Эукариотикалық жасуша ядросының құрылысы мен қызметі
Cell nucleus
Жасуша ядросы: Эукариотты жасушалардың ДНК-ны қорғайтын, маңызды генетикалық ақпаратты сақтайтын мембраналық органелласы. Құрылысы, функциясы туралы біліңіз.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Эукариоттық мембранамен шектелген органелл ДНК-ны қамтиды.
Eukaryotic membrane bounded organelle containing DNA
Жасуша ядросы (;: ядролар) – эукариоттық жасушаларда табылған мембранамен шектелген органелл. Эукариоттық жасушаларда әдетте бір ядро болады, бірақ кейбір жасуша түрлері, мысалы, сүтқоректілердің қызыл қан жасушаларында ядро болмайды, ал остеокластар сияқты басқаларында көптеген ядролар болады. Ядроны құрайтын негізгі құрылымдар – ядролық қабықша, ол органеллдің барлығын қоршап, оның ішкі мазмұнын жасушалық цитоплазмадан оқшаулайтын қос мембрана; және ядролық матрица, ядро ішіндегі механикалық қолдауды қамтамасыз ететін желі. Жасуша ядросы жасушаның геномының басым бөлігін қамтиды. Ядролық ДНК көбінесе көптеген хромосомаларға ұйымдастырылады – гистон сияқты, ДНК-ны қорғайтын және ұйымдастыратын әртүрлі ақуыздармен белгіленген ДНК-ның ұзын тізбектері. Бұл хромосомалардың ішіндегі гендер жасуша функциясын жақсарту үшін құрылымдалған. Ядро гендердің тұтастығын сақтайды және гендік экспрессияны реттеу арқылы жасушаның қызметін бақылайды. Ядролық қабықша үлкен молекулаларға өткізбейтіндіктен, молекулалардың ядролық тасымалын реттеу үшін ядролық тесіктер қажет. Тесіктер екі ядролық мембранадан өтеді, үлкен молекулалардың тасымалдаушы ақуыздар арқылы белсенді тасымалдануына арналған каналды қамтамасыз етеді, ал кіші молекулалар мен иондардың еркін қозғалысына мүмкіндік береді. Гендік экспрессия және хромосомалардың сақталуы үшін ақуыздар және РНК сияқты ірі молекулалардың тесіктер арқылы қозғалысы қажет. Ядроның ішкі бөлігінде мембранамен шектелген кіші бөлімдер болмаса да, бірегей ақуыздардан, РНК молекулаларынан және хромосомалардың белгілі бір бөліктерінен тұратын бірнеше ядролық денелер бар. Олардың ең танымал – рибосомалардың құрастырылуына қатысатын нуклеола.
The cell nucleus (; : nuclei) is a membrane bound organelle found in eukaryotic cells. Eukaryotic cells usually have a single nucleus, but a few cell types, such as mammalian red blood cells, have no nuclei, and a few others including osteoclasts have many. The main structures making up the nucleus are the nuclear envelope, a double membrane that encloses the entire organelle and isolates its contents from the cellular cytoplasm; and the nuclear matrix, a network within the nucleus that adds mechanical support. The cell nucleus contains nearly all of the cell's genome. Nuclear DNA is often organized into multiple chromosomes – long strands of DNA dotted with various proteins, such as histones, that protect and organize the DNA. The genes within these chromosomes are structured in such a way to promote cell function. The nucleus maintains the integrity of genes and controls the activities of the cell by regulating gene expression. Because the nuclear envelope is impermeable to large molecules, nuclear pores are required to regulate nuclear transport of molecules across the envelope. The pores cross both nuclear membranes, providing a channel through which larger molecules must be actively transported by carrier proteins while allowing free movement of small molecules and ions. Movement of large molecules such as proteins and RNA through the pores is required for both gene expression and the maintenance of chromosomes. Although the interior of the nucleus does not contain any membrane bound subcompartments, a number of nuclear bodies exist, made up of unique proteins, RNA molecules, and particular parts of the chromosomes. The best known of these is the nucleolus, involved in the assembly of ribosomes.
Құрылыстар
Ядро жасушаның дерлік барлық ДНК-сын қамтиды, оны талшықты аралық жіптер желісі – ядролық матрица қоршап тұрады және ядролық қабықша деп аталатын қос мембранамен қапталған. Ядролық қабықша ядроның ішіндегі нуклеоплазманы қалған жасушадан бөліп тұрады. Ядроның мөлшері жасушаның мөлшерімен байланысты, және бұл арақатынас түрлі жасуша түрлері мен түрлерінде кездеседі. Эукариоттарда көптеген жасушалардың ядросы жасуша көлемінің 10% құрайды. Бұл мембраналар жасушаның генетикалық материалы мен қалған жасуша мазмұнын бөліп, ядроға жасушаның қалған бөліктерінен ерекшеленетін ортаны сақтауға мүмкіндік береді. Ядроның көп бөлігін айналдыра тығыз орналасқандықтан, екі мембрана пішіні мен құрамы жағынан айтарлықтай ерекшеленеді. Ішкі мембрана ядролық мазмұнды қоршап, оның анықталған шекарасын анықтайды. Ядролық кешендегі (NPC) ақуыз саны жасуша түрлеріне қарай өзгереді; кішкентай глиальды жасушаларда бірнеше жүз ғана, ал үлкен Пуркинье жасушаларында шамамен 20 000 болады. Ядролық тесік кешені нуклеопориндер деп аталатын шамамен отыз түрлі ақуыздан тұрады. Тесіктің жалпы диаметрі 100 нм, бірақ молекулалардың еркін таралуына арналған саңылаудың ені шамамен 9 нм, себебі тесіктің ішінде реттеуші жүйелер бар. Бұл мөлшері суда еритін кішкентай молекулалардың өтуіне мүмкіндік береді, ал нуклеин қышқылы және ірі ақуыздар сияқты үлкен молекулалардың ядроға тиісінше кіруіне немесе шығуына жол бермейді. Бұл үлкен молекулалар ядроға белсенді түрде тасымалдануы керек. Сақинаға нуклеоплазмаға дейін созылатын ядролық себет деп аталатын құрылым және цитоплазмаға жететін жіп тәрізді қосымшалар бекітілген. Екі құрылым да ядролық тасымалдау ақуыздарымен байланысуға көмектеседі. Көптеген ақуыздар, рибосомалық бөлімшелер және кейбір РНК кариофериндер деп аталатын тасымалдау факторларының отбасы арқылы тесік кешендері арқылы тасымалданады. Ядроға қозғалысты қамтамасыз ететін кариофериндер импортиндер, ал ядродан қозғалысты қамтамасыз ететін кариофериндер экспортиндер деп аталады. Көптеген кариофериндер жүктемесімен тікелей әрекеттеседі, ал кейбіреулері адаптерлік ақуыздарды пайдаланады. Кортизол және альдостерон сияқты стероидтық