NUCLEOLUS: מאפיינים, מבנה, מורפולוגיה ותפקודים - ביולוגיה - 2025

Nucleolus הוא מבנה תא לא מופרד על ידי קרום, היותו אחד ברוב האזורים הבולטים של הגרעין. הוא נצפה כאזור צפוף יותר בגרעין ומחולק לשלושה אזורים: רכיב סיבי עמוד צפוף, מרכז סיבי עמוד והמרכיב הגרעיני.

זה אחראי בעיקר לסינתזה והרכבה של ריבוזומים; עם זאת, למבנה זה יש גם פונקציות אחרות. יותר מ -700 חלבונים נמצאו בתוך הגרעין שאינם מעורבים בתהליכי ביוגנזה של ריבוזומים. באותה דרך הגרעין מעורב בהתפתחות פתולוגיות שונות.

החוקר הראשון שצפה באזור הגרעין היה F. Fontana בשנת 1781, לפני יותר משתי מאות שנים. ואז, באמצע שנות השלושים של המאה הקודמת, הצליח מקלינטוק לצפות במבנה כזה בניסויים שלו עם מיי זאה. מאז מאות חקירות התמקדו בהבנת התפקודים והדינמיקה של אזור זה בגרעין.

מאפיינים כלליים

הגרעין הוא מבנה בולט הנמצא בתוך גרעין התאים האוקריוטים. זהו "אזור" בצורת כדור, מכיוון שאין סוג של ביוממברנה המפרידה בינו לבין שאר המרכיבים הגרעיניים.

ניתן לראות במיקרוסקופ תת-אזור של הגרעין כאשר התא נמצא בממשק.

הוא מאורגן באזורים המכונים NORs (עבור ראשי תיבות שלו באנגלית: אזורים ארגוניים גרעיניים כרומוזומליים), שם נמצאים הרצפים המקודדים את הריבוזומים.

גנים אלה נמצאים באזורים ספציפיים בכרומוזומים. בבני אדם הם מאורגנים בד בבד באזורי הלוויין של הכרומוזומים 13, 14, 15, 21 ו 22.

בגרעין מתרחשת שעתוק, עיבוד והרכבה של יחידות המשנה המרכיבות את הריבוזומים.

בנוסף לתפקודו המסורתי, הגרעין קשור לחלבוני מדכאי גידולים, מווסת מחזור תאים ואפילו חלבונים מוירוסים.

חלבוני Nucleolus הם דינאמיים, ונראה כי רצף שלהם נשמר לאורך האבולוציה. מבין חלבונים אלה רק 30% נקשרו לביוגנזה של ריבוזומים.

מבנה ומורפולוגיה

הגרעין מחולק לשלושה מרכיבים עיקריים, הניתנים להבחנה במיקרוסקופיה אלקטרונית: המרכיב הסיבי הצפוף, מרכז הסיבית והמרכיב הגרעיני.

באופן כללי, הוא מוקף כרומטין מרוכז, הנקרא הטרוכרומטין. בגרעין, מתרחשים תהליכי שעתוק של RNA ריבוזומלי, עיבוד והרכבה של מבשרי ריבוזומליים.

הגרעין הוא אזור דינמי, בו החלבונים שהמרכיבים יכולים לקשר במהירות ולהיפרד מהמרכיבים הגרעיניים, ויוצרים חילוף מתמשך עם הגרעין (חומר ג'לטי פנימי לגרעין).

אצל יונקים מבנה הגרעין משתנה עם שלבי מחזור התא. בניבוי נצפתה אי-ארגון של הגרעין והוא מתכנס מחדש בסוף התהליך המיטוטי. הפעילות התמלולית המרבית בגרעין נצפתה בשלבי S ו- G2.

פעילותו של פולימראז RNA יכולה להיות מושפעת ממצבים שונים של זרחן, ובכך לשנות את פעילות הגרעין במהלך מחזור התא. השתקה במהלך המיטוזה מתרחשת עקב זרחן של אלמנטים שונים כמו SL1 ו- TTF-1.

עם זאת, דפוס זה אינו נפוץ בכל האורגניזמים. לדוגמא, בשמרים הגרעין נמצא - ופעיל - בכל התהליך של חלוקת התא.

