stringtranslate.com

Ядрышко

Ядрышко, содержащееся в ядре клетки

Ядрышко ( / nj uː ˈ k l iː ə l ə s , ˌ nj uː k l i ˈ oʊ l ə s / ; мн.: ядрышки / -l aɪ / ) — самая крупная структура в ядре эукариотических клеток . [1] Он наиболее известен как место биогенеза рибосом , то есть синтеза рибосом. Ядрышко также участвует в формировании частиц распознавания сигналов и играет роль в реакции клетки на стресс. [2] Ядрышки состоят из белков , ДНК и РНК и формируются вокруг определенных хромосомных областей, называемых ядрышковыми организующими областями . Нарушение функции ядрышек может быть причиной нескольких состояний человека, называемых «нуклеопатиями» [3] [4], и ядрышко исследуется как мишень для химиотерапии рака . [5] [6]

История

Ядрышко было идентифицировано с помощью светлопольной микроскопии в 1830-х годах. [7] Мало что было известно о функции ядрышка до 1964 года, когда исследование [8] ядрышек, проведенное Джоном Гердоном и Дональдом Брауном у африканской шпорцевой лягушки Xenopus laevis, вызвало растущий интерес к функции и детальной структуре ядрышка. Они обнаружили, что 25% яиц лягушек не имели ядрышка и что такие яйца нежизнеспособны. 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 коллеги с помощью экспериментов по гибридизации нуклеиновых кислот показали , что ДНК в ядрышках кодирует рибосомальную РНК . [9] [10]

Состав

Выделяют три основных компонента ядрышка: фибриллярный центр (FC), плотный фибриллярный компонент (DFC) и зернистый компонент (GC). [1] Транскрипция рДНК происходит в ФК. [11] DFC содержит белок фибрилларин , [11] который важен в процессинге рРНК. ГК содержит белок нуклеофосмин , [11] (В23 на внешнем изображении), который также участвует в биогенезе рибосом .

Однако было высказано предположение, что эта конкретная организация наблюдается только у высших эукариот и что она развилась из двудольной организации при переходе от анамниот к амниотам . Отражая существенное увеличение межгенной области ДНК , исходный фибриллярный компонент должен был разделиться на FC и DFC. [12]

Ядро из клеточной линии. Фибрилларин красного цвета. Регулятор транскрипции белок CTCFL выделен зеленым цветом. Ядерная ДНК синего цвета.

Другая структура, обнаруженная во многих ядрышках (особенно у растений), представляет собой четкую область в центре структуры, называемую ядрышковой вакуолью. [13] Было показано, что ядрышки различных видов растений содержат очень высокие концентрации железа [14] в отличие от ядрышек клеток человека и животных.

Ультраструктуру ядрышка можно увидеть с помощью электронного микроскопа , а организацию и динамику можно изучить с помощью флуоресцентного мечения белков и восстановления флуоресценции после фотообесцвечивания ( FRAP ). Антитела против белка PAF49 также можно использовать в качестве маркера ядрышка в экспериментах по иммунофлуоресценции. [15]

Хотя обычно можно увидеть только одно или два ядрышка, диплоидная человеческая клетка имеет десять областей организатора ядрышка (ЯОР) и может иметь больше ядрышек. Чаще всего в каждом ядрышке участвуют несколько ЯОР. [16]

Функция и сборка рибосомы

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

Для биогенеза рибосом необходимы две из трех эукариотических РНК-полимераз ( Pol I и Pol III ), и они функционируют скоординировано. На начальной стадии гены рРНК транскрибируются как единая единица внутри ядрышка с помощью РНК - полимеразы I. Для того, чтобы произошла эта транскрипция, необходимы несколько факторов, связанных с pol I, и ДНК-специфичных транс-действующих факторов. У дрожжей наиболее важными являются: UAF ( восходящий активирующий фактор ), TBP (белок, связывающий ТАТА-бокс) и основной связывающий фактор (CBF), которые связывают элементы промотора и образуют преинициативный комплекс (PIC), который, в свою очередь, распознается с помощью РНК-полимеразы. У людей аналогичный PIC собирается с SL1 , фактором селективности промотора (состоящим из TBP и TBP-ассоциированных факторов , или TAF), факторами инициации транскрипции и UBF (восходящим фактором связывания). РНК-полимераза I транскрибирует большинство транскриптов рРНК (28S, 18S и 5,8S), но субъединица 5S рРНК (компонент рибосомальной субъединицы 60S) транскрибируется РНК-полимеразой III. [17]