гормондар, сондай-ақ жасушааралық сигнализацияға қатысатын басқа да майлы ерігіш молекулалар жасуша мембранасы арқылы цитоплазмаға таралып, онда ядроға тасымалданатын ядролық рецептор ақуыздарымен байланысады. Олар лигандқа байланысқанда транскрипция факторлары ретінде жұмыс істейді; лиганд болмаған жағдайда көптеген рецепторлар ген экспрессиясын тежейтін гистон деацетилазалары ретінде жұмыс істейді. Ядролық ламина көбінесе ламин ақуыздарынан тұрады. Барлық ақуыздар сияқты, ламиндер цитоплазмада синтезделеді және кейін ядроның ішкі бөлігіне тасымалданады, онда олар қолданыстағы ядролық ламина желісіне енгізілгенге дейін жиналады. Мембрананың цитозольді бетінде кездесетін эмерин және несприн сияқты ламиндер құрылымдық қолдау үшін цитоскелетке байланысады. Ламиндер нуклеоплазманың ішінде де кездеседі, онда олар флуоресценттік микроскопияда көрінетін нуклеоплазмалық перде деп аталатын тағы бір тұрақты құрылымды құрайды. Перденің нақты функциясы белгісіз, бірақ ол ядродан шығарылып, интерфаза кезінде болады. LEM3 сияқты пердені құрайтын ламиналық құрылымдар хроматинмен байланысады және олардың құрылымын бұзу ақуызды кодтайтын гендердің транскрипциясын тежейді. Басқа аралық жіптердің компоненттері сияқты, ламин мономері екі мономердің бір-біріне оралып, оралған орама деп аталатын димер құрылымын құрайтын альфа-спиральді доменді қамтиды. Осы димерлік құрылымдардың екеуі антипараллель орналасуда қатар қосылып, протофиламент деп аталатын тетрамерді құрайды. Сегіз протофиламент арқан тәрізді жіпті құрайтын қабырғаға бұрылады. Бұл жіптер динамикалық түрде жиналады немесе бөлшектенеді, яғни жіптің ұзындығындағы өзгерістер жіптің қосылу және алыну жылдамдығының арасындағы бәсекелестікке байланысты.
The nucleus contains nearly all of the cell's DNA, surrounded by a network of fibrous intermediate filaments called the nuclear matrix, and is enveloped in a double membrane called the nuclear envelope. The nuclear envelope separates the fluid inside the nucleus, called the nucleoplasm, from the rest of the cell. The size of the nucleus is correlated to the size of the cell, and this ratio is reported across a range of cell types and species. In eukaryotes the nucleus in many cells typically occupies 10% of the cell volume. Together, these membranes serve to separate the cell's genetic material from the rest of the cell contents, and allow the nucleus to maintain an environment distinct from the rest of the cell. Despite their close apposition around much of the nucleus, the two membranes differ substantially in shape and contents. The inner membrane surrounds the nuclear content, providing its defining edge. The number of NPCs can vary considerably across cell types; small glial cells only have about a few hundred, with large Purkinje cells having around 20,000. The nuclear pore complex is composed of approximately thirty different proteins known as nucleoporins. The pores are 100 nm in total diameter; however, the gap through which molecules freely diffuse is only about 9 nm wide, due to the presence of regulatory systems within the center of the pore. This size selectively allows the passage of small water soluble molecules while preventing larger molecules, such as nucleic acids and larger proteins, from inappropriately entering or exiting the nucleus. These large molecules must be actively transported into the nucleus instead. Attached to the ring is a structure called the nuclear basket that extends into the nucleoplasm, and a series of filamentous extensions that reach into the cytoplasm. Both structures serve to mediate binding to nuclear transport proteins. Most proteins, ribosomal subunits, and some RNAs are transported through the pore complexes in a process mediated by a family of transport factors known as karyopherins. Those karyopherins that mediate movement into the nucleus are also called importins, whereas those that mediate movement out of the nucleus are called exportins. Most karyopherins interact directly with their cargo, although some use adaptor proteins. Steroid hormones such as cortisol and aldosterone, as well as other small lipid soluble molecules involved in intercellular signaling, can diffuse through the cell membrane and into the cytoplasm, where they bind nuclear receptor proteins that are trafficked into the nucleus. There they serve as transcription factors when bound to their ligand; in the absence of a ligand, many such receptors function as histone deacetylases that repress gene expression. The nuclear lamina is composed mostly of lamin proteins. Like all proteins, lamins are synthesized in the cytoplasm and later transported to the nucleus interior, where they are assembled before being incorporated into the existing network of nuclear lamina. Lamins found on the cytosolic face of the membrane, such as emerin and nesprin, bind to the cytoskeleton to provide structural support. Lamins are also found inside the nucleoplasm where they form another regular structure, known as the nucleoplasmic veil, that is visible using fluorescence microscopy. The actual function of the veil is not clear, although it is excluded from the nucleolus and is present during interphase. Lamin structures that make up the veil, such as LEM3, bind chromatin and disrupting their structure inhibits transcription of protein coding genes. Like the components of other intermediate filaments, the lamin monomer contains an alpha helical domain used by two monomers to coil around each other, forming a dimer structure called a coiled coil. Two of these dimer structures then join side by side, in an antiparallel arrangement, to form a tetramer called a protofilament. Eight of these protofilaments form a lateral arrangement that is twisted to form a ropelike filament. These filaments can be assembled or disassembled in a dynamic manner, meaning that changes in the length of the filament depend on the competing rates of filament addition and removal.
