NUCLEOLO: CARATTERISTICHE, STRUTTURA, MORFOLOGIA E FUNZIONI - BIOLOGIA - 2025

Il nucleolo è una struttura cellulare non delimitata da una membrana, essendo una delle aree più prominenti del nucleo. Si osserva come una regione più densa nel nucleo ed è suddivisa in tre regioni: componente fibrillare densa, centro fibrillare e componente granulare.

È principalmente responsabile della sintesi e dell'assemblaggio dei ribosomi; tuttavia, questa struttura ha anche altre funzioni. Sono state trovate più di 700 proteine ​​all'interno del nucleolo che non sono coinvolte nei processi di biogenesi dei ribosomi. Allo stesso modo, il nucleolo è coinvolto nello sviluppo di diverse patologie.

Il primo ricercatore ad osservare la zona del nucleolo fu F. Fontana nel 1781, più di due secoli fa. Poi, a metà degli anni '30, McClintock fu in grado di osservare una tale struttura nei suoi esperimenti con Zea mays. Da allora centinaia di indagini si sono concentrate sulla comprensione delle funzioni e delle dinamiche di questa regione del nucleo.

Caratteristiche generali

Il nucleolo è una struttura prominente situata all'interno del nucleo delle cellule eucariotiche. È una "regione" a forma di sfera, poiché non esiste alcun tipo di biomembrana che la separa dal resto dei componenti nucleari.

Può essere visto al microscopio come una sottoregione del nucleo quando la cellula si trova all'interfaccia.

È organizzato in regioni chiamate NOR (per il suo acronimo in inglese: regioni organizzatrici nucleolari cromosomiche), dove si trovano le sequenze che codificano i ribosomi.

Questi geni si trovano in regioni specifiche dei cromosomi. Negli esseri umani sono organizzati in tandem nelle regioni satellite dei cromosomi 13, 14, 15, 21 e 22.

Nel nucleolo avviene la trascrizione, l'elaborazione e l'assemblaggio delle subunità che compongono i ribosomi.

Oltre alla sua funzione tradizionale, il nucleolo è correlato alle proteine ​​oncosoppressori, ai regolatori del ciclo cellulare e persino alle proteine ​​dei virus.

Le proteine ​​nucleoli sono dinamiche e la loro sequenza sembra essere stata conservata durante l'evoluzione. Di queste proteine ​​solo il 30% è stato associato alla biogenesi dei ribosomi.

Struttura e morfologia

Il nucleolo è suddiviso in tre componenti principali, differenziabili al microscopio elettronico: la componente fibrillare densa, il centro fibrillare e la componente granulare.

Generalmente, è circondato da cromatina condensata, chiamata eterocromatina. Nel nucleolo si verificano i processi di trascrizione dell'RNA ribosomiale, l'elaborazione e l'assemblaggio dei precursori ribosomiali.

Il nucleolo è una regione dinamica, dove le proteine ​​a cui i componenti possono associarsi si separano velocemente dai componenti nucleolari, creando uno scambio continuo con il nucleoplasma (sostanza gelatinosa interna al nucleo).

Nei mammiferi, la struttura del nucleolo varia con le fasi del ciclo cellulare. Nella profase si osserva una disorganizzazione del nucleolo che si ricompone al termine del processo mitotico. La massima attività trascrizionale nel nucleolo è stata osservata nelle fasi S e G2.

L'attività della RNA polimerasi I può essere influenzata da diversi stati di fosforilazione, modificando così l'attività del nucleolo durante il ciclo cellulare. Il silenziamento durante la mitosi si verifica a causa della fosforilazione di diversi elementi come SL1 e TTF-1.

Tuttavia, questo modello non è comune a tutti gli organismi. Ad esempio, nel lievito il nucleolo è presente - e attivo - durante l'intero processo di divisione cellulare.

Centri fibrillari

I geni che codificano per l'RNA ribosomiale si trovano nei centri fibrillari. Questi centri sono regioni chiare circondate da componenti fibrillari dense. I centri fibrillari sono di dimensioni e numero variabili, a seconda del tipo di cellula.

È stato descritto un certo andamento rispetto alle caratteristiche dei centri fibrillari. Le cellule con alta sintesi di ribosomi hanno un basso numero di centri fibrillari, mentre le cellule con metabolismo ridotto (come i linfociti) hanno centri fibrillari più grandi.

Ci sono casi specifici, come nei neuroni con un metabolismo molto attivo, il cui nucleolo ha un centro fibrillare gigante, accompagnato da centri più piccoli più piccoli.