מרכזי פיברילריה

הגנים המקודדים ל- RNA ריבוזומלי נמצאים במרכזי פיברילאר. מרכזים אלה הם אזורים ברורים המוקפים ברכיבים סיבים צפופים. מרכזי הסיביבר משתנים בגודלם ובמספרם, תלוי בסוג התא.

דפוס מסוים תואר ביחס למאפיינים של מרכזי הסיבית. לתאים עם סינתזת ריבוזומים גבוהה יש מספר נמוך של מרכזי פיברלאר, בעוד שלתאים עם מטבוליזם מופחת (כמו לימפוציטים) יש מרכזי פיברילאר גדולים יותר.

ישנם מקרים ספציפיים, כמו בנוירונים עם מטבוליזם פעיל מאוד, שלגרעין שלהם יש מרכז סיבי ענק, מלווה במרכזים קטנים יותר.

רכיב סיבי עמוד צפוף ורכיב גרגירי

המרכיב הסיבי צפוף ומרכזי הסיבי מוטמעים ברכיב הגרעיני, שגרגרי הקוטר שלהם קוטר של 15 עד 20 ננומטר. תהליך התמלול (מעבר מולקולת ה- DNA ל- RNA, הנחשב לשלב הראשון של ביטוי הגנים) מתרחש בגבולות מרכזי הסיבית ובמרכיב הסיבי הדופן הצפוף.

עיבוד של ריבוזומלי טרום RNA מתרחש במרכיב הסיבי הדופן הצפוף והתהליך משתרע על המרכיב הגרעיני. התמלילים המצטברים במרכיב הסיביבררי הצפוף וחלבונים גרעיניים נמצאים גם הם ברכיב הסיבית הצפופה. זה באזור זה בו מתרחשת הרכבת הריבוזומים.

לאחר השלמת תהליך הרכבה זה של RNA ריבוזומלי עם החלבונים הנחוצים, מוצרים אלה מיוצאים לציטופלזמה.

המרכיב הגרעיני עשיר בגורמי שעתוק (SUMO-1 ו- Ubc9 הם כמה דוגמאות). בדרך כלל הגרעין מוקף בהטרוכרומטין; ה- DNA הקומפקטי הזה נחשב למלא תפקיד בתעתיק RNA ריבוזומלי.

אצל יונקים, ה- DNA הריבוזומאלי בתאים נדחס או מושתק. נראה כי ארגון זה חשוב לוויסות ה- DNA הריבוזומלי ולהגנה על היציבות הגנומית.

אזור התארגנות גרעינית

באזור זה (NOR) מקובצים הגנים (DNA ריבוזומלי) המקודדים ל- RNA ריבוזומלי.

הכרומוזומים המרכיבים אזורים אלה משתנים בהתאם למין הנחקר. בבני אדם הם נמצאים באזורי הלוויין של הכרומוזומים האקרוצנטריים (הצנטרומר ממוקם בסמוך לאחד הקצוות), במיוחד בזוגות 13, 14, 15, 21 ו 22.

יחידות ה- DNA של הריבוזום מורכבות מרצף התעתיק וממרווח חיצוני הנחוץ לתמלול על ידי פולימנאז RNA.

במקדמים ל- DNA ריבוזומלי ניתן להבחין בין שני אלמנטים: אחד מרכזי ואלמנט הנמצא במעלה הזרם (במעלה הזרם).

מאפיינים

מכונות להרכבת RNA Ribosomal

הגרעין יכול להיחשב כמפעל עם כל המרכיבים הדרושים לביוסינתזה של מבשרי ריבוזומים.

RNA ריבוזומלי או ריבוזומלי (חומצה ריבונוקלאית), המקוצר לרוב כ- rRNA, הוא מרכיב של ריבוזומים ומשתתף בסינתזה של חלבונים. מרכיב זה חיוני לכל שושלות היצורים החיים.

RNA ריבוזומלי מקושר למרכיבים אחרים בעלי אופי חלבוני. כריכה זו מביאה ליחידות טרום-ריבוזומליות. הסיווג של RNA ריבוזומלי ניתן בדרך כלל מלווה באות S, המציין את יחידות Svedberg או מקדם המשקעים.

ארגון ריבוזומים

ריבוזומים מורכבים משתי יחידות משנה: הגדולות או הגדולות והקטנות או מינוריות.