Хромосомалар
Жасуша ядросы хромосомалар деп аталатын құрылымдарға ұйымдастырылған, жасушаның генетикалық материалының көп бөлігін бірнеше сызықтық ДНҚ молекулалары түрінде қамтиды. Әрбір адам жасушасында шамамен екі метрлік ДНҚ болады. Басқа түрі – гетерохроматин – тығыз құрылымды, және жиі транскрипцияланбайтын ДНҚ-ны қамтиды. Бұл құрылым әрі қарай факультативті гетерохроматинге бөлінеді, ол белгілі бір жасуша түрлерінде немесе дамудың белгілі бір кезеңдерінде ғана гетерохроматин ретінде ұйымдастырылған гендерден тұрады, сондай-ақ теломерлер және центромерлер сияқты хромосома құрылымдық компоненттерінен тұратын конститутивті гетерохроматинге бөлінеді. Интерфаза кезінде хроматин жеке-жеке аймақтарға, хромосомалық аумақтар деп аталатын бөліктерге ұйымдасады. Әдетте хромосоманың эухроматикалық аймағында табылған белсенді гендер, хромосома аумағының шекарасына жақын орналасуға бейім. Хроматиннің белгілі бір түрлеріне, әсіресе нуклеосомаларға қарсы антиденелер жүйелік қызыл жегіш (systemic lupus erythematosus) сияқты бірқатар аутоиммундық аурулармен байланысты. Бұл антиядролық антиденелер (АНА) деп аталады және көп склерозбен бірге, жалпы иммундық жүйенің дисфункциясының бір бөлігі ретінде де байқалған.
The cell nucleus contains the majority of the cell's genetic material in the form of multiple linear DNA molecules organized into structures called chromosomes. Each human cell contains roughly two meters of DNA. The other type, heterochromatin, is the more compact form, and contains DNA that is infrequently transcribed. This structure is further categorized into facultative heterochromatin, consisting of genes that are organized as heterochromatin only in certain cell types or at certain stages of development, and constitutive heterochromatin that consists of chromosome structural components such as telomeres and centromeres. During interphase the chromatin organizes itself into discrete individual patches, called chromosome territories. Active genes, which are generally found in the euchromatic region of the chromosome, tend to be located towards the chromosome's territory boundary. Antibodies to certain types of chromatin organization, in particular, nucleosomes, have been associated with a number of autoimmune diseases, such as systemic lupus erythematosus. These are known as anti nuclear antibodies (ANA) and have also been observed in concert with multiple sclerosis as part of general immune system dysfunction.
Каджаль денелері мен асыл тастары
Ядрода әдетте Cajal bodies немесе coiled bodies (CB) деп аталатын бірден онға дейін жиынтық құрылымдар болады, олардың диаметрі жасуша түріне және түрге байланысты 0,2 мкм мен 2,0 мкм аралығында өзгереді. CB-лар РНК өңдеудің, атап айтқанда шағын нуклеолярлық РНК (snoRNA) және шағын ядролық РНК (snRNA) пісіп жетілуінің, сондай-ақ гистондық мРНК модификациясының бірнеше түрлі қызметтеріне қатысады. Дегенмен, микроскопиялық дәлелдер CB және gems (асыл тастар) бір құрылымның әртүрлі түрлері екенін көрсетеді.
A nucleus typically contains between one and ten compact structures called Cajal bodies or coiled bodies (CB), whose diameter measures between 0.2 μm and 2.0 μm depending on the cell type and species. CBs are involved in a number of different roles relating to RNA processing, specifically small nucleolar RNA (snoRNA) and small nuclear RNA (snRNA) maturation, and histone mRNA modification. though it has also been suggested from microscopy evidence that CBs and gems are different manifestations of the same structure.
PIKA және PTF домендері
PIKA домендері, немесе полиморфты интерфазалық кариосомалық ассоциациялар, алғаш рет 1991 жылы микроскопиялық зерттеулерде сипатталған. Олардың функциясы әлі анықталмаған, бірақ олар белсенді ДНК репликациясымен, транскрипциямен немесе РНК өңдеумен байланысты емес деп есептелген. Олар көбінесе шағын ядролық РНК (snRNA) транскрипциясын ынталандыратын транскрипция факторы PTF-тің тығыз орналасуымен шектелген дискретті домендермен байланысты болады.
PIKA domains, or polymorphic interphase karyosomal associations, were first described in microscopy studies in 1991. Their function remains unclear, though they were not thought to be associated with active DNA replication, transcription, or RNA processing. They have been found to often associate with discrete domains defined by dense localization of the transcription factor PTF, which promotes transcription of small nuclear RNA (snRNA).
PML-ядролық денелер
Промиелоциттік лейкемия ақуызы (PML ядролық денелері) – ядролық плазмада шашыраңқы орналасқан, шамамен 0,1–1,0 мкм өлшемді шар тәрізді денелер. Олар басқа да атаулармен белгілі, соның ішінде ядролық домен 10 (ND10), Кремер денелері және PML онкогендік домендері. PML ядролық денелері олардың маңызды құрауыштардың бірі – промиелоциттік лейкемия ақуызы (PML) атымен аталған. Олар көбінесе ядрода Cajal денелері және бөліну денелерімен қатар кездеседі.
Promyelocytic leukemia protein (PML nuclear bodies) are spherical bodies found scattered throughout the nucleoplasm, measuring around 0.1–1.0 μm. They are known by a number of other names, including nuclear domain 10 (ND10), Kremer bodies, and PML oncogenic domains. PML nuclear bodies are named after one of their major components, the promyelocytic leukemia protein (PML). They are often seen in the nucleus in association with Cajal bodies and cleavage bodies.
Қалқаншалау нүктелері
Пышақтар – ядро ішіндегі құрылымдар, олар алдын ала РНК тізбектеу факторларымен тоғанылған және сүтқоректілер жасушаларының нуклеоплазмасындағы интерхроматин аймақтарында орналасқан. Флуоресценциялық микроскопта олар әртүрлі өлшем мен пішіндегі, нүктелі, дөңгелек емес құрылымдар ретінде көрінеді, ал электрондық микроскоппен қарағанда интерхроматин гранулаларының жиынтығы ретінде байқалады. Пышақтар – динамикалық құрылымдар, олардың ақуыз және РНК-ақуыз компоненттері пышақтар мен басқа ядролық локациялар арасында, соның ішінде белсенді транскрипция орындары арасында үздіксіз цикл жасай береді. Пышақтар белгілі бір гендердің активтілігін тікелей күшейту үшін гендік активтілікті күшейтуші ретінде p53-пен бірге жұмыс істей алады. Сонымен қатар, пышақтармен байланысқан және байланыспаған p53 гендерінің нысаналары функционалдық тұрғыдан ерекшеленеді. Пышақтардың құрамы, құрылымы және мінез-құлқы туралы зерттеулер ядроның функционалдық бөлінуін және гендік экспрессия механизмін ұйымдастыруды – snRNP-лерді және алдын ала РНК өңдеуге қажетті басқа да тізбектеу ақуыздарын түсіну үшін модель ұсынды. Тізбектеу пышақтары ядролық пышақтар (ядролық түйіршіктер), тізбектеу факторлары бөлімдері (SF бөлімдері), интерхроматин гранулаларының жиынтығы (IGC) және B снурпосомалары деп те аталады. B снурпосомалары амфибия жұмыртқа клеткаларының ядроларында және Drosophila melanogaster эмбриондарында табылады. B снурпосомалары амфибия ядроларының электрондық микрофотографияларында жеке немесе Cajal денелеріне бекітілген күйде көрінеді. IGC тізбектеу факторларын сақтау орындары ретінде қызмет етеді.
