Karakteristik, Struktur, Morfologi dan Fungsi Nucleolus



itu nukleolus adalah struktur seluler yang tidak dibatasi oleh membran, menjadi salah satu area inti yang paling menonjol. Ini diamati sebagai daerah yang lebih padat di dalam nukleus dan dibagi menjadi tiga wilayah: komponen serat padat, pusat serat dan komponen butiran..

Ini terutama bertanggung jawab untuk sintesis dan perakitan ribosom; Namun, struktur ini juga memiliki fungsi lain. Lebih dari 700 protein telah ditemukan dalam nukleolus yang tidak terlibat dalam proses biogenesis ribosom. Dengan cara yang sama, nukleolus terlibat dalam pengembangan berbagai patologi.

Peneliti pertama yang mengamati area nukleolus adalah F. Fontana pada 1781, lebih dari dua abad yang lalu. Kemudian, pada pertengahan 1930-an, McClintock dapat mengamati struktur ini dalam eksperimennya Zea mays. Sejak itu, ratusan investigasi berfokus pada memahami fungsi dan dinamika wilayah inti ini.

Indeks

  • 1 Karakteristik umum
  • 2 Struktur dan morfologi
    • 2.1 Pusat serat
    • 2.2 Komponen serat padat dan komponen granular
    • 2.3 Wilayah pengorganisasian nuklir
  • 3 Fungsi
    • 3.1 Mesin pembentukan RNA ribosom
    • 3.2 Organisasi ribosom
    • 3.3 Transkripsi RNA ribosom
    • 3.4 Perakitan ribosom
    • 3.5 Fungsi lainnya
  • 4 Nukleolus dan kanker
  • 5 Nukleolus dan virus
  • 6 Referensi

Karakteristik umum

Nukleolus adalah struktur menonjol yang terletak di dalam inti sel eukariotik. Ini adalah "wilayah" dalam bentuk bola, karena tidak ada jenis biomembran yang memisahkannya dari sisa komponen nuklir.

Ini dapat diamati di bawah mikroskop sebagai subregion dari nukleus ketika sel berada di antarmuka.

Ini diatur di daerah yang disebut NOR (untuk akronimnya dalam bahasa Inggris: daerah penyelenggara nukleolus kromosom), di mana urutan pengkodean ribosom ditemukan.

Gen-gen ini berada di daerah spesifik kromosom. Pada manusia mereka diorganisasikan bersama-sama di wilayah satelit kromosom 13, 14, 15, 21 dan 22.

Dalam nukleolus, transkripsi, pemrosesan dan perakitan subunit yang membentuk ribosom terjadi.

Selain fungsi tradisionalnya, nukleolus terkait dengan protein penekan tumor, pengatur siklus sel, dan bahkan protein dari virus.

Protein nukleolus bersifat dinamis dan, tampaknya, urutannya telah dipertahankan selama evolusi. Dari protein ini hanya 30% yang dikaitkan dengan biogenesis ribosom.

Struktur dan morfologi

Nukleolus dibagi menjadi tiga komponen utama, dapat dibedakan dengan mikroskop elektron: komponen fibrilar padat, pusat fibrilar dan komponen granular..

Umumnya, dikelilingi oleh kromatin kental, yang disebut heterochromatin. Proses transkripsi RNA ribosom, pemrosesan dan perakitan prekursor ribosom terjadi di nukleolus.

Nukleolus adalah daerah yang dinamis, di mana protein yang komponennya dapat mengasosiasikan dan dengan cepat terpisah dari komponen nukleolus, menciptakan pertukaran terus menerus dengan nukleoplasma (zat agar-agar internal inti).

Pada mamalia, struktur nukleolus bervariasi dengan tahapan siklus sel. Dalam profase, disorganisasi nukleolus diamati dan dirakit kembali pada akhir proses mitosis. Aktivitas maksimum transkripsi dalam nukleolus telah diamati dalam fase S dan G2.

