Nucléolo Características, Estrutura, Morfologia e Funções

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

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

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

Índice

• 1 características gerais
• 2 Estrutura e morfologia
  • 2.1 Centros Fibrilares
  • 2.2 Componente fibrilar denso e componente granular
  • 2.3 Região Organizadora Nucleolar
• 3 funções
  • 3.1 Maquinaria de formação de RNA ribossomal
  • 3.2 Organização de ribossomos
  • 3.3 Transcrição do RNA ribossômico
  • 3.4 Montagem de ribossomos
  • 3.5 Outras funções
• 4 O nucléolo e o câncer
• 5 Nucleolus e vírus
• 6 referências

Características gerais

O nucléolo é uma estrutura proeminente localizada dentro do núcleo das células eucarióticas. É uma "região" na forma de uma esfera, já que não há nenhum tipo de biomembrana que a separe do resto dos componentes nucleares.

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

É organizado em regiões chamadas NORs (por sua sigla em inglês: regiões organizadoras de nucléolos cromossômicos), onde as seqüências que codificam os ribossomos estão localizadas.

Esses genes estão em regiões específicas dos cromossomos. Em humanos, eles são organizados em conjunto nas regiões de satélite dos cromossomos 13, 14, 15, 21 e 22.

No nucléolo ocorre a transcrição, processamento e montagem das subunidades que compõem os ribossomos.

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

As proteínas nucléicas são dinâmicas e, aparentemente, sua sequência foi preservada no curso da evolução. Destas proteínas, apenas 30% foram associadas à biogênese dos ribossomos.

Estrutura e morfologia

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

Geralmente, é circundado por cromatina condensada, chamada heterocromatina. Os processos de transcrição do RNA ribossômico, processamento e montagem de precursores ribossômicos ocorrem no nucléolo.

O nucléolo é uma região dinâmica, onde proteínas que componentes podem se associar e se 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 da 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 devido à fosforilação de diferentes elementos, como SL1 e TTF-1.

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

Centros Fibrilares

Os genes que codificam para o RNA ribossômico estão localizados nos centros fibrilares. Estes centros são regiões claras rodeadas por densos componentes fibrilares. 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. Células que têm alta síntese de ribossomos têm um baixo número de centros fibrilares, enquanto células com metabolismos reduzidos (como os linfócitos) têm centros fibrilares maiores.

Há casos específicos, como em neurônios com um metabolismo muito ativo, cujo nucléolo tem um centro fibrilar gigante, acompanhado de centros menores e menores.

Componente fibrilar denso e componente granular

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

O processamento do RNA pré-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 dos ribossomos.

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

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

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

Região Organizadora Nucleolar

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

Os cromossomos que compõem essas regiões variam dependendo da espécie de estudo. Em humanos, eles 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 ribossomos de DNA consistem na seqüência transcrita e um espaçador externo necessário para a transcrição pela RNA polimerase I.

Nos promotores do DNA ribossômico, dois elementos podem ser distinguidos: um elemento central e um elemento localizado a montante (rio acima)

Funções

Maquinaria formadora de RNA ribossomal

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

O RNA ribossômico ou ribossomal (ácido ribossômico), 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 protéica. Essa união resulta em presubunidades ribossômicas. A classificação do RNA ribossômico geralmente é dada com uma letra "S", que indica as unidades de Svedberg ou o coeficiente de sedimentação.

Organização dos ribossomos

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

O RNA ribossômico de procariotos e eucariotos é diferenciável. Em procariotas, a subunidade grande é 50S e consiste de RNA ribossômico 5S e 23S, similarmente a subunidade pequena é 30S e é composta apenas de RNA ribossômico 16S.

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

Os genes que codificam os RNAs ribossomais 5.8S, 18S e 28S são encontrados no nucléolo. Esses RNAs ribossômicos são transcritos como uma única unidade dentro do nucléolo pela RNA polimerase I. Este processo resulta em um precursor de RNA 45S.

O referido precursor de ARN ribossomal (45S) deve ser excisado nos seus componentes 18S, pertencentes à subunidade pequena (40S) e 5.8S e 28S da subunidade grande (60S).

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

Transcrição de RNA ribossômico

Uma célula precisa de um alto número de moléculas de RNA ribossômico. Existem várias cópias dos genes que codificam 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 o RNA ribossômico 5,8S, 18S e 28S. Para o RNA ribossômico 5S existem 2000 cópias.

O processo começa com o RNA ribossômico 45S. Começa com a remoção do espaçador perto da extremidade 5 '. Quando o processo de transcrição é concluído, o espaçador restante localizado na extremidade 3 'é removido. Após as eliminações subsequentes, obtém-se o ARN ribossómico maduro.

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

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

Os nRNAs possuem seqüências complementares ao RNA ribossomal 18S e 28S. Portanto, eles podem modificar as bases do RNA precursor, metilando certas regiões e participando da formação da pseudouridina.

Montagem de ribossomos

A formação de ribossomas compreende a ligação do precursor de RNA ribossomal, 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 com o RNA ribossômico antes que ocorra a separação do RNA ribossômico 45S. Após a separação, as proteínas ribossômicas restantes e o RNA ribossômico 5S são adicionados.

A maturação do RNA ribossômico 18S ocorre mais rapidamente. Finalmente, as "partículas pré-ribossômicas" 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 proteína e RNA que combinam com o RNA pré-mensageiro para formar o complexo spliceosome ou splicing) e certas transferências de RNA. , microRNA e outros complexos ribonucleoproteicos.

Através da análise do proteoma do nucléolo, foram encontradas proteínas associadas ao processamento de RNA pré-mensageiro, controle do ciclo celular, replicação e reparo de DNA. A constituição de proteínas nucléicas é dinâmica e muda sob diferentes condições ambientais e estresse celular.

Além disso, há uma série de patologias associadas ao funcionamento incorreto do nucléolo. Entre estes está a anemia de Diamante-Blackfan e desordens neurodegenerativas como Alzheimer e doença de Huntington.

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

O nucléolo e o câncer

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

O objetivo de algumas investigações é quantificar as proteínas nucléicas para fins de diagnóstico clínico. Em outras palavras, busca avaliar a proliferação do câncer utilizando como marcador essas proteínas, 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 vírus

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

Foi encontrado um grande número de proteínas provenientes de sequências de DNA e RNA que contêm vírus e estão localizadas no nucléolo.

Os vírus têm estratégias diferentes que permitem que eles estejam localizados nesta região subnuclear, como proteínas virais que contêm "sinais" que os transportam para o nucléolo. Esses rótulos são ricos em aminoácidos arginina e lisina.

A localização do vírus no nucléolo facilita sua replicação e, além disso, parece ser um requisito para sua patogenicidade.

Referências

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