Speckles are subnuclear structures that are enriched in pre messenger RNA splicing factors and are located in the interchromatin regions of the nucleoplasm of mammalian cells. At the fluorescence microscope level they appear as irregular, punctate structures, which vary in size and shape, and when examined by electron microscopy they are seen as clusters of interchromatin granules. Speckles are dynamic structures, and both their protein and RNA protein components can cycle continuously between speckles and other nuclear locations, including active transcription sites. Speckles can work with p53 as enhancers of gene activity to directly enhance the activity of certain genes. Moreover, speckle associating and non associating p53 gene targets are functionally distinct. Studies on the composition, structure and behaviour of speckles have provided a model for understanding the functional compartmentalization of the nucleus and the organization of the gene expression machinery splicing snRNPs and other splicing proteins necessary for pre mRNA processing. The splicing speckles are also known as nuclear speckles (nuclear specks), splicing factor compartments (SF compartments), interchromatin granule clusters (IGCs), and B snurposomes. B snurposomes are found in the amphibian oocyte nuclei and in Drosophila melanogaster embryos. B snurposomes appear alone or attached to the Cajal bodies in the electron micrographs of the amphibian nuclei. IGCs function as storage sites for the splicing factors.
Параспекльдер
Fox және басқалар 2002 жылы ашқан параспекльдер – ядроның хроматин аралық кеңістігіндегі дұрыссыз пішіндес бөлімдер. Алғаш рет HeLa жасушаларында, әдетте әр ядрода 10–30 параспекль табылды, қазір бұл құрылымдар барлық адамның бастапқы жасушаларында, трансформацияланған жасуша желілерінде және тіндік бөлімдерде де кездеседі. Олардың атауы ядродағы таралуына байланысты қойылған: «para» сөзі «параллель» дегенді білдіретін қысқартылған түрі, ал «speckles» – оларға әрқашан жақын орналасқан тігіс нүктелерін көрсетеді. Параспекльдер гендік экспрессияны реттеуге қатысады. Бұлар – жасушалық метаболизмнің өзгеруіне жауап ретінде өзгеріске ұшырайтын динамикалық құрылымдар. «Кластосома» атауы грек тілінен алынған, онда «klastos» – «бұзылған», ал «soma» – «дене» деген мағына береді. Жасушалардағы кластосомалардың сирек кездесуі олардың протеасома функциясы үшін қажет еместігін көрсетеді. Осмостық стресс кластосомалардың пайда болуына да себеп болады. Бұл ядролық денелер протеасоманың катализдік және реттеуші суббірліктерін, сондай-ақ оның субстраттарын қамтиды, яғни кластосомалар – ақуыздарды ыдырату орындары. Олар гликолиз процесіне қатысқан гендердің экспрессиясын төмендету үшін ядролық ақуыздармен транскрипциялық репрессорлық кешен құрайды. Жасуша, қандай гендер транскрипцияланатынын бақылау үшін, гендік экспрессияны реттеуге жауапты транскрипция факторлары ақуыздарын басқа сигналдық жолдармен белсендірілгенге дейін ДНК-ға физикалық қол жеткізуден шектеуден өткізеді. Бұл тіпті қате гендік экспрессияның ең төменгі деңгейін де болдырмайды. Мысалы, көптеген қабыну реакцияларына қатысатын NFκB гендерінің экспрессиясы TNFα сияқты сигналдық молекуладан басталатын сигналдық жолға жауап ретінде индукцияланады. Бұл молекула жасуша мембранасының рецепторына байланысып, сигналдық ақуыздардың жұмылдырылуына және NFκB транскрипция факторының белсендірілуіне әкеледі. NFκB ақуызындағы ядролық локализация сигналы оны ядролық тесік арқылы ядроға тасымалдауға мүмкіндік береді, онда ол мақсатты гендердің транскрипциясын стимуляциялайды. Эукариотикалық мРНК-да функционалды ақуыздарды өндіру үшін трансляцияланбастан бұрын жойылуы тиіс интрондар бар. Сплиссинг ядроның ішінде жүзеге асады, мРНК рибосомаларға трансляция үшін қол жеткізбей тұрып. Ядро болмаса, рибосомалар жаңадан транскрипцияланған (өңделмеген) мРНК-ны аудармалайды, нәтижесінде бұзылған және жұмыс істемейтін ақуыздар пайда болады.
Discovered by Fox et al. in 2002, paraspeckles are irregularly shaped compartments in the interchromatin space of the nucleus. First documented in HeLa cells, where there are generally 10–30 per nucleus, paraspeckles are now known to also exist in all human primary cells, transformed cell lines, and tissue sections. Their name is derived from their distribution in the nucleus; the "para" is short for parallel and the "speckles" refers to the splicing speckles to which they are always in close proximity. that is involved in the regulation of gene expression. Furthermore, paraspeckles are dynamic structures that are altered in response to changes in cellular metabolic activity. They are transcription dependent This name is derived from the Greek klastos, broken and soma, body. The scarcity of clastosomes in cells indicates that they are not required for proteasome function. Osmotic stress has also been shown to cause the formation of clastosomes. These nuclear bodies contain catalytic and regulatory subunits of the proteasome and its substrates, indicating that clastosomes are sites for degrading proteins. where it forms a transcriptional repressor complex with nuclear proteins to reduce the expression of genes involved in glycolysis. In order to control which genes are being transcribed, the cell separates some transcription factor proteins responsible for regulating gene expression from physical access to the DNA until they are activated by other signaling pathways. This prevents even low levels of inappropriate gene expression. For example, in the case of NF κB controlled genes, which are involved in most inflammatory responses, transcription is induced in response to a signal pathway such as that initiated by the signaling molecule TNF α, binds to a cell membrane receptor, resulting in the recruitment of signalling proteins, and eventually activating the transcription factor NF κB. A nuclear localisation signal on the NF κB protein allows it to be transported through the nuclear pore and into the nucleus, where it stimulates the transcription of the target genes. Eukaryotic mRNA contains introns that must be removed before being translated to produce functional proteins. The splicing is done inside the nucleus before the mRNA can be accessed by ribosomes for translation. Without the nucleus, ribosomes would translate newly transcribed (unprocessed) mRNA, resulting in malformed and nonfunctional proteins.
