Núcleo: Características, Estrutura, Morfologia e Funções

O nucléolo é uma estrutura celular não delimitada pela membrana, sendo uma das áreas mais proeminentes do núcleo. Observa-se como uma região mais densa no núcleo e é subdividida em três regiões: componente fibrilar denso, centro fibrilar e componente granular.

É responsável principalmente pela síntese e montagem dos ribossomos ; No entanto, essa estrutura também possui outras funções. Mais de 700 proteínas foram encontradas no nucléolo que não estão envolvidas nos processos de biogênese do ribossomo. Da mesma forma, o nucléolo está envolvido no desenvolvimento de diferentes patologias.

Núcleo: Características, Estrutura, Morfologia e Funções 1

O primeiro pesquisador a observar a zona nucléolo foi F. Fontana em 1781, mais de dois séculos atrás. Então, em meados da década de 1930, McClintock foi capaz de observar essa estrutura em seus experimentos com Zea mays . Desde então, centenas de investigações se concentraram no entendimento das funções e da dinâmica dessa região central.

Características gerais

O nucléolo é uma estrutura proeminente localizada dentro do núcleo das células eucarióticas. É uma “região” na forma de uma esfera, uma vez que não existe um tipo de biomembrana que a separa do resto dos componentes nucleares.

Pode ser vista ao microscópio como uma sub-região do núcleo quando a célula está na interface.

Está organizado em regiões chamadas NORs ( regiões organizadoras de nucléolos cromossômicos ), onde são encontradas as seqüências que codificam os ribossomos.

Esses genes estão em regiões específicas dos cromossomos. Nos seres humanos, eles são organizados em conjunto nas regiões satélites dos cromossomos 13, 14, 15, 21 e 22.

Na transcrição do nucléolo, ocorre o processamento e a montagem das subunidades que compõem os ribossomos.

Além de sua função tradicional, o nucléolo está relacionado a proteínas supressoras de tumores, reguladores do ciclo celular e até proteínas de vírus.

As proteínas nucléolo são dinâmicas e, aparentemente, sua sequência foi preservada ao longo da evolução. Destas proteínas, apenas 30% foram associadas à biogênese dos ribossomos.

Estrutura e morfologia

O nucléolo é dividido em três componentes principais, distinguíveis por microscopia eletrônica: o componente fibrilar denso, o centro fibrilar e o componente granular.

Geralmente, é cercada por cromatina condensada, chamada heterocromatina. No nucléolo, ocorrem os processos de transcrição do RNA ribossômico, processamento e montagem dos precursores ribossômicos.

O nucléolo é uma região dinâmica, onde as proteínas que os componentes podem associar e separar rapidamente dos componentes nucleolares, criando uma troca contínua com o nucleoplasma (substância gelatinosa interna do núcleo).

Nos mamíferos, a estrutura do nucléolo varia com os estágios do ciclo celular. Na prófase, uma desorganização do nucléolo é observada e é montada novamente no final do processo mitótico. A atividade máxima de transcrição no nucléolo foi observada nas fases S e G2.

A atividade da RNA polimerase I pode ser afetada por diferentes estados de fosforilação, modificando a atividade do nucléolo durante o ciclo celular. O silenciamento durante a mitose ocorre pela fosforilação de diferentes elementos, como SL1 e TTF-1.

No entanto, esse padrão não é comum em todos os organismos. Por exemplo, no fermento, o nucléolo está presente – e ativo – durante todo o processo de divisão celular.

Centros fibrilares

Os genes que codificam o RNA ribossômico estão localizados nos centros fibrilares. Esses centros são regiões claras cercadas por componentes fibrilares densos. Os centros fibrilares são variáveis ​​em tamanho e número, dependendo do tipo de célula.

Um certo padrão foi descrito com relação às características dos centros fibrilares. As células que possuem alta síntese de ribossomos têm um baixo número de centros fibrilares, enquanto as células com metabolismo reduzido (como linfócitos) possuem centros fibrilares maiores.

Existem casos específicos, como nos neurônios com metabolismo muito ativo, cujo nucléolo possui um centro fibrilar gigante, acompanhado por centros cada vez menores.

Componente fibrilar denso e componente granular

O componente fibrilar denso e os centros fibrilares são incorporados no componente granular, cujos grânulos têm um diâmetro de 15 a 20 nm. O processo de transcrição (passagem da molécula de DNA para o RNA, considerado o primeiro passo da expressão gênica) ocorre dentro dos limites dos centros fibrilares e no denso componente fibrilar.

O processamento do pré-RNA ribossômico ocorre no componente fibrilar denso e o processo se estende ao componente granular. Os transcritos se acumulam no componente fibrilar denso e as proteínas nucleolares também estão localizadas no componente fibrilar denso. É nesta região onde ocorre a montagem do ribossomo.

