Эукариотикалық жасуша ядросының ірі құрылымы – ядрошақ

Кіріспе

Эукариотикалық жасушалар ядросындағы ең үлкен құрылым, кооперативтік ойын теориясындағы шешімдер концепциясы.

Нуклеолус (/nj//uː/'/k//iː//ə//l//ə//s//, /,/nj//uː//k//l//i/'/oʊ//l//ə//s/;: нуклеоли ///aɪ/) – эукариотикалық жасушалар ядросындағы ең үлкен құрылым. Ол рибосомалардың синтезі болып табылатын рибосомалық биогенез орыны ретінде жақсы белгілі. Нуклеолус сонымен қатар сигналды тану бөлшектерінің қалыптасуына қатысады және жасушаның стресске жауап беруіне рөл атқарады. Нуклеолалар ақуыздардан, ДНК және РНК-дан тұрады және нуклеолалық ұйымдастырушы аймақтар деп аталатын хромосомалық аймақтардың айналасында қалыптасады. Нуклеолалардың жұмысындағы бұзылулар "нуклеолопатиялар" деп аталатын бірнеше адам ауруларының себебі болуы мүмкін, ал нуклеолус қатерлі ісікке қарсы химиялық терапияның мақсаты ретінде зерттелуде.

Тарих

Ядролық ядро 1830 жылдары жарық микроскопиясы арқылы анықталды. Теодор Шванн 1939 жылғы еңбегінде Шлейденнің ядролардағы кішкентай денешіктерді анықтағанын және бұл құрылымды "Kernkörperchen" деп атағанын айтады. 1947 жылғы ағылшын тіліне аудармасында бұл құрылым "нуклеолус" деп аталады. "Браун және Мейен бұрыннан белгілі цитобласттың ерекшеліктеріне қосымша, Шлейден оның ішінде кішкентай денешік тапты (I-суретті қараңыз, 1, 4-суреттер), толық дамыған цитобласта ол қалың сақина немесе қалың қабырғалы қуыс шар тәрізді көрінеді. Дегенмен, әртүрлі цитобластарда оның сыртқы түрі әртүрлі болады. Кейде ортасында қараңғы нүктесі бар осы сақинаның сыртқы, анық шеңбері ғана көрінеді, ал кейде, тіпті көбінесе, тек анық шектелген нүкте ғана байқалады. Басқа жағдайларда бұл нүкте өте кішкентай болады және кейде оны мүлдем тануға болмайды. Осы денешік туралы келесі еңбекте жиі айту қажет болғандықтан, мен оны ықшамдылық үшін "нуклеолус" деп атаймын (Kernkörperchen, 'ядро денешігі')."

Нуклеолустың функциясы туралы 1964 жылға дейін аз мәлімет болды. Осы жылы Джон Гурдон мен Дональд Браун африкалық тырнақ бақасы Xenopus laevis-тің нуклеолустарын зерттегенде, нуклеолустың функциясы мен құрылымына қызығушылық арта түсті. Олар бақа жұмыртқаларының 25%-ында нуклеолус жоқ екенін және мұндай жұмыртқалар тіршілікке қабілетсіз екенін анықтады. Жұмыртқалардың жартысында бір нуклеолус, ал 25%-ында екі нуклеолус болды. Олар нуклеолустың тіршілік үшін қажетті функцияға ие деген қорытындыға келді. 1966 жылы Макс Л. Бирнстиль және оның әріптестері нуклеин қышқылының гибридтелу эксперименттері арқылы нуклеолустегі ДНК рибосомалық РНК-ны кодтайтынын көрсетті.