Componente fibrillare densa e componente granulare

La componente fibrillare densa e i centri fibrillari sono incorporati nella componente granulare, i cui granuli hanno un diametro compreso tra 15 e 20 nm. Il processo di trascrizione (passaggio della molecola di DNA a RNA, considerato il primo passo dell'espressione genica) avviene ai limiti dei centri fibrillari e nella componente fibrillare densa.

L'elaborazione del pre-RNA ribosomiale avviene nella componente fibrillare densa e il processo si estende alla componente granulare. I trascritti si accumulano nella componente fibrillare densa e le proteine ​​nucleolari si trovano anche nella componente fibrillare densa. È in questa regione che avviene l'assemblaggio dei ribosomi.

Dopo che questo processo di assemblaggio dell'RNA ribosomiale con le proteine ​​necessarie è stato completato, questi prodotti vengono esportati nel citoplasma.

La componente granulare è ricca di fattori di trascrizione (SUMO-1 e Ubc9 sono alcuni esempi). Tipicamente, il nucleolo è circondato da eterocromatina; Si ritiene che questo DNA compatto abbia un ruolo nella trascrizione dell'RNA ribosomiale.

Nei mammiferi, il DNA ribosomiale nelle cellule viene compattato o messo a tacere. Questa organizzazione sembra essere importante per la regolazione del DNA ribosomiale e per la protezione della stabilità genomica.

Regione organizzativa nucleolare

In questa regione (NOR) sono raggruppati i geni (DNA ribosomiale) che codificano per l'RNA ribosomiale.

I cromosomi che compongono queste regioni variano a seconda delle specie studiate. Nell'uomo si trovano nelle regioni satellite dei cromosomi acrocentrici (il centromero si trova vicino a una delle estremità), in particolare nelle coppie 13, 14, 15, 21 e 22.

Le unità di DNA ribosomiale sono costituite dalla sequenza trascritta e da un distanziatore esterno necessario per la trascrizione da parte della RNA polimerasi I.

Nei promotori del DNA ribosomiale si possono distinguere due elementi: uno centrale e un elemento situato a monte (a monte).

Caratteristiche

Macchine per la formazione di RNA ribosomiale

Il nucleolo può essere considerato una fabbrica con tutti i componenti necessari per la biosintesi dei precursori dei ribosomi.

L'RNA ribosomiale o ribosomiale (acido ribonucleico), comunemente abbreviato come rRNA, è un componente dei ribosomi e partecipa alla sintesi delle proteine. Questa componente è vitale per tutti i lignaggi degli esseri viventi.

L'RNA ribosomiale si associa ad altri componenti di natura proteica. Questo legame si traduce in presubunità ribosomiali. La classificazione dell'RNA ribosomiale è generalmente data accompagnata da una lettera "S", che indica le unità di Svedberg o coefficiente di sedimentazione.

Organizzazione dei ribosomi

I ribosomi sono costituiti da due subunità: la maggiore o grande e la piccola o minore.

L'RNA ribosomiale dei procarioti e degli eucarioti è differenziabili. Nei procarioti la subunità grande è 50S ed è composta da RNA ribosomiali 5S e 23S, allo stesso modo la subunità piccola è 30S ed è composta solo da RNA ribosomiale 16S.

Al contrario, la subunità maggiore (60S) è composta da RNA ribosomiali 5S, 5.8S e 28S. La piccola subunità (40S) è composta esclusivamente da RNA ribosomiale 18S.

Nel nucleolo ci sono i geni che codificano per gli RNA ribosomiali 5.8S, 18S e 28S. Questi RNA ribosomiali vengono trascritti come una singola unità all'interno del nucleolo dalla RNA polimerasi I. Questo processo si traduce in un precursore di RNA 45S.

Detto precursore di RNA ribosomiale (45S) deve essere scisso nei suoi componenti 18S, appartenenti alla subunità piccola (40S) e a 5.8S e 28S della subunità grande (60S).

L'RNA ribosomiale mancante, 5S, viene sintetizzato al di fuori del nucleolo; A differenza delle sue controparti, il processo è catalizzato dalla RNA polimerasi III.

Trascrizione dell'RNA ribosomiale

Una cellula necessita di un numero elevato di molecole di RNA ribosomiale. Esistono più copie dei geni che codificano per questo tipo di RNA per soddisfare questi requisiti elevati.

Ad esempio, sulla base dei dati trovati nel genoma umano, ci sono 200 copie per gli RNA ribosomiali 5.8S, 18S e 28S. Per l'RNA ribosomiale 5S ci sono 2000 copie.