ניתן להבחין בין RNA ריבוזומלי של פרוקריוטות ואוקריוטות. בפרוקריוטות, תת-היחידה הגדולה היא 50S ומורכבת מ- RS ריבוזומאלי 5S ו- 23S, כמו כן תת-היחידה הקטנה היא 30S ומורכבת רק מ- RNA ריבוזומלי 16S.

לעומת זאת, יחידת המשנה העיקרית (60S) מורכבת מ- 5S, 5.8S ו- 28S RNA ribosomal. יחידת המשנה הקטנה (40S) מורכבת אך ורק מ- RNA ריבוזומלי 18S.

בגרעין נמצאים הגנים המקודדים ל- RNA של ריבוזומלי 5.8S, 18S ו- 28S. RNAs ריבוזומליים אלו מועתקים כיחידה אחת בתוך הגרעין על ידי פולימראז RNA. תהליך זה מביא למבשר RNA 45S.

מבשר RNA אמר ריבוזומלי (45S) צריך להיות מחוקק למרכיביו 18S, השייכים ליחידת המשנה הקטנה (40S) ול- 5.8S ו- 28S של היחידה הגדולה (60S).

ה- RNA החיובי של ריבוזומל, 5S, מסונתז מחוץ לגרעין; שלא כמו מקביליהם, התהליך מנותז על ידי RNA פולימראז III.

תעתיק RNA של ריבוזומלי

תא זקוק למספר גבוה של מולקולות RNA ריבוזומליות. ישנם עותקים מרובים של הגנים המקודדים לסוג זה של RNA כדי לעמוד בדרישות הגבוהות הללו.

לדוגמא, על סמך נתונים שנמצאו בגנום האנושי, ישנם 200 עותקים עבור RNAs ריבוזומלי של 5.8S, 18S ו- 28S. ל- RNA ריבוזומלי 5S ישנם 2000 עותקים.

התהליך מתחיל ב- RNA ריבוזומלי 45S. זה מתחיל בהסרת המרווח בסמוך לקצה 5 ′. עם סיום תהליך התמלול, מוסר המרווח הנותר שנמצא בקצה 3.. לאחר מחיקות שלאחר מכן מתקבל RNA הביוב הבסיס.

יתר על כן, עיבוד ה- RNA ריבוזומלי דורש סדרה של שינויים חשובים בבסיסיו, כמו תהליכי מתילציה והמרה של אורדין לפסודורודין.

בהמשך מתרחשת תוספת של חלבונים ו- RNA הממוקמים בגרעין. בין אלה הם RNAs גרעינים קטנים (pRNA), המשתתפים בהפרדת RNA של ריבוזומלי במוצרי 18S, 5.8S ו- 28S.

ל- PRNA יש רצפים המשלימים ל RNA של 18S ו- 28S ריבוזומלי. לכן הם יכולים לשנות את הבסיסים של ה- RNA הקודם, למתיל אזורים מסוימים ולהשתתף ביצירת pseudouridine.

מכלול ריבוזום

היווצרות ריבוזומים כרוכה בקשירה של ה- RNA הריבוזומלי ההורי, יחד עם חלבונים ריבוזומלים ו- 5S. החלבונים המעורבים בתהליך מועתקים על ידי RNA Polymerase II בציטופלזמה ויש להעבירם לגרעין.

חלבונים ריבוזומלים מתחילים להתחבר ל RNA של ריבוזומלי לפני שמתרחשת מחשוף של RNA ריבוזומלי 45S. לאחר ההפרדה מתווספים שאר החלבונים הריבוזומליים ו- 5S RNA הריבוזומלי.

התבגרות RNA של ריבוזומלי 18S מתרחשת מהר יותר. לבסוף, "החלקיקים הטרום-טרומיים" מיוצאים לציטופלזמה.

פעולות אחרות

בנוסף לביוגנזה של ריבוזומים, מחקר שנערך לאחרונה מצא כי הגרעין הוא ישות רב פונקציונאלית.

הגרעין מעורב גם בעיבוד והתבגרות של סוגים אחרים של RNA, כמו snRNPs (מתחמי RNA חלבונים המשתלבים עם RNA טרום מסנג'ר ליצירת קומפלקס השבריר או השחבור) ו- RNA העברה מסוימת. , מיקרו-רנ"א ומתחמי ריבונוקלאופרוטאינים אחרים.