Құрылымы

Нуклеоланың үш негізгі компоненті анықталған: фибриллярлық орталық (ФО), тығыз фибриллярлық компонент (ТФК) және түйіршікті компонент (ТК). ТФК құрамында фибрилларин ақуызы бар. Көптеген нуклеольдерде (әсіресе өсімдіктерде) анықталған тағы бір құрылым – нуклеолалық вакуоль деп аталатын құрылымның ортасындағы ашық аймақ. Әртүрлі өсімдік түрлерінің нуклеольдерінде адам және жануарлар жасушаларының нуклеольдеріне қарағанда темірдің концентрациясы өте жоғары екені көрсетілген. Нуклеоланың ультрақұрылысын электронды микроскоп арқылы көруге болады, ал оның ұйымдасуы мен динамикасын флуоресцентті ақуызбен белгілеу және фотоағартудан кейін флуоресцентті қалпына келтіру (FRAP) арқылы зерттеуге болады. PAF49 ақуызына қарсы антиденелер иммунофлуоресценция тәжірибелерінде нуклеоланың маркері ретінде де қолданылуы мүмкін. Көбінесе тек бір немесе екі нуклеоль көрінеді, бірақ диплоидты адам жасушасында он нуклеоль ұйымдастырушы аймақ (НУҰА) бар және одан да көп нуклеоль болуы мүмкін. Көбінесе әр нуклеольге бірнеше НУҰА қатысады.

Функциясы мен рибосомалардың құрастырылуы

Рибосома биогенезінде үш эукариоттық РНК полимеразасының екеуі (Pol I және Pol III) қажет, және олар үйлесімді түрде жұмыс істейді. Бастапқы кезеңде РНК полимераза I арқылы рРНК гендері нуклеола ішінде біртұтас бірлік ретінде транскрипцияланады. Бұл транскрипцияның жүзеге асуы үшін бірнеше Pol I байланысқан факторлар мен ДНК-ға тән трансакциялық факторлар қажет. Ашытқыда ең маңыздылары: UAF (жоғары ағыстағы белсендіретін фактор), TBP (TATA қорапты байланыстыратын белок) және негізгі байланыстыратын фактор (CBF), олар промотор элементтерін байланыстырып, преинициациялық кешенді (PIC) құрайды, ол өз кезегінде РНК полимеразамен танылады. Адамда ұқсас PIC SL1, промотордың таңдаулылық факторымен (TBP және TBP-мен байланысқан факторлардан немесе TAF-тардан құралған), транскрипцияны бастау факторларымен және UBF (жоғарғы ағыстағы байланыстыратын фактормен) құрастырылады. РНК полимераза I көптеген рРНК транскрипттерін (28S, 18S және 5.8S) транскрипциялайды, бірақ 5S рРНК суббірлігі (60S рибосомалық суббірлігінің құрамы) РНК полимераза III арқылы транскрипцияланады. рРНК транскрипциясы ITS және ETS-ті қамтитын ұзақ прекурсор молекуласын (45S pre rRNA) береді. 18S РНК, 5.8S және 28S РНК молекулаларын жасау үшін одан әрі өңдеу қажет. Эукариоттарда РНК-ты өзгертетін ферменттер осы нақты тізбектерді байланыстыратын жетекші РНК-мен өзара әрекеттесу арқылы тиісті тану орындарына жеткізіледі. Бұл жетекші РНК-лар ақуыздармен кешенделген және шағын ядролық рибонуклеопротеиндер (snoRNP) ретінде болатын шағын ядролық РНК-лар (snoRNA) класына жатады. рРНК суббірліктері өңделгеннен кейін, олар үлкен рибосомалық суббірліктерге жинақталуға дайын. Дегенмен, қосымша 5S рРНК молекуласы да қажет. Ашытқыда 5S rДНК тізбегі интергендік кеңістікте орналасқан және РНК полимераза арқылы нуклеолада транскрипцияланады. Жоғары эукариоттар мен өсімдіктерде жағдай күрделірек, себебі 5S ДНК тізбегі NOR-дан тыс орналасқан және нуклеоплазмадағы РНК Pol III арқылы транскрипцияланады, содан кейін ол рибосома құрамына қатысу үшін нуклеолаға жол табады. Бұл жинақтауға тек рРНК ғана емес, сонымен қатар рибосомалық ақуыздар да қатысады. Бұл р-белоктарды кодтайтын гендер нуклеоплазмадағы Pol II арқылы белок синтезінің «дәстүрлі» жолымен (транскрипция, пре-мРНК өңдеу, жетілген мРНК-ның ядродан шығуы және цитоплазмалық рибосомалардағы трансляция) транскрипцияланады. Содан кейін жетілген р-белоктар ядроға, содан кейін нуклеолаға тасымалданады. рРНК және р-белоктардың бірігуі мен жетілуі толық рибосоманың 40S (кішкентай) және 60S (үлкен) суббірліктерінің пайда болуына әкеледі. Олар ядролық тесік кешендері арқылы цитоплазмаға экспортталады, онда олар бос күйде қалады немесе эндоплазмалық ретикулуммен байланысып, эндоплазмалық ретикулумды (RER) құрайды. Адам эндометрий жасушаларында кейде нуклеолалық каналдар желісі пайда болады. Бұл желінің пайда болуы мен функциясы әлі толық анықталған жоқ.