Il processo inizia con l'RNA ribosomiale 45S. Inizia con la rimozione del distanziatore vicino all'estremità 5 ′. Quando il processo di trascrizione è completo, il distanziatore rimanente situato all'estremità 3 'viene rimosso. Dopo le delezioni successive, si ottiene l'RNA ribosomiale maturo.

Inoltre, l'elaborazione dell'RNA ribosomiale richiede una serie di importanti modifiche nelle sue basi, come i processi di metilazione e conversione dell'uridina in pseudouridina.

Successivamente, si verifica l'aggiunta di proteine ​​e RNA situati nel nucleolo. Tra questi vi sono i piccoli RNA nucleolari (pRNA), che partecipano alla separazione degli RNA ribosomiali nei prodotti 18S, 5.8S e 28S.

I PRNA possiedono sequenze complementari agli RNA ribosomiali 18S e 28S. Possono quindi modificare le basi dell'RNA precursore, metilando alcune regioni e partecipando alla formazione della pseudouridina.

Assemblaggio ribosomiale

La formazione di ribosomi comporta il legame dell'RNA ribosomiale genitore, insieme alle proteine ​​ribosomiali e 5S. Le proteine ​​coinvolte nel processo vengono trascritte dalla RNA polimerasi II nel citoplasma e devono essere trasportate al nucleolo.

Le proteine ​​ribosomiali iniziano ad associarsi agli RNA ribosomiali prima che si verifichi la scissione dell'RNA ribosomiale 45S. Dopo la separazione, vengono aggiunte le proteine ​​ribosomiali rimanenti e l'RNA ribosomiale 5S.

La maturazione dell'RNA ribosomiale 18S avviene più velocemente. Infine, le "particelle preribosomiali" vengono esportate nel citoplasma.

Altre funzioni

Oltre alla biogenesi dei ribosomi, recenti ricerche hanno scoperto che il nucleolo è un'entità multifunzionale.

Il nucleolo è anche coinvolto nell'elaborazione e nella maturazione di altri tipi di RNA, come gli snRNP (complessi di proteine ​​e RNA che si combinano con l'RNA pre-messaggero per formare lo spliceosoma o il complesso di splicing) e alcuni RNA di trasferimento. , microRNA e altri complessi ribonucleoproteici.

Attraverso l'analisi del proteoma del nucleolo, sono state trovate proteine ​​associate all'elaborazione dell'RNA pre-messaggero, al controllo del ciclo cellulare, alla replicazione e riparazione del DNA. La costituzione proteica del nucleolo è dinamica e cambia a seconda delle condizioni ambientali e dello stress cellulare.

Allo stesso modo, ci sono una serie di patologie associate al funzionamento errato del nucleolo. Questi includono l'anemia Diamond - Blackfan e disturbi neurodegenerativi come l'Alzheimer e la malattia di Huntington.

Nei malati di Alzheimer c'è un cambiamento nei livelli di espressione del nucleolo, rispetto ai pazienti sani.

Il nucleolo e il cancro

Più di 5000 studi hanno dimostrato la relazione tra la proliferazione delle cellule maligne e l'attività del nucleolo.

L'obiettivo di alcune indagini è quantificare le proteine ​​del nucleolo a fini diagnostici clinici. In altre parole, l'obiettivo è valutare la proliferazione del cancro utilizzando queste proteine ​​come marker, in particolare le subunità B23, nucleolina, UBF e RNA polimerasi I.

D'altra parte, è stato scoperto che la proteina B23 è direttamente correlata allo sviluppo del cancro. Allo stesso modo, altri componenti nucleolari sono coinvolti nello sviluppo di patologie come la leucemia promielocitica acuta.

Il nucleolo e i virus

Esistono prove sufficienti per affermare che i virus, sia vegetali che animali, necessitano di proteine ​​nucleolo per ottenere il processo di replicazione. Ci sono cambiamenti nel nucleolo, in termini di morfologia e composizione proteica, quando la cellula subisce un'infezione virale.

È stato trovato un numero significativo di proteine ​​che provengono da sequenze di DNA e RNA che contengono virus e si trovano nel nucleolo.

I virus hanno strategie diverse che consentono loro di localizzarsi in questa regione subnucleare, come le proteine ​​virali che contengono "segnali" che li conducono al nucleolo. Questi tag sono ricchi di aminoacidi arginina e lisina.

La localizzazione dei virus nel nucleolo ne facilita la replicazione e, inoltre, sembra essere un requisito per la loro patogenicità.

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