Гендік экспрессия
Гендік экспрессия ең алдымен транскрипциядан басталады, онда ДНК РНК жасау үшін қалып ретінде пайдаланылады. Егер гендер ақуыздарды кодтаса, осы процестен туындаған РНК – бұл хабаршы РНК (мРНК), оны рибосомалармен ақуызға аудару қажет. Рибосомалар ядродан тыс жерде орналасқандықтан, мРНК ядродан шығарылуы керек. Ядро транскрипция орын алатын жер болғандықтан, онда транскрипцияны тікелей жүзеге асыратын немесе оны реттеуге қатысатын түрлі ақуыздар бар. Бұл ақуыздарға ДНК-ның екі тізбегін ашып, оған қол жеткізуді жеңілдететін геликазалар, өсіп келе жатқан РНК молекуласын синтездеу үшін ДНК промоторына байланысатын РНК полимеразалар, ДНК-дағы суперспиральдің мөлшерін өзгертіп, оның бұралуына және керілуіне көмектесетін топоизомеразалар, сондай-ақ экспрессияны реттейтін көптеген транскрипция факторлары жатады.
Gene expression first involves transcription, in which DNA is used as a template to produce RNA. In the case of genes encoding proteins, that RNA produced from this process is messenger RNA (mRNA), which then needs to be translated by ribosomes to form a protein. As ribosomes are located outside the nucleus, mRNA produced needs to be exported. Since the nucleus is the site of transcription, it also contains a variety of proteins that either directly mediate transcription or are involved in regulating the process. These proteins include helicases, which unwind the double stranded DNA molecule to facilitate access to it, RNA polymerases, which bind to the DNA promoter to synthesize the growing RNA molecule, topoisomerases, which change the amount of supercoiling in DNA, helping it wind and unwind, as well as a large variety of transcription factors that regulate expression.
Пре-мРНК өңдеу
Жаңа синтезделген мРНА молекулалары бастапқы транскрипттер немесе пре-мРНА деп аталады. Цитоплазмаға экспортталғанға дейін олар ядрода транскрипциядан кейінгі өзгертулерден өтуі керек; осы өзгертулерсіз цитоплазмада пайда болатын мРНА белок синтезіне пайдаланылмай, ыдырайды. Үш негізгі өзгерту – 5' қақпақша қою, 3' полиаденилирлеу және РНҚ тігілуі. Пре-мРНА ядрода гетерогенді рибонуклеопротеин бөлшектері (hnRNP) деп аталатын кешендердегі әртүрлі ақуыздармен байланысты болады. 5' қақпақша қою котранскрипция кезінде жүзеге асады және транскрипциядан кейінгі өзгертулердің алғашқы қадамы болып табылады. 3' полиаденилді құйрық тек транскрипция толыққаннан кейін қосылады.
Newly synthesized mRNA molecules are known as primary transcripts or pre mRNA. They must undergo post transcriptional modification in the nucleus before being exported to the cytoplasm; mRNA that appears in the cytoplasm without these modifications is degraded rather than used for protein translation. The three main modifications are 5' capping, 3' polyadenylation, and RNA splicing. While in the nucleus, pre mRNA is associated with a variety of proteins in complexes known as heterogeneous ribonucleoprotein particles (hnRNPs). Addition of the 5' cap occurs co transcriptionally and is the first step in post transcriptional modification. The 3' poly adenine tail is only added after transcription is complete.
Ядролық көлік
Үлкен молекулалардың ядроға кіруі мен одан шығуы ядролық кешендер арқылы қатаң бақыланады. Кішкентай молекулалар реттеусіз ядроға енсе, РНК және ақуыздар сияқты макромолекулалар ядроға кіру үшін импортиндер деп аталатын кариофериндермен, ал шығу үшін экспортиндермен байланысуы керек. Цитоплазмадан ядроға тасымалдануы тиіс "жүк" ақуыздарында импорттиндермен байланысқан ядролық локализация сигналдары деп аталатын қысқа аминоқышқыл тізбектері болады, ал ядродан цитоплазмаға тасымалданатындар экспортиндермен байланысқан ядролық экспорт сигналдарын алып жүреді. Импорттиндер мен экспортиндердің жүгін тасымалдау қабілеті GTPазалармен – гуанозин трифосфатын (GTP) гидролиздейтін ферменттермен реттеледі. Ядролық тасымалдағыштың маңызды GTPазасы – Ran, ол ядрода немесе цитоплазмада болуына байланысты GTP немесе GDP (гуанозин дифосфаты) -мен байланысады. Импорттиндер жүгінен ажырасу үшін RanGTP-ге тәуелді болса, экспортиндер жүгімен байланысу үшін RanGTP қажет. Транскрипциядан кейінгі модификация толыққаннан кейін цитоплазмаға жетілген мРНК және тРНК тасымалдау үшін арнайы экспорт ақуыздары бар. Бұл сапаны бақылау механизмі осы молекулалардың ақуыз синтезіндегі маңызды роліне байланысты аса маңызды. Экзондардың толық бөлінбеуі немесе аминоқышқылдардың қате енуі салдарынан ақуыздың дұрыс экспрессияланбауы жасуша үшін жағымсыз салдарға әкелуі мүмкін; сондықтан цитоплазмаға жеткен толыққанды модификацияланбаған РНК трансляцияға қолданылмай, ыдырайды. Осылайша, жасуша циклінің басында, профазадан бастап прометафазаға дейін, ядролық мембрана бөлшектенеді. Жасуша циклінің соңында ядролық мембрана қайта құрылады, ал ядролық ламиналар ламиналарды дефосфорилдендіру арқылы қайта жиналады. Апоптоз – бұл жасушаның құрылымдық компоненттерінің жойылмалы процесі, нәтижесінде жасушаның өліміне әкеледі. Апоптозбен байланысты өзгерістер ядро мен оның құрамына тікелей әсер етеді, мысалы, хроматиннің конденсациялануында және ядролық қабықша мен ламинаның ыдырауында. Ламина желілерінің жойылмасын арнайы апоптоздық протеазалар – каспаздар басқарады, олар ламина ақуыздарын кесіп, ядроның құрылымдық тұтастығын бұзады. Ламинаның кесілуі кейде ерте апоптоздық белсенділікті анықтау үшін зертханалық каспаза белсенділігінің көрсеткіші ретінде қолданылады. Ядролық қабықша ДНК және РНК вирустарының ядроға енуіне кедергі келтіретін тосқауыл ретінде әрекет етеді. Кейбір вирустар көбейіп, жиналу үшін ядроның ішіндегі ақуыздарға қол жеткізуді қажет етеді. Герпес вирусы сияқты ДНК вирустары жасуша ядросында көбейіп, жиналады және ішкі ядролық мембрана арқылы шығып кетеді. Бұл процеске ішкі мембрананың ядролық бетіндегі ламинаның бөлшектенуі ілеседі.