Após esse processo de montagem do RNA ribossômico com as proteínas necessárias culminar, esses produtos são exportados para o citoplasma.

O componente granular é rico em fatores de transcrição (SUMO-1 e Ubc9 são alguns exemplos). Normalmente, o nucléolo é cercado por heterocromatina; Pensa-se que este DNA compactado possa ter um papel na transcrição do RNA ribossômico.

Nos mamíferos, o DNA ribossômico nas células é compactado ou silenciado. Essa organização parece ser importante para a regulação do DNA ribossômico e para a proteção da estabilidade genômica.

Região organizadora nucleolar

Nesta região (NOR), os genes (DNA ribossômico) que codificam o RNA ribossômico são agrupados.

Os cromossomos que compõem essas regiões variam dependendo da espécie de estudo. Nos seres humanos, são encontrados nas regiões satélites dos cromossomos acrocêntricos (o centrômero está localizado próximo a uma das extremidades), especificamente nos pares 13, 14, 15, 21 e 22.

As unidades de DNA do ribossomo consistem na sequência transcrita e em um espaçador externo necessário para a transcrição pela RNA polimerase I.

Nos promotores para DNA ribossomal você pode distinguir dois elementos: um um central e um elemento localizado a montante ( rio acima )

Funções

Máquinas de formação de RNA ribossômico

O nucléolo pode ser considerado uma fábrica com todos os componentes necessários para a biossíntese de precursores de ribossomos.

O RNA ribossômico ou ribossômico (ácido ribonucleico), comumente abreviado como rRNA, é um componente dos ribossomos e participa da síntese de proteínas. Este componente é vital para todas as linhagens de seres vivos.

O RNA ribossômico está associado a outros componentes de natureza proteica. Essa união resulta em pré-comunidades ribossômicas. A classificação do RNA ribossômico é geralmente acompanhada por uma letra “S”, que indica as unidades de Svedberg ou o coeficiente de sedimentação.

Organização do ribossomo

Os ribossomos são formados por duas subunidades: a maior ou maior e a menor ou menor.

O RNA ribossômico dos procariontes e eucariotos é diferenciável. Nos procariontes, a subunidade grande é 50S e é composta por RNAs ribossômicos 5S e 23S, da mesma forma a subunidade pequena é 30S e é composta apenas por RNA ribossômico 16S.

Em contraste, a subunidade principal (60S) é composta por RNAs ribossômicos 5S, 5.8S e 28S. A pequena subunidade (40S) é composta exclusivamente de RNA ribossômico 18S.

No nucléolo estão os genes que codificam os RNAs ribossômicos 5.8S, 18S e 28S. Esses RNAs ribossômicos são transcritos como uma única unidade dentro do nucléolo pela RNA polimerase I. Esse processo resulta em um precursor do RNA 45S.

O referido precursor de RNA ribossômico (45S) deve ser clivado em seus componentes 18S, pertencentes à subunidade pequena (40S) e a 5,8S e 28S da subunidade grande (60S).

O RNA ribossômico ausente, 5S, é sintetizado fora do nucléolo; Ao contrário de suas contrapartes, o processo é catalisado pela RNA polimerase III.

Transcrição de RNA ribossômico

Uma célula precisa de um número alto de moléculas de RNA ribossômico. Existem várias cópias dos genes que codificam para esse tipo de RNA para atender a esses requisitos muito altos.

Por exemplo, de acordo com os dados encontrados no genoma humano, existem 200 cópias para os RNAs ribossômicos 5.8S, 18S e 28S. Para o RNA ribossômico 5S, existem 2000 cópias.

O processo começa com o RNA ribossômico 45S. Começa com a eliminação do espaçador próximo à extremidade 5 ‘. Quando o processo de transcrição é concluído, o espaçador restante localizado na extremidade 3 ‘é removido. Após eliminações subsequentes, é obtido o RNA ribossômico maduro.

Além disso, o processamento do RNA ribossômico requer uma série de modificações importantes em suas bases, como processos de metilação e conversão de uridina em pseudouridina.

Posteriormente, ocorre a adição de proteínas e RNAs localizados no nucléolo. Entre esses, estão os pequenos RNAs nucleolares (pRNAs), que participam da separação dos RNAs ribossômicos nos produtos 18S, 5.8S e 28S.

Os rRNAs possuem sequências complementares aos RNAs ribossômicos 18S e 28S. Portanto, eles podem modificar as bases do RNA precursor, metilando certas regiões e participando da formação de pseudouridina.

Montagem do ribossomo

A formação de ribossomos compreende a ligação do RNA ribossômico precursor, juntamente com proteínas ribossômicas e 5S. As proteínas envolvidas no processo são transcritas pela RNA polimerase II no citoplasma e devem ser transportadas para o nucléolo.

