Ядрышко

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Микрофотография клеточного ядра с ядрышком.

Я́дрышко — немембранная внутриядерная органелла, присущая всем без исключения эукариотическим организмам, основной функцией которой является сборка рибосомных субъединиц. Ядрышко представляет собой комплекс белков и рибонуклеопротеидов, формирующийся вокруг участков ДНК, содержащих гены рРНК — ядрышковых организаторов. В ядрышке выделяют три основных структурных компонента, соответствующих разным этапам биогенеза рибосом: фибриллярный центр (FC), плотный фибриллярный компонент (DFC) и гранулярный компонент (GC). В начале митоза происходит разборка ядрышек, а по окончании митоза они собираются снова. В настоящее время имеются данные об участии ядрышек в процессах, не связанных с биогенезом рибосом, например, в стрессовом ответе, сборке частиц распознавания сигнала, кроме того, ядрышко взаимодействует со многими вирусами.

История изучения[править | править вики-текст]

Первые достоверные описания ядрышка были выполнены независимо Вагнером (1835 г.) и Валентином (1836 и 1839 г.г.). В 1898 году Монтгомери выпустил монументальную монографию, посвящённую ядрышку; труд содержал 346 рукописных рисунков ядер и ядрышек из различных биологических объектов. В 1930-х годах было установлено, что ядрышки возникают на особых участках хромосом, названных ядрышковыми организаторами[1]. В 1960-х были опубликованы результаты ряда основополагающих экспериментов, показавших, что ядрышки являются местами биогенеза рибосом. В последующие годы основными направлениями в изучении ядрышек были исследование их структуры, процесса сборки рибосом, определение различных структурных компонентов рибосом. На рубеже веков стали появляться данные о новых функциях ядрышка, никак не связанных с биогенезом рибосом[2].

Структура[править | править вики-текст]

Images.png Внешние изображения
Image-silk.png Электронная микрофотография ядрышка

Ядрышко — наиболее заметная видимая структура ядра, имеющаяся у всех эукариотических организмов. Долгое время считалось, что единственным организмом, лишённым ядрышек, является простейшее Giardia lamblia, однако недавно и у него было описано очень маленькое ядрышко[3]. Количество ядрышек в ядре клетки определяется её стадией дифференцировки, а размер ядрышек зависит от уровня синтеза рибосом. Так, в делящихся клетках, активно синтезирующих рибосомы, размер ядрышек варьирует от 0,5 до 7 мкм в диаметре. У большинства раковых клеток ядрышко крупнее, чем у нормальных клеток той ткани и органа, откуда они произошли. В случае клеток агрессивной формы рака молочной железы наблюдается увеличение размеров ядрышка на 30 % по мере развития опухоли. В дифференцировавшихся клетках образование рибосом снижается или прекращается вовсе (например, в эритроцитах и лимфоцитах), и размер их ядрышек уменьшается до 0,1—0,3 мкм[4].

Методом электронной микроскопии в этой немембранной органелле удалось выделить три структурных компонента, соответствующих различным стадиям биогенеза рибосом: фибриллярный центр (FC), плотный фибриллярный компонент (DFC) и гранулярный компонент (GC). Фибриллярные центры сформированы фибриллами диаметром около 5 нм; они частично окружены плотно упакованными фибриллами, образующими плотный фибриллярный компонент. Гранулярный компонент состоит из гранул диаметром 15—20 нм. В ядрах фибробластов человека на долю плотного фибриллярного компонента приходится 15 % объёма ядрышка, а на долю гранулярного компонента — 75 %. В ядрышках высших растений доля DFC значительно выше. В ядрышках дрожжей Saccharomyces cerevisiae обнаруживаются только DFC и GC. Было высказано предположение, что эволюция FC, DFC и GC начиналась с двухчастной системы, в которой компоненты FC и DFC были перемешаны[5].

Фибриллярные центры характеризуются наличием рДНК (ядрышковые организаторы), субъединиц РНК-полимеразы I, ДНК-топоизомеразы I и транскрипционного фактора UBTF. Транскрипция рДНК происходит не внутри, а на периферии FC. В ядрышках клеток разных линий обнаруживается разнообразное количество FC разных размеров, причём количество FC обратно связано с их размером. В ядрышках дифференцированных лимфоцитов человека содержится единственный фибриллярный центр. Если в лимфоците активировать клеточный цикл, то в нём запускается образование рибосом, и единственный фибриллярный центр рассасывается, поскольку начинается транскрипция содержащихся в нём генов рДНК и формируется плотный фибриллярный компонент. Таким образом, в фибриллярных центрах содержатся неактивные компоненты аппарата транскрипции рДНК[6].