The entry and exit of large molecules from the nucleus is tightly controlled by the nuclear pore complexes. Although small molecules can enter the nucleus without regulation, macromolecules such as RNA and proteins require association karyopherins called importins to enter the nucleus and exportins to exit. "Cargo" proteins that must be translocated from the cytoplasm to the nucleus contain short amino acid sequences known as nuclear localization signals, which are bound by importins, while those transported from the nucleus to the cytoplasm carry nuclear export signals bound by exportins. The ability of importins and exportins to transport their cargo is regulated by GTPases, enzymes that hydrolyze the molecule guanosine triphosphate (GTP) to release energy. The key GTPase in nuclear transport is Ran, which is bound to either GTP or GDP (guanosine diphosphate), depending on whether it is located in the nucleus or the cytoplasm. Whereas importins depend on RanGTP to dissociate from their cargo, exportins require RanGTP in order to bind to their cargo. Specialized export proteins exist for translocation of mature mRNA and tRNA to the cytoplasm after post transcriptional modification is complete. This quality control mechanism is important due to these molecules' central role in protein translation. Mis expression of a protein due to incomplete excision of exons or mis incorporation of amino acids could have negative consequences for the cell; thus, incompletely modified RNA that reaches the cytoplasm is degraded rather than used in translation. Therefore, the early stages in the cell cycle, beginning in prophase and until around prometaphase, the nuclear membrane is dismantled. Towards the end of the cell cycle, the nuclear membrane is reformed, and around the same time, the nuclear lamina are reassembled by dephosphorylating the lamins. Apoptosis is a controlled process in which the cell's structural components are destroyed, resulting in death of the cell. Changes associated with apoptosis directly affect the nucleus and its contents, for example, in the condensation of chromatin and the disintegration of the nuclear envelope and lamina. The destruction of the lamin networks is controlled by specialized apoptotic proteases called caspases, which cleave the lamin proteins and, thus, degrade the nucleus' structural integrity. Lamin cleavage is sometimes used as a laboratory indicator of caspase activity in assays for early apoptotic activity. The nuclear envelope acts as a barrier that prevents both DNA and RNA viruses from entering the nucleus. Some viruses require access to proteins inside the nucleus in order to replicate and/or assemble. DNA viruses, such as herpesvirus replicate and assemble in the cell nucleus, and exit by budding through the inner nuclear membrane. This process is accompanied by disassembly of the lamina on the nuclear face of the inner membrane.
Ұяшықтағы ядролар
Эукариотикалық жасушалардың көпшілігі әдетте бір ядроға ие, бірақ кейбіреулерінде ядро болмайды, ал басқаларында бірнеше ядро болады. Мұндай жағдай қалыпты даму процесінің нәтижесі болуы мүмкін, мысалы, сүтқоректілердің қызыл қан жасушаларының пісіп жетілуі, немесе жасуша бөлінісінің қателігінен туындауы мүмкін.
Most eukaryotic cell types usually have a single nucleus, but some have no nuclei, while others have several. This can result from normal development, as in the maturation of mammalian red blood cells, or from faulty cell division.
Ядросыз жасушалар
Ядросыз жасушада ядро болмайды, демек, ол бөлініп, жаңа жасушалар тудыра алмайды. Ең белгілі ядросыз жасуша – сүтқоректілердің қызыл қан жасушасы немесе эритроцит, оның митохондрия сияқты басқа органеллалары да жоқ, және ол негізінен өкпеден дене тіндеріне оттегі тасымалдау үшін көліктік құрал ретінде қызмет етеді. Эритроциттер сүйек кемігінде эритропоэз процесі арқылы жетіледі, онда олар өз ядроларын, органеллаларын және рибосомаларын жоғалтады. Ядро эритробластан ретикулоцитке айналу процесінде, яғни жетілген эритроциттің тікелей алғысы болып табылатын кезеңде шығарылады. Мутагендердің әсерінен кейбір дамымаған "микроядролы" эритроциттер қан ағынына түсуі мүмкін. Ядросыз жасушалар қателі жасуша бөлінуі салдарынан да пайда болуы мүмкін, онда бір жасушада ядро болмайды, ал екіншісінде екі ядро болады. Гүлді өсімдіктерде бұл жағдай сүректік түтік элементтерінде кездеседі.
An anucleated cell contains no nucleus and is, therefore, incapable of dividing to produce daughter cells. The best known anucleated cell is the mammalian red blood cell, or erythrocyte, which also lacks other organelles such as mitochondria, and serves primarily as a transport vessel to ferry oxygen from the lungs to the body's tissues. Erythrocytes mature through erythropoiesis in the bone marrow, where they lose their nuclei, organelles, and ribosomes. The nucleus is expelled during the process of differentiation from an erythroblast to a reticulocyte, which is the immediate precursor of the mature erythrocyte. The presence of mutagens may induce the release of some immature "micronucleated" erythrocytes into the bloodstream. Anucleated cells can also arise from flawed cell division in which one daughter lacks a nucleus and the other has two nuclei. In flowering plants, this condition occurs in sieve tube elements.
Көп ядролы жасушалар
Көп ядролы жасушаларда бірнеше ядро болады. Акантариялық протозоалардың көпшілігі және микоризадағы кейбір саңырауқұлақтар табиғи түрде көп ядролы жасушаға ие. Басқа мысалдарға Giardia туысына жататын ішек паразиттері кіреді, олардың әрбір жасушасында екі ядро болады. Кірпікшелер бір жасушаның ішінде екі түрлі ядроға ие: соматикалық макронуклеус және көбелек микронуклеус. Адамдарда қаңқа бұлшық жасушалары, сондай-ақ миоциттер және синцитий даму кезінде көп ядролы болады; ядролардың жасуша перифериясына жақын орналасуы миофибрилдер үшін максималды ішкі жасушалық кеңістік қамтамасыз етеді. Сондай-ақ, олар ісік пайда болуымен де байланысты. Көптеген динофлагелляттардың екі ядросы бар екені белгілі. Басқа көп ядролы жасушалардан айырмашылығы, осы ядроларда ДНК-ның екі бөлек түрі бар: біреуі динофлагелляттан, екіншісі симбиоздық диатомиядан.