Транскрипция рРНК приводит к образованию длинной молекулы-предшественника (45S пре-рРНК), которая все еще содержит ITS и ETS. Для создания молекул 18S РНК, 5,8S и 28S РНК необходим дальнейший процессинг. У эукариот ферменты, модифицирующие РНК, доставляются к соответствующим сайтам узнавания за счет взаимодействия с направляющими РНК, которые связывают эти специфические последовательности. Эти направляющие РНК относятся к классу малых ядрышковых РНК ( мякРНК ), которые находятся в комплексе с белками и существуют в виде малых ядрышкорибонуклеопротеинов ( мякРНП ) . После процессинга субъединиц рРНК они готовы к сборке в более крупные рибосомальные субъединицы. Однако необходима также дополнительная молекула рРНК, 5S рРНК. У дрожжей последовательность 5S рДНК локализована в межгенном спейсере и транскрибируется в ядрышке РНК-полимеразой.

У высших эукариот и растений ситуация более сложная, поскольку 5S-последовательность ДНК лежит вне ЯОР и транскрибируется РНК Пол III в нуклеоплазме , после чего попадает в ядрышко для участия в сборке рибосомы. В этой сборке участвуют не только рРНК, но и рибосомальные белки. Гены, кодирующие эти r-белки, транскрибируются Pol II в нуклеоплазме по «традиционному» пути синтеза белка (транскрипция, процессинг пре-мРНК, ядерный экспорт зрелой мРНК и трансляция на цитоплазматических рибосомах). Зрелые r-белки затем импортируются в ядро ​​и, наконец, в ядрышко. Ассоциация и созревание рРНК и р-белков приводят к образованию 40S (малых) и 60S (больших) субъединиц полной рибосомы. Они экспортируются через комплексы ядерных пор в цитоплазму, где остаются свободными или связываются с эндоплазматической сетью , образуя шероховатый эндоплазматический ретикулум (RER). [18] [19]

В клетках эндометрия человека иногда образуется сеть ядрышковых каналов. Происхождение и функции этой сети до сих пор четко не определены. [20]

