tikslas yra kiekybiškai įvertinti branduolio baltymus klinikinės diagnostikos tikslais. Kitaip tariant, tikslas yra įvertinti vėžio plitimą naudojant šiuos baltymus kaip žymeklį, konkrečiai B23, nukleolino, UBF ir RNR polimerazės I subvienetus.

Kita vertus, buvo nustatyta, kad B23 baltymas yra tiesiogiai susijęs su vėžio vystymusi. Panašiai ir kiti nukleoliniai komponentai dalyvauja kuriant tokias patologijas kaip ūminė promielocitinė leukemija.

Branduolys ir virusai

Yra pakankamai įrodymų, kad virusams, tiek iš augalų, tiek iš gyvūnų, reikia branduolio baltymų, kad būtų galima daugintis. Branduolyje yra pokyčių, susijusių su jo morfologija ir baltymų sudėtimi, kai ląstelė patiria virusinę infekciją.

Buvo rasta nemažai baltymų, gaunamų iš DNR ir RNR sekų, turinčių virusų ir esančių branduolyje.

Virusai turi skirtingas strategijas, leidžiančias jiems susirasti vietą šiame pobranduoliniame regione, pavyzdžiui, virusinius baltymus, turinčius „signalus“, kurie juos veda į branduolį. Šiose etiketėse gausu aminorūgščių arginino ir lizino.

Virusų buvimas branduolyje palengvina jų dauginimąsi, be to, atrodo, kad tai yra jų patogeniškumo reikalavimas.

Nuorodos

1. Boisvertas, FM, van Koningsbruggenas, S., Navascués, J., & Lamond, AI (2007). Daugiafunkcinis branduolys. Gamtos apžvalgos Molekulinių ląstelių biologija, 8 (7), 574–585.
2. Boulon, S., Westman, BJ, Hutten, S., Boisvert, F.-M., ir Lamond, AI (2010). Branduolys patiriamas streso metu. Molecular Cell, 40 (2), 216–227.
3. Cooperis, CM (2000). Ląstelė: molekulinis požiūris. 2-asis leidimas. „Sinauer Associates“. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Branduolys: žavus branduolinis kūnas. Histochemija ir ląstelių biologija, 129 (1), 13–31.
4. Horký, M., Kotala, V., Anton, M., & WESIERSKA - GADEK, J. (2002). Branduolys ir apoptozė. Niujorko mokslų akademijos metraštis, 973 (1), 258–264.
5. Leung, AK, ir Lamond, AI (2003). Branduolio dinamika. „Critical Reviews ™“ eukariotinių genų ekspresijoje, 13 (1).
6. Montanaro, L., Treré, D., ir Derenzini, M. (2008). Branduolys, ribosomos ir vėžys. Amerikos žurnalas apie patologiją, 173 (2), 301–310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
7. Pedersonas, T. (2011). Branduolys. Šaltojo pavasario uosto biologinės perspektyvos, 3 (3), a000638.
8. Tsekrekou, M., Stratigi, K., & Chatzinikolaou, G. (2017). Branduolys: genomo priežiūra ir remontas. Tarptautinis molekulinių mokslų žurnalas, 18 (7), 1411 m.