Multinucleated cells contain multiple nuclei. Most acantharean species of protozoa and some fungi in mycorrhizae have naturally multinucleated cells. Other examples include the intestinal parasites in the genus Giardia, which have two nuclei per cell. Ciliates have two kinds of nuclei in a single cell, a somatic macronucleus and a germline micronucleus. In humans, skeletal muscle cells, also called myocytes and syncytium, become multinucleated during development; the resulting arrangement of nuclei near the periphery of the cells allows maximal intracellular space for myofibrils. and are also implicated in tumor formation. A number of dinoflagellates are known to have two nuclei. Unlike other multinucleated cells these nuclei contain two distinct lineages of DNA: one from the dinoflagellate and the other from a symbiotic diatom.
Эволюция
Эукариоттық жасушаның ерекше белгісі ретінде ядроның эволюциялық тегі көптеген болжамдарға арналған тақырып болды. Ядроның пайда болуын түсіндіру үшін төрт негізгі гипотеза ұсынылды, бірақ олардың ешқайсысы кең қолдау алмады. Бірінші модель, «синтрофиялық модель» деп аталады, архея мен бактерия арасындағы симбиоздық қарым-қатынастың эукариоттық жасушаның ядросын құрағанын болжайды. (Архея және бактерия домендерінің организмдерінде жасушалық ядро жоқ.) Симбиоз, қазіргі метаногендік археяларға ұқсас ежелгі археялардың, қазіргі миксобактерияларға ұқсас бактериялардың ішіне еніп, тіршілік еткен кезде пайда болды деп есептеледі, нәтижесінде алғашқы ядро пайда болды. Бұл теория, протоэукариоттар мен аэробты бактериялар арасындағы ұқсас эндосимбиоздық қатынастан дамыған деп саналатын эукариоттық митохондриялар мен хлоропластардың пайда болуына қатысты қабылданған теорияға ұқсас. Ядролық мембрана митохондрияның архаибактериялық иесінде пайда болғаннан кейін жаңа мембраналық жүйе ретінде пайда болуы мүмкін. Ядролық мембрана геномды протомитохондриялардың өндіретін зиянды реактивті оттегі түрлерінен қорғауға қызмет еткен болуы мүмкін. Ядроның археялық тегі архея мен эукарияның, соның ішінде гистондардың кейбір белоктары үшін ұқсас гендерге ие екендігін көрсететін байқаулармен қолдалады. Миксобактериялардың қозғалмалылығы, көпжасушалы кешендер құру қабілеті және эукарияға ұқсас киназалар мен G белоктарына ие екендігі туралы мәліметтер эукариоттық жасушаның бактериялық тегін қолдайды. Екінші модель протоэукариоттық жасушалардың эндосимбиоздық кезеңсіз бактериялардан пайда болғанын ұсынады. Бұл модель қазіргі Планктомицетота бактерияларының болуына негізделген, олардың ядролық құрылымы, бастапқы тесіктері және басқа да бөлінген мембраналық құрылымдары бар. Ұқсас ұсыныс эукариоттық жасушаға ұқсас хроноцит алдымен пайда болып, ядро мен эукариоттық жасушаны құру үшін археялар мен бактерияларды фагоцитоздығанын айтады. Ең даулы модель, «вирустық эукариогенез» деп аталады, мембранамен байланысқан ядроның және басқа эукариотикалық ерекшеліктердің прокариоттың вируспен жұғуынан пайда болғанын болжайды. Бұл ұсыныс эукариоттар мен вирустардың арасындағы ұқсастықтарға негізделген, мысалы, сызықтық ДНҚ тізбектері, мРНК қақпақтары және белоктармен тығыз байланыс (вирустық қабықшаларға гистондардың ұқсастығы). Ұсыныстың бір нұсқасы ядроның фагоцитозбен бірге дамып, ерте жасушалық «жолдас» құрғанын болжайды. Тағы бір нұсқа эукариоттардың қазіргі эукариоттар мен вирустардағы ДНҚ полимеразаларының арасындағы байқалған ұқсастық негізінде поксвирустармен жұқтырған ерте археялардан пайда болғанын ұсынады. Жыныстың эволюциясы туралы шешілмеген мәселе вирустық эукариогенез гипотезасымен байланысты болуы мүмкін деген пікірлер айтылды. Жақындағы экзомембраналық гипотеза ядроның екінші сыртқы жасуша мембранасын дамытқан жалғыз ата-баба жасушасынан пайда болғанын ұсынады; бастапқы жасушаны қоршап тұрған ішкі мембрана ядролық мембранаға айналып, рибосомалық кішібірліктер сияқты ішкі синтезделген жасуша компоненттерінің өтуі үшін күрделі тесік құрылымдарын дамытты.
As the major defining characteristic of the eukaryotic cell, the nucleus's evolutionary origin has been the subject of much speculation. Four major hypotheses have been proposed to explain the existence of the nucleus, although none have yet earned widespread support. The first model known as the "syntrophic model" proposes that a symbiotic relationship between the archaea and bacteria created the nucleus containing eukaryotic cell. (Organisms of the Archaea and Bacteria domain have no cell nucleus.) It is hypothesized that the symbiosis originated when ancient archaea, similar to modern methanogenic archaea, invaded and lived within bacteria similar to modern myxobacteria, eventually forming the early nucleus. This theory is analogous to the accepted theory for the origin of eukaryotic mitochondria and chloroplasts, which are thought to have developed from a similar endosymbiotic relationship between proto eukaryotes and aerobic bacteria. One possibility is that the nuclear membrane arose as a new membrane system following the origin of mitochondria in an archaebacterial host. The nuclear membrane may have served to protect the genome from damaging reactive oxygen species produced by the protomitochondria. The archaeal origin of the nucleus is supported by observations that archaea and eukarya have similar genes for certain proteins, including histones. Observations that myxobacteria are motile, can form multicellular complexes, and possess kinases and G proteins similar to eukarya, support a bacterial origin for the eukaryotic cell. A second model proposes that proto eukaryotic cells evolved from bacteria without an endosymbiotic stage. This model is based on the existence of modern Planctomycetota bacteria that possess a nuclear structure with primitive pores and other compartmentalized membrane structures. A similar proposal states that a eukaryote like cell, the chronocyte, evolved first and phagocytosed archaea and bacteria to generate the nucleus and the eukaryotic cell. The most controversial model, known as viral eukaryogenesis, posits that the membrane bound nucleus, along with other eukaryotic features, originated from the infection of a prokaryote by a virus. The suggestion is based on similarities between eukaryotes and viruses such as linear DNA strands, mRNA capping, and tight binding to proteins (analogizing histones to viral envelopes). One version of the proposal suggests that the nucleus evolved in concert with phagocytosis to form an early cellular "predator". Another variant proposes that eukaryotes originated from early archaea infected by poxviruses, on the basis of observed similarity between the DNA polymerases in modern poxviruses and eukaryotes. It has been suggested that the unresolved question of the evolution of sex could be related to the viral eukaryogenesis hypothesis. A more recent proposal, the exomembrane hypothesis, suggests that the nucleus instead originated from a single ancestral cell that evolved a second exterior cell membrane; the interior membrane enclosing the original cell then became the nuclear membrane and evolved increasingly elaborate pore structures for passage of internally synthesized cellular components such as ribosomal subunits.