In ribosome biogenesis, two of the three eukaryotic RNA polymerases (Pol I and Pol III) are required, and these function in a coordinated manner. In an initial stage, the rRNA genes are transcribed as a single unit within the nucleolus by RNA polymerase I. In order for this transcription to occur, several pol I associated factors and DNA specific trans acting factors are required. In yeast, the most important are: UAF (upstream activating factor), TBP (TATA box binding protein), and core binding factor (CBF), which bind promoter elements and form the preinitiation complex (PIC), which is in turn recognized by RNA polymerase. In humans, a similar PIC is assembled with SL1, the promoter selectivity factor (composed of TBP and TBP associated factors, or TAFs), transcription initiation factors, and UBF (upstream binding factor). RNA polymerase I transcribes most rRNA transcripts (28S, 18S, and 5.8S), but the 5S rRNA subunit (component of the 60S ribosomal subunit) is transcribed by RNA polymerase III. Transcription of rRNA yields a long precursor molecule (45S pre rRNA), which still contains the ITS and ETS. Further processing is needed to generate the 18S RNA, 5.8S, and 28S RNA molecules. In eukaryotes, the RNA modifying enzymes are brought to their respective recognition sites by interaction with guide RNAs, which bind these specific sequences. These guide RNAs belong to the class of small nucleolar RNAs (snoRNAs), which are complexed with proteins and exist as small nucleolar ribonucleoproteins (snoRNPs). Once the rRNA subunits are processed, they are ready to be assembled into larger ribosomal subunits. However, an additional rRNA molecule, the 5S rRNA, is also necessary. In yeast, the 5S rDNA sequence is localized in the intergenic spacer and is transcribed in the nucleolus by RNA polymerase. In higher eukaryotes and plants, the situation is more complex, for the 5S DNA sequence lies outside the NOR and is transcribed by RNA Pol III in the nucleoplasm, after which it finds its way into the nucleolus to participate in the ribosome assembly. This assembly not only involves the rRNA, but also ribosomal proteins. The genes encoding these r proteins are transcribed by Pol II in the nucleoplasm by a "conventional" pathway of protein synthesis (transcription, pre mRNA processing, nuclear export of mature mRNA, and translation on cytoplasmic ribosomes). The mature r proteins are then imported into the nucleus and, finally, the nucleolus. Association and maturation of rRNA and r proteins result in the formation of the 40S (small) and 60S (large) subunits of the complete ribosome. These are exported through the nuclear pore complexes to the cytoplasm, where they remain free or become associated with the endoplasmic reticulum, forming the rough endoplasmic reticulum (RER). In human endometrial cells, a network of nucleolar channels is sometimes formed. The origin and function of this network have not yet been clearly identified.

Белоктарды бөлуге

Рибосомалық биогенездегі рөлінен өзге, нуклеолустың ақуыздарды ұстап, қозғалмайтын күйде ұстауы белгілі, бұл процесс нуклеолярлық тұтқынға алу деп аталады. Нуклеолуста тұтқынға алынған ақуыздар таралуға және байланысу серіктестерімен өзара әрекеттесуге қабілетсіз. Осы посттрансляциялық реттеу механизмінің нысандары VHL, PML, MDM2, POLD1, RelA, HAND1 және hTERT, сондай-ақ көптеген басқалары. Қазіргі кезде бұл құбылысқа нуклеолустың интергендік аймақтарынан пайда болатын ұзын кодтамайтын РНК жауапты екені мәлім.