В плотном фибриллярном компоненте обнаруживаются только что синтезированные транскрипты рРНК, кроме того, в нём происходят ранние этапы процессинга рРНК. В нём локализованы белки, участвующие в ранних этапах процессинга рРНК, такие как фибрилларин и Nopp140, а также рибонуклеопротеиновые комплексы, содержащие малые ядрышковые РНК (snoRNP). Фибрилларин, функционирующий как метилтрансфераза, служит хорошим маркером DFC[7].

Гранулы, образующие гранулярный компонент, скорее всего, соответствуют незрелым рибосомным субъединицам 60S. В компактных ядрышках гранулы плотно упакованы, а в разветвлённых ядрышках образуют сеть. В GC происходит процессинг 5,8S и 28S рРНК, а также сборка больших рибосомных субъединиц (60S). Маркерами GC могут служить такие белки, как нуклеофозмин, Bop1, Nop52, RRP1B, нуклеостемин и субъединица PM-Scl 100 экзосомного комплекса[8].

Хроматин обнаруживается в нескольких зонах ядрышка. Конденсированный хроматин находится на периферии ядрышка, а также в гранулярном компоненте, а неконденсированный хроматин — в плотном фибриллярном компоненте и фибриллярных центрах. Предполагается, что филаменты ДНК, обнаруживаемые в фибриллярных центрах, соответствуют рДНК (ядрышковым организаторам)[9].

На периферии ядрышка находится околоядрышковый компартмент — динамичная структура, содержащая большое количество РНК-связывающих белков, а также РНК-полимеразу III[10].

У дрожжей S. cerevisiae ядрышко интенсивно контактирует с ядерной оболочкой. У высших эукариот ядрышки располагаются на ядерной оболочке или рядом с ней. В клетках HeLa впячивания ядерной оболочки образуют несколько ядрышковых каналов, которые непосредственно контактируют с ядрышком, расположенным в центре ядра. Функции этих каналов неизвестны. Ядрышки также взаимодействуют с ядерной ламиной, и ламины участвуют в организации хроматина. Было показано, что ламин B1 поддерживает функциональную пластичность ядрышек и участвует в структурной реорганизации ядра и ядрышек после митоза[11].

Сборка и разборка[править | править вики-текст]

В ходе клеточного цикла разборка ядрышек происходит в профазе, а их сборка начинается в телофазе. Белковые комплексы и рибонуклеопротеиды, оставшиеся от ядрышек, разобранных в профазе, используются для сборки ядрышек в дочерних клетках[12].

Разборка ядрышек начинается в ранней профазе, и её конечным этапом является остановка транскрипции рДНК. Ещё раньше, до остановки работы РНК-полимеразы I и разрушения ядерной оболочки, ядрышко покидают белки процессинга РНК и snoRNP и закрепляются на поверхности хромосом, удерживаемые неизвестным способом. Ключевую роль в регуляции разборки ядрышка, по-видимому, играет комплекс циклинзависимой киназы 1 (CDK1) и циклина B[13].

Сборка ядрышек начинается с активации транскрипции в области ядрышковых организаторов. Однако одной только активации транскрипции недостаточно; сборка ядрышка также зависит от процессирующих белков и snoRNP. В телофазе они собираются вблизи хромосом, образуя точечные скопления, известные как пренуклеолярные тельца (PNB). В ходе фазы G1 клеточного цикла происходит регулируемое перемещение белков из PNB к ядрышковым организаторам, благодаря чему происходит постепенная сборка ядрышковых компартментов: фибриллярных центров, плотного фибриллярного компонента и гранулярного компонента[14].

Примечания[править | править вики-текст]

  1. The Nucleus, 2011, p. 1—2.
  2. The Nucleolus, 2011, p. v.
  3. Lara-Martínez R., De Lourdes Segura Valdez M., De La Mora De La Mora I., López-Velázquez G., JimÉnez-García L. F. Morphological Studies of Nucleologenesis in Giardia lamblia. (англ.) // Anatomical record (Hoboken, N.J. : 2007). — 2016. — Vol. 299, no. 5. — P. 549–556. — DOI:10.1002/ar.23323. — PMID 26833978. исправить
  4. The Nucleolus, 2011, p. 5.
  5. The Nucleolus, 2011, p. 7—9.
  6. The Nucleolus, 2011, p. 11—12.
  7. The Nucleolus, 2011, p. 12.
  8. The Nucleolus, 2011, p. 12—13.
  9. The Nucleolus, 2011, p. 18.
  10. Pollock C., Huang S. The perinucleolar compartment. (англ.) // Cold Spring Harbor perspectives in biology. — 2010. — Vol. 2, no. 2. — P. 000679. — DOI:10.1101/cshperspect.a000679. — PMID 20182614. исправить
  11. The Nucleolus, 2011, p. 19—20.
  12. The Nucleolus, 2011, p. 13—14.
  13. The Nucleolus, 2011, p. 15.
  14. The Nucleolus, 2011, p. 15—16.

Литература[править | править вики-текст]