באמצעות ניתוח פרוטאום גרעין, נמצאו חלבונים הקשורים לעיבוד RNA לפני מסנג'ר, בקרת מחזור תאים, שכפול DNA ותיקון. הרכבת החלבון של הגרעין היא דינאמית ומשתנה בתנאים סביבתיים שונים ולחץ תאים.

כמו כן, יש סדרה של פתולוגיות הקשורות לתפקוד לא נכון של הגרעין. אלה כוללים יהלום - אנמיה בלקדן, והפרעות עצביות, כמו אלצהיימר ומחלת הנטינגטון.

בחולי אלצהיימר חל שינוי ברמות הביטוי של הגרעין בהשוואה לחולים בריאים.

הגרעין והסרטן

יותר מ- 5000 מחקרים הראו את הקשר בין התפשטות תאים ממאירים לבין פעילות גרעין.

מטרתן של כמה מחקרים היא לכמת חלבוני גרעין למטרות אבחון קליניות. במילים אחרות, המטרה היא להעריך את התפשטות סרטן באמצעות חלבונים אלה כסמן, ובמיוחד יחידות B23, נוקלאולין, UBF ו- RNA פולימראז I.

מצד שני, נמצא כי חלבון B23 קשור ישירות להתפתחות סרטן. כמו כן, רכיבים גרעיניים אחרים מעורבים בהתפתחות פתולוגיות כמו לוקמיה פרמיאלוציטית חריפה.

הגרעין והנגיפים

ישנן מספיק ראיות כדי לקבוע כי נגיפים, מצמחים ובעלי חיים, זקוקים לחלבוני גרעין כדי להשיג את תהליך ההעתקה. ישנם שינויים בגרעין, מבחינת המורפולוגיה שלו והרכב החלבון שלו, כאשר התא חווה זיהום נגיפי.

נמצאו מספר משמעותי של חלבונים שמקורם ברצפי DNA ו- RNA המכילים נגיפים ונמצאים בגרעין.

לוירוסים יש אסטרטגיות שונות המאפשרות להם לאתר באזור תת-גרעיני זה, כמו חלבונים ויראליים המכילים "אותות" שמובילים אותם לגרעין. תגיות אלה עשירות בחומצות האמינו ארגינין וליזין.

מיקום הנגיפים בגרעין מקלה על שכפולם ויתרה מכך, נראה כי זו דרישה לפתוגניות שלהם.

הפניות

1. Boisvert, FM, van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, AI (2007). הגרעין הרב-פונקציונלי. הטבע סוקר ביולוגיה של תאים מולקולריים, 8 (7), 574–585.
2. Boulon, S., Westman, BJ, Hutten, S., Boisvert, F.-M., & Lamond, AI (2010). Nucleolus תחת לחץ. תא מולקולרי, 40 (2), 216–227.
3. קופר, CM (2000). התא: גישה מולקולרית. מהדורה שנייה. מקורבי סינאור. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Nucleolus: הגוף הגרעיני המרתק. היסטוכימיה וביולוגיה של התא, 129 (1), 13–31.
4. Horký, M., Kotala, V., Anton, M., & WESIERSKA - GADEK, J. (2002). Nucleolus ואפופטוזיס. כתבי האקדמיה למדעים בניו יורק, 973 (1), 258-264.
5. Leung, AK, & Lamond, AI (2003). הדינמיקה של הגרעין. ביקורות קריטיות ™ בביטוי גנים אוקריוטיים, 13 (1).
6. מונטנארו, ל., טררה, ד., ודרזיני, מ. (2008). נוקלאולוס, ריבוזומים וסרטן. כתב העת האמריקאי לפתולוגיה, 173 (2), 301–310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
7. פדרסון, ט (2011). Nucleolus. פרספקטיבות של קפיץ ספרינג הארבור בביולוגיה, 3 (3), a000638.
8. Tsekrekou, M., Stratigi, K., and Chatzinikolaou, G. (2017). Nucleolus: בתחזוקה ותיקון גנום. כתב העת הבינלאומי למדעים מולקולריים, 18 (7), 1411.