Aktivitas RNA polimerase I dapat dipengaruhi oleh berbagai keadaan fosforilasi, sehingga memodifikasi aktivitas nukleolus selama siklus sel. Pembungkaman selama mitosis terjadi oleh fosforilasi berbagai elemen seperti SL1 dan TTF-1.

Namun, pola ini tidak umum di semua organisme. Sebagai contoh, dalam ragi nukleolus hadir - dan aktif - selama proses pembelahan sel.

Pusat serat

Gen yang mengkode RNA ribosom terletak di pusat fibrilar. Pusat-pusat ini adalah wilayah yang jelas dikelilingi oleh komponen serat padat. Pusat fibrilar bervariasi dalam ukuran dan jumlah, tergantung pada jenis sel.

Pola tertentu telah dijelaskan sehubungan dengan karakteristik pusat fibrilar. Sel yang memiliki sintesis ribosom yang tinggi memiliki jumlah pusat fibrilar yang rendah, sedangkan sel dengan metabolisme yang berkurang (seperti limfosit) memiliki pusat fibrilar yang lebih besar.

Ada kasus-kasus tertentu, seperti pada neuron dengan metabolisme yang sangat aktif, yang nukleolusnya memiliki pusat fibrilar raksasa, disertai dengan pusat-pusat kecil yang lebih kecil.

Komponen serat padat dan komponen granular

Komponen fibrilar padat dan pusat fibrilar tertanam dalam komponen granular, yang butirannya memiliki diameter 15 hingga 20 nm. Proses transkripsi (perpindahan molekul DNA ke RNA, dianggap sebagai langkah pertama ekspresi gen) terjadi pada batas pusat fibrilar dan komponen fibrilar yang padat.

Pemrosesan RNA pra-ribosom terjadi pada komponen fibrilar padat dan proses meluas ke komponen granular. Transkrip terakumulasi dalam komponen serat padat dan protein nukleolar juga terletak di komponen serat padat. Di daerah inilah tempat terjadinya ribosom.

Setelah proses pemasangan RNA ribosom dengan protein yang diperlukan memuncak, produk ini diekspor ke sitoplasma.

Komponen granular kaya akan faktor transkripsi (SUMO-1 dan Ubc9 adalah beberapa contoh). Biasanya, nukleolus dikelilingi oleh heterokromatin; Diperkirakan bahwa DNA yang dipadatkan ini mungkin memiliki peran dalam transkripsi RNA ribosom.

Pada mamalia, DNA ribosom dalam sel dipadatkan atau dibungkam. Organisasi ini tampaknya penting untuk pengaturan DNA ribosom dan untuk perlindungan stabilitas genom.

Wilayah pengorganisasian nuklir

Di wilayah ini (NOR) terdapat gen-gen yang dikelompokkan (DNA ribosom) yang mengkode RNA ribosom.

Kromosom yang membentuk daerah ini bervariasi tergantung pada spesies penelitian. Pada manusia, mereka ditemukan di daerah satelit dari kromosom acrocentric (centromere terletak di dekat salah satu ujung), khususnya berpasangan 13, 14, 15, 21 dan 22.

Unit-unit ribosom DNA terdiri dari urutan yang ditranskripsi dan pengatur jarak yang diperlukan untuk transkripsi oleh RNA polimerase I.

Pada promoter untuk DNA ribosom, dua elemen dapat dibedakan: elemen sentral dan elemen yang terletak di hulu (hulu)

Fungsi

Mesin pembentukan RNA ribosom

Nukleolus dapat dianggap sebagai pabrik dengan semua komponen yang diperlukan untuk biosintesis prekursor ribosom..

RNA ribosom atau ribosom (asam ribosom), yang biasa disingkat rRNA, adalah komponen ribosom dan berperan dalam sintesis protein. Komponen ini sangat penting untuk semua garis keturunan makhluk hidup.

RNA ribosom dikaitkan dengan komponen lain yang bersifat protein. Persatuan ini menghasilkan presubunitas ribosom. Klasifikasi RNA ribosom biasanya diberikan dengan huruf "S", menunjukkan unit Svedberg atau koefisien sedimentasi.