Тарих
Ядро – ең алғаш ашылған органелла. Ең көне сақталған сурет ерте микроскопияшы Антоний ван Левенгукқа (1632–1723) тән. Ол лососьтың қызыл қан жасушаларындағы ядроны байқаған. Сүтқоректілердің қызыл қан жасушаларынан өзгеше, басқа омыртқалылардың қызыл қан жасушаларында ядро болады. Ядроны 1804 жылы Франц Бауэр, ал 1831 жылы шотланд ботанигі Роберт Браун Лондонның Линней қоғамындағы баяндамасында сипаттаған. Браун микроскоп астында орхидеяларды зерттеп жүргенде, гүлдің сыртқы қабатындағы жасушаларда "ареола" немесе "ядро" деп аталатын көмескі аймақты байқады. Ол оның қызметі туралы болжам жасаған жоқ. 1838 жылы Маттиас Шлейден ядроның жасушаларды құру процесінде қатысатынын ұсынды, соның салдарынан "цитобласт" ("жасуша құрушы") деген атауды енгізді. Ол жаңа жасушалардың "цитобласт" айналасында жиналатынын байқағандай болды. Франц Мейен бұл пікірге қарсы болды, өйткені ол жасушалар бөліну арқылы көбейетінін және көптеген жасушаларда ядро болмайтынын сендірді. Жасушалардың "цитобласт" немесе басқа жолмен de novo пайда болуы мүмкін деген идея Роберт Ремак (1852) және Рудольф Вирхов (1855) жүргізген жұмыстарға қайшы келді, олар "барлық жасуша – жасушадан" ("Omnis cellula e cellula") деген жаңа қағиданы нығайтты. Ядроның функциясы белгісіз қалды. 1877–1878 жылдары Оскар Гертвиг теңіз кірпісінің жұмыртқаларын ұрықтандыру туралы бірнеше зерттеулер жариялады, онда сперматозоидтың ядросы ооцитке еніп, оның ядросымен бірігетіні көрсетілді. Бұл – жеке дамудың ядролы (бір) жасушадан басталатыны туралы алғашқы мәлімдеме болды. Бұл Эрнст Геккельдің түрлердің толық филогенезі эмбриональды даму кезінде, соның ішінде алғашқы ядролы жасушаның "монеруладан", бастапқы протоплазманың ("Urschleim") құрылымсыз массасынан пайда болуымен қайталанатыны туралы теориясына қарсы келді. Сондықтан ұрықтандыру үшін сперматозоид ядросының қажеттілігі ұзақ уақыт бойы талқыланды. Алайда Гертвиг өзінің байқауларын басқа жануарлар тобында, соның ішінде қосмекенділер мен моллюскаларда растады. Эдуард Страсбургер 1884 жылы өсімдіктерде де осылай нәтижелерге қол жеткізді. Бұл ядроның мұрагерлікте маңызды рөл атқаратынын анықтауға мүмкіндік берді. 1873 жылы Август Вейсманн аналық және аталық ұрықтық жасушалардың мұрагерлікке қатысты тең екенін болжады. Ядроның генетикалық ақпаратты тасымалдаушы ретіндегі функциясы митоздың ашылуынан және 20 ғасырдың басында мендельдік заңдардың қайта ашылуынан кейін ғана анықталды, соның нәтижесінде мұрагерлік хромосомалық теориясы жасалды.
The nucleus was the first organelle to be discovered. What is most likely the oldest preserved drawing dates back to the early microscopist Antonie van Leeuwenhoek (1632–1723). He observed a "lumen", the nucleus, in the red blood cells of salmon. Unlike mammalian red blood cells, those of other vertebrates still contain nuclei. The nucleus was also described by Franz Bauer in 1804 and in more detail in 1831 by Scottish botanist Robert Brown in a talk at the Linnean Society of London. Brown was studying orchids under the microscope when he observed an opaque area, which he called the "areola" or "nucleus", in the cells of the flower's outer layer. He did not suggest a potential function. In 1838, Matthias Schleiden proposed that the nucleus plays a role in generating cells, thus he introduced the name "cytoblast" ("cell builder"). He believed that he had observed new cells assembling around "cytoblasts". Franz Meyen was a strong opponent of this view, having already described cells multiplying by division and believing that many cells would have no nuclei. The idea that cells can be generated de novo, by the "cytoblast" or otherwise, contradicted work by Robert Remak (1852) and Rudolf Virchow (1855) who decisively propagated the new paradigm that cells are generated solely by cells ("Omnis cellula e cellula"). The function of the nucleus remained unclear. Between 1877 and 1878, Oscar Hertwig published several studies on the fertilization of sea urchin eggs, showing that the nucleus of the sperm enters the oocyte and fuses with its nucleus. This was the first time it was suggested that an individual develops from a (single) nucleated cell. This was in contradiction to Ernst Haeckel's theory that the complete phylogeny of a species would be repeated during embryonic development, including generation of the first nucleated cell from a "monerula", a structureless mass of primordial protoplasm ("Urschleim"). Therefore, the necessity of the sperm nucleus for fertilization was discussed for quite some time. However, Hertwig confirmed his observation in other animal groups, including amphibians and molluscs. Eduard Strasburger produced the same results for plants in 1884. This paved the way to assign the nucleus an important role in heredity. In 1873, August Weismann postulated the equivalence of the maternal and paternal germ cells for heredity. The function of the nucleus as carrier of genetic information became clear only later, after mitosis was discovered and the Mendelian rules were rediscovered at the beginning of the 20th century; the chromosome theory of heredity was therefore developed.