As proteínas ribossômicas começam a se associar aos RNAs ribossômicos antes que ocorra a separação do RNA ribossômico 45S. Após a separação, as proteínas ribossômicas remanescentes e o RNA ribossômico 5S são adicionados.

A maturação do RNA ribossômico 18S ocorre mais rapidamente. Finalmente, as “partículas pré-fibrossômicas” são exportadas para o citoplasma.

Outras funções

Além da biogênese dos ribossomos, pesquisas recentes descobriram que o nucléolo é uma entidade multifuncional.

O nucléolo também está envolvido no processamento e maturação de outros tipos de RNA, como snRNPs (complexos de proteínas e RNA que se combinam com o pré-RNA mensageiro para formar o splicossomo ou complexo de splicing) e certos RNAs de transferência , microRNA e outros complexos de ribonucleoproteínas.

A análise proteica do nucléolo encontrou proteínas associadas ao processamento pré-RNA do mensageiro, controle do ciclo celular, replicação e reparo do DNA. A constituição das proteínas nucléolo é dinâmica e muda sob diferentes condições ambientais e estresse celular.

Há também uma série de patologias associadas ao funcionamento incorreto do nucléolo. Entre estes estão a anemia de Diamond – Blackfan e distúrbios neurodegenerativos, como Alzheimer e doença de Huntington.

Em pacientes com doença de Alzheimer, há uma alteração nos níveis de expressão do nucléolo, em comparação com pacientes saudáveis.

O nucléolo e o câncer

Mais de 5000 estudos demonstraram a relação entre proliferação maligna de células e atividade nucléolo.

O objetivo de algumas pesquisas é quantificar proteínas nucléolo para fins de diagnóstico clínico. Em outras palavras, buscamos avaliar a proliferação de câncer usando essas proteínas como marcador, especificamente B23, nucleolina, UBF e subunidades da RNA polimerase I.

Por outro lado, verificou-se que a proteína B23 está diretamente relacionada ao desenvolvimento do câncer. Da mesma forma, outros componentes nucleolares estão envolvidos no desenvolvimento de patologias como a leucemia promielocítica aguda.

O nucléolo e os vírus

Existem evidências suficientes para afirmar que os vírus, tanto de plantas quanto de animais, precisam das proteínas nucléolo para alcançar o processo de replicação. Existem mudanças no nucléolo, em termos de morfologia e composição protéica, quando a célula sofre uma infecção viral.

Foi encontrado um número significativo de proteínas que provêm de seqüências de DNA e RNA que contêm vírus e estão localizadas no nucléolo.

Os vírus têm estratégias diferentes que permitem que eles se localizem nessa região subnuclear, como proteínas virais que contêm “sinais” que os levam ao nucléolo. Essas tags são ricas nos aminoácidos arginina e lisina.

A localização dos vírus no nucléolo facilita sua replicação e também parece ser um requisito para sua patogenicidade.

Referências

  1. Boisvert, FM, van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, AI (2007). O nucléolo multifuncional. Nature reviews Molecular cell biology , 8 (7), 574–585.
  2. Boulon, S., Westman, BJ, Hutten, S., Boisvert, F.-M., & Lamond, AI (2010). O nucléolo sob estresse. Molecular Cell , 40 (2), 216-227.
  3. Cooper, CM (2000). A célula: uma abordagem molecular. 2ª edição . Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P. e Hernandez-Verdun, D. (2008). Nucleolus: o fascinante corpo nuclear. Histoquímica e Biologia Celular , 129 (1), 13–31.
  4. Horký, M., Kotala, V., Anton, M., & WESIERSKA-GADEK, J. (2002). Núcleo e apoptose. Anais da Academia de Ciências de Nova York , 973 (1), 258-264.
  5. Leung, AK; e Lamond, AI (2003). A dinâmica do nucléolo. Critical Reviews ™ na expressão de genes eucarióticos , 13 (1).
  6. Montanaro, L., Treré, D. e Derenzini, M. (2008). Núcleo, ribossomos e câncer. The American Journal of Pathology , 173 (2), 301-310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
  7. Pederson, T. (2011). The Nucleolus Perspectivas de Cold Spring Harbor em Biologia , 3 (3), a000638.
  8. Tsekrekou, M., Stratigi, K. & Chatzinikolaou, G. (2017). O Núcleo: Na Manutenção e Reparo do Genoma. Revista Internacional de Ciências Moleculares , 18 (7), 1411.

Deixe um comentário

Este site usa cookies para lhe proporcionar a melhor experiência de usuário. política de cookies, clique no link para obter mais informações.

ACEPTAR
Aviso de cookies