Organisasi ribosom

Ribosom terdiri dari dua subunit: yang lebih besar atau lebih besar dan lebih kecil atau lebih kecil. 

RNA ribosom prokariota dan eukariota dapat dibedakan. Dalam prokariota subunit besar adalah 50S dan terdiri dari RNA 5S dan 23S ribosom, juga subunit kecil adalah 30S dan hanya terdiri dari 16S RNA ribosomal..

Sebaliknya, subunit utama (60S) terdiri dari RNA 5S ribosom, 5.8S dan 28S. Subunit kecil (40S) terdiri secara eksklusif dari RNA ribosom 18S.

Gen yang mengkode RNA ribosomal 5.8S, 18S dan 28S ditemukan dalam nukleolus. RNA ribosom ini ditranskripsi sebagai unit tunggal dalam nukleolus oleh RNA polimerase I. Proses ini menghasilkan prekursor 45S RNA.

Prekursor RNA ribosomal (45S) tersebut harus dieksisi dalam komponen 18S-nya, milik subunit kecil (40S) dan 5,8S dan 28S dari subunit besar (60S).

RNA ribosom yang hilang, 5S, disintesis di luar nukleolus; tidak seperti homolognya, proses ini dikatalisis oleh RNA polimerase III.

Transkripsi RNA ribosom

Sel membutuhkan jumlah molekul RNA ribosom yang tinggi. Ada banyak salinan gen yang mengkode untuk jenis RNA ini untuk memenuhi persyaratan tinggi ini.

Misalnya, menurut data yang ditemukan dalam genom manusia, ada 200 salinan untuk RNA ribosom 5.8S, 18S dan 28S. Untuk RNA 5S ribosom ada 2.000 salinan.

Proses dimulai dengan RNA ribosom 45S. Ini dimulai dengan penghapusan spacer di dekat ujung 5 '. Ketika proses transkripsi selesai, spacer yang tersisa yang terletak di ujung 3 'dihapus. Setelah eliminasi berikutnya, RNA ribosom matang diperoleh.

Selain itu, pemrosesan RNA ribosom membutuhkan serangkaian modifikasi penting dalam basisnya, seperti proses metilasi dan konversi uridin menjadi pseudouridine..

Selanjutnya, penambahan protein dan RNA yang terletak di nukleolus terjadi. Di antaranya adalah RNA nukleolar kecil (ARNpn), yang berpartisipasi dalam pemisahan RNA ribosom dalam produk 18S, 5.8S dan 28S.

NRNA memiliki sekuens komplementer untuk RNA 18S dan 28S ribosom. Oleh karena itu, mereka dapat memodifikasi basis RNA prekursor, dengan memetilasi daerah tertentu dan berpartisipasi dalam pembentukan pseudouridine..

Majelis ribosom

Pembentukan ribosom terdiri dari pengikatan prekursor RNA ribosom, bersama dengan protein ribosom dan 5S. Protein yang terlibat dalam proses ditranskripsi oleh RNA polimerase II dalam sitoplasma dan harus diangkut ke nukleolus.

Protein ribosom mulai berhubungan dengan RNA ribosomal sebelum pemisahan RNA ribosomal 45S terjadi. Setelah pemisahan, protein ribosomal yang tersisa dan 5S RNA ribosomal ditambahkan.

Pematangan RNA ribosom 18S terjadi lebih cepat. Akhirnya, "partikel preribosomal" diekspor ke sitoplasma.

Fungsi lainnya

Selain biogenesis ribosom, penelitian terbaru telah menemukan bahwa nukleolus adalah entitas multifungsi.

Nukleolus juga terlibat dalam pemrosesan dan pematangan jenis RNA lain, seperti snRNPs (protein dan kompleks RNA yang bergabung dengan pre-messenger RNA untuk membentuk spliceosome atau kompleks penyambungan) dan transfer RNA tertentu. , mikroRNA dan kompleks ribonukleoprotein lainnya.