Секвестрация белков

Помимо своей роли в биогенезе рибосом, ядрышко, как известно, захватывает и иммобилизует белки - процесс, известный как ядрышковое задержание. Белки, задержанные в ядрышке, не способны диффундировать и взаимодействовать со своими партнерами по связыванию. Мишенью этого механизма посттрансляционной регуляции являются VHL , PML , MDM2 , POLD1 , RelA , HAND1 и hTERT , среди многих других. Сейчас известно, что за это явление ответственны длинные некодирующие РНК , происходящие из межгенных участков ядрышка. [21]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Аб О'Салливан Дж. М., Пай Д. А., Cridge AG, Энгельке Д. Р., Гэнли А. Р. (июнь 2013 г.). «Ядрышко: плот, дрейфующий в ядерном море, или краеугольный камень ядерной структуры?». Биомолекулярные концепции . 4 (3): 277–86. doi : 10.1515/bmc-2012-0043. ПМК  5100006 . ПМИД  25436580.
  2. ↑ Олсон М.О., Дундр М. (16 февраля 2015 г.). «Ядрышко: строение и функция». Энциклопедия наук о жизни (eLS) . дои : 10.1002/9780470015902.a0005975.pub3. ISBN 978-0-470-01617-6.
  3. ^ Гетман М (июнь 2014 г.). «Роль ядрышка в заболеваниях человека. Предисловие». Биохимика и биофизика Acta . 1842 (6): 757. doi : 10.1016/j.bbadis.2014.03.004 . ПМИД  24631655.
  4. ^ Бахадори, М; Азизи, Миннесота; Дабири, С; Бахадори, Н. (2022). «Влияние ядрышка человека на вирусную жизнь гостей с акцентом на инфекцию COVID-19: мини-обзор». Иранский журнал патологии . 17 (1): 1–7. дои : 10.30699/IJP.2021.540305.2744. ПМЦ 8794558 . ПМИД  35096082. 
  5. ^ Куин Дж.Э., Девлин Дж.Р., Кэмерон Д., Ханнан К.М., Пирсон Р.Б., Ханнан Р.Д. (июнь 2014 г.). «Нацеливание на ядрышко при раковом вмешательстве». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Молекулярные основы болезней . 1842 (6): 802–16. дои : 10.1016/j.bbadis.2013.12.009 . hdl : 11343/44176 . ПМИД  24389329.
  6. ^ Вудс С.Дж., Ханнан К.М., Пирсон Р.Б., Ханнан Р.Д. (июль 2015 г.). «Ядрышко как фундаментальный регулятор реакции р53 и новая мишень для терапии рака». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Механизмы регуляции генов . 1849 (7): 821–9. дои :10.1016/j.bbagrm.2014.10.007. ПМИД  25464032.
  7. ^ Педерсон Т. (март 2011 г.). «Ядрышко». Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 3 (3): а000638. doi : 10.1101/cshperspect.a000638. ПМК 3039934 . ПМИД  21106648. 
  8. ^ Браун Д.Д., Гердон Дж.Б. (январь 1964 г.). «Отсутствие синтеза рибосомальной РНК у безъядерного мутанта xenopus laevis». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 51 (1): 139–46. Бибкод : 1964PNAS...51..139B. дои : 10.1073/pnas.51.1.139 . ПМК 300879 . ПМИД  14106673. 
  9. ^ Бирнстил М.Л., Уоллес Х., Сирлин Дж.Л., Фишберг М. (декабрь 1966 г.). «Локализация комплементов рибосомальной ДНК в области ядрышкового организатора Xenopus laevis». Монография Национального института рака . 23 : 431–47. ПМИД  5963987.
  10. ^ Уоллес Х, Бирнстил ML (февраль 1966 г.). «Рибосомальные цистроны и ядрышковый организатор». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Нуклеиновые кислоты и синтез белка . 114 (2): 296–310. дои : 10.1016/0005-2787(66)90311-x. ПМИД  5943882.
  11. ^ abc Сирри В., Уркуки-Инчима С., Руссель П., Эрнандес-Верден Д. (январь 2008 г.). «Ядрышко: увлекательное ядерное тело». Гистохимия и клеточная биология . 129 (1): 13–31. дои : 10.1007/s00418-007-0359-6. ПМК 2137947 . ПМИД  18046571. 
  12. ^ Тири М., Лафонтен Д.Л. (апрель 2005 г.). «Рождение ядрышка: эволюция ядрышковых компартментов». Тенденции в клеточной биологии . 15 (4): 194–9. doi :10.1016/j.tcb.2005.02.007. ПМИД  15817375.в формате PDF. Архивировано 17 декабря 2008 г. в Wayback Machine.
  13. ^ Бевен А.Ф., Ли Р., Разаз М., Лидер-ди-джей, Браун Дж.В., Шоу П.Дж. (июнь 1996 г.). «Организация процессинга рибосомальной РНК коррелирует с распределением ядрышковых мяРНК». Журнал клеточной науки . 109 (Часть 6) (6): 1241–51. дои : 10.1242/jcs.109.6.1241. ПМИД  8799814.
  14. ^ Рошцтардц Х., Грийе Л., Исауре М.П., ​​Конехеро Г., Ортега Р., Кюри С., Мари С. (август 2011 г.). «Ядрышко растительной клетки как горячая точка для железа». Журнал биологической химии . 286 (32): 27863–6. дои : 10.1074/jbc.C111.269720 . ПМК 3151030 . ПМИД  21719700. 
  15. ^ Антитело PAF49 | GeneTex Inc. Genetex.com. Проверено 18 июля 2019 г.
  16. ^ фон Кнебель Дебериц М, Вентценсен Н (2008). «Клетка: основная структура и функция». Комплексная цитопатология (третье изд.).
  17. ^ Champe PC, Харви Р.А., Ферье Д.Р. (2005). Иллюстрированные обзоры Липпинкотта: биохимия. Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN 978-0-7817-2265-0.
  18. ^ Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (2002). Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Нью-Йорк: Garland Science. стр. 331–3. ISBN 978-0-8153-3218-3.
  19. ^ Купер GM, Хаусман RE (2007). Клетка: молекулярный подход (4-е изд.). Синауэр Ассошиэйтс. стр. 371–9. ISBN 978-0-87893-220-7.
  20. ^ 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/cr.1992.10 .
  21. ^ Аудас Т.Э., Джейкоб, доктор медицинских наук, Ли С. (январь 2012 г.). «Иммобилизация белков в ядрышке рибосомальным межгенным спейсером, некодирующим РНК». Молекулярная клетка . 45 (2): 147–57. doi : 10.1016/j.molcel.2011.12.012 . ПМИД  22284675.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме клеточного ядрышка .
Найдите ядрышко в Викисловаре, бесплатном словаре.