Melalui analisis nukleolus proteom, protein yang terkait dengan pemrosesan RNA pra-pesan, kontrol siklus sel, replikasi dan perbaikan DNA telah ditemukan. Konstitusi protein nukleolus adalah dinamis dan berubah dalam kondisi lingkungan yang berbeda dan tekanan seluler.

Juga, ada serangkaian patologi yang terkait dengan fungsi nukleolus yang salah. Di antaranya adalah Anemia Berlian-Blackfan dan gangguan neurodegeneratif seperti penyakit Alzheimer dan Huntington..

Pada pasien Alzheimer terjadi perubahan kadar ekspresi nukleolus, dibandingkan dengan pasien sehat.

Nukleolus dan kanker

Lebih dari 5000 penelitian telah menunjukkan hubungan antara proliferasi sel ganas dan aktivitas nukleolus.

Tujuan dari beberapa penelitian adalah untuk mengukur protein nukleolus untuk tujuan diagnostik klinis. Dengan kata lain, kami berusaha untuk mengevaluasi proliferasi kanker menggunakan protein ini sebagai penanda, khususnya B23, nukleolin, UBF dan subunit dari RNA polimerase I.

Di sisi lain, telah ditemukan bahwa protein B23 secara langsung berkaitan dengan perkembangan kanker. Demikian juga, komponen nukleolar lainnya terlibat dalam pengembangan patologi seperti leukemia promyelocytic akut.

Nukleolus dan virus

Ada bukti yang cukup untuk menegaskan bahwa virus, baik dari tumbuhan maupun dari hewan, membutuhkan protein nukleolus untuk mencapai proses replikasi. Ada perubahan dalam nukleolus, dalam hal morfologi dan komposisi proteinnya, ketika sel mengalami infeksi virus.

Sejumlah besar protein telah ditemukan yang berasal dari urutan DNA dan RNA yang mengandung virus dan terletak di nukleolus.

Virus memiliki strategi berbeda yang memungkinkan mereka ditempatkan di wilayah subnuklear ini, seperti protein virus yang mengandung "sinyal" yang mengarah ke nukleolus. Label ini kaya akan asam amino arginin dan lisin.

Lokasi virus dalam nukleolus memfasilitasi replikasi dan, di samping itu, tampaknya menjadi persyaratan untuk patogenisitasnya..

Referensi

  1. Boisvert, F. M., van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, A. I. (2007). Nukleolus multifungsi. Alam ulasan biologi sel molekuler, 8(7), 574-585.
  2. Boulon, S., Westman, B.J., Hutten, S., Boisvert, F.-M., & Lamond, A.I. (2010). Nucleolus di bawah Stres. Sel Molekul, 40(2), 216-227.
  3. Cooper, C.M. (2000). Sel: Suatu Pendekatan Molekuler. Edisi ke-2. Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Nucleolus: tubuh nuklir yang mempesona. Histokimia dan Biologi Sel, 129(1), 13-31.
  4. Horky, M., Kotala, V., Anton, M., & WESIERSKA-GADEK, J. (2002). Nukleolus dan apoptosis. Sejarah Akademi Ilmu Pengetahuan New York, 973(1), 258-264.
  5. Leung, A. K., & Lamond, A. I. (2003). Dinamika nukleolus. Ulasan Kritis ™ dalam Ekspresi Gen Eukariotik, 13(1).
  6. Montanaro, L., Treré, D., & Derenzini, M. (2008). Nukleolus, Ribosom, dan Kanker. The American Journal of Pathology, 173(2), 301-310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
  7. Pederson, T. (2011). Nukleolus. Perspektif Cold Spring Harbor dalam Biologi, 3(3), a000638.
  8. Tsekrekou, M., Stratigi, K., & Chatzinikolaou, G. (2017). The Nucleolus: Dalam Pemeliharaan dan Perbaikan Genom. Jurnal Internasional Ilmu Molekuler, 18(7), 1411.