Informasi

Bagaimana tepatnya nukleolus terbuat dari NOR?

Bagaimana tepatnya nukleolus terbuat dari NOR?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Saya membaca bahwa nukleolus terbuat dari DNA, RNA, dan daerah pengatur nukleolus. Saya tidak begitu mengerti bagaimana itu terjadi dengan NOR. Bukankah ada amplop yang membatasi nukleolus dari sisa isi nukleus? Apakah NOR dari kromosom yang berbeda bersatu? Maksudku, mereka tidak melepaskan diri dari sisa kromosom dan berkumpul dengan bebas...


Tidak, tidak ada membran yang memisahkan nukleolus dari sisa nukleus. Nukleolus adalah agregat dari semua jenis molekul yang terlibat dengan perakitan ribosom seperti: prekursor dan rRNA matang, RNA nukleolus kecil, enzim pengolah rRNA, protein ribosom dan ribosom yang sebagian dirakit (tetapi tidak ada ribosom yang berfungsi penuh)

Selain semua protein dan RNA ini, memang ada daerah kromosom yang disebut Nucleolus Organizer Regions (NORs) yang ada di dalam nukleolus. NOR ini terletak di dekat ujung short P wilayah kromosom 13, 14, 15, 21, dan 22. Selama interfase, wilayah ini mengalami dekondensasi karena protein seperti nukleolin dan dengan demikian terbuka untuk transkripsi. Banyak protein yang saya sebutkan diperlukan untuk membentuk atau hadir dalam agregasi yaitu nukleolus.


Bagaimana tepatnya nukleolus terbuat dari NOR? - Biologi

Nukleolus adalah struktur sub-nuklir menonjol yang tidak terikat oleh membran dan berada di dalam matriks nukleus. Meskipun diketahui ada sejak abad kedelapan belas, fungsi utama nukleolus tidak ditemukan sampai tahun 1960-an. Sekarang telah ditentukan bahwa nukleolus memproduksi subunit yang bergabung untuk membentuk ribosom, pabrik penghasil protein sel. Dengan demikian, ukuran nukleolus tergantung pada kebutuhan ribosom dari jenis sel di mana mereka ditemukan. Dalam sel yang menghasilkan sejumlah besar protein, dan dengan demikian membutuhkan sejumlah besar ribosom, ukuran nukleolus cukup besar, kadang-kadang menempati sebanyak 25 persen dari total volume nukleus.

Melalui mikroskop, nukleolus tampak seperti bintik hitam besar di dalam nukleus (lihat Gambar 2). Sel eukariotik sering mengandung satu nukleolus, tetapi beberapa juga mungkin. Jumlah pasti nukleolus ditetapkan di antara anggota spesies yang sama. Setiap sel diploid dalam tubuh manusia hanya memiliki satu nukleolus, meskipun segera setelah pembelahan sel sepuluh nukleolus kecil muncul sebelum bergabung menjadi satu nukleolus besar. Ini karena nukleolus terbentuk di situs kromosom tertentu yang biasanya disebut sebagai daerah pengatur nukleolus (NOR s), dan dua salinan dari lima kromosom manusia yang berbeda mengandung NOR. DNA yang ditemukan pada NOR kromosom mengkodekan gen untuk RNA ribosom (rRNA). Pada permulaan mitosis, nukleolus tunggal yang ada dalam sel manusia menghilang, dan setelah proses tersebut, pembentukan nukleolus baru, yang dibuat dari sepuluh struktur mirip nukleolus yang lebih kecil yang berkembang dari NOR, dapat diamati.

Nukleolus terdiri dari komponen granular dan fibrilar, serta matriks yang tidak jelas, selain DNA. Bahan granular terdiri dari subunit ribosom yang telah terbentuk tetapi belum matang dan menunggu untuk diekspor ke sitoplasma. Bagian fibril seperti benang dari nukleolus sebagian besar terdiri dari molekul rRNA dan protein terkait yang telah bergabung bersama untuk membentuk fibril. Belum ditentukan secara pasti bagaimana berbagai komponen nukleolus diamankan bersama dan diatur.

Diilustrasikan pada Gambar 2 adalah gambar digital fluoresensi dari sel fibroblas embrio tikus Swiss yang diwarnai dengan probe fluoresen yang menargetkan nukleus (biru), jaringan mitokondria (merah), kompleks Golgi (hijau) dan nukleolus (magenta) untuk menunjukkan kedekatan struktur ini . Nukleolus sel ini ditargetkan dengan antibodi terhadap fibrillarin, ribonukleoprotein nuklir kecil (SnRNP) yang terlibat dalam pemrosesan RNA ribosom dan terpusat di dalam sub-organel. Fibrillarin memiliki urutan asam amino yang terkonservasi dengan baik yang memungkinkan protein berfungsi sebagai penanda yang sangat baik untuk nukleolus dalam berbagai spesies.

Dalam beberapa tahun terakhir, para ilmuwan telah rajin menyelidiki kemungkinan hubungan antara nukleolus dan penuaan sel (penuaan). Sebagian besar bukti untuk hubungan seperti itu sejauh ini berasal dari penelitian dengan sel ragi, beberapa di antaranya menunjukkan bahwa kerusakan kumulatif pada gen RNA ribosom dan fragmentasi nukleolus mungkin menjadi pusat proses penuaan. Dukungan untuk teori ini juga datang dari penelitian genetik yang berfokus pada sindrom Werner, penyakit bawaan yang ditandai dengan penuaan dini, tetapi studi tambahan diperlukan untuk lebih memahami secara tepat kemungkinan peran nukleolus dalam penuaan.


Isi

Nukleolus diidentifikasi dengan mikroskop medan terang selama tahun 1830-an. [6] Sedikit yang diketahui tentang fungsi nukleolus sampai tahun 1964, ketika sebuah studi [7] tentang nukleolus oleh John Gurdon dan Donald Brown pada katak cakar Afrika Xenopus laevis membangkitkan minat yang meningkat pada fungsi dan struktur rinci nukleolus. Mereka menemukan bahwa 25% dari telur katak tidak memiliki nukleolus dan telur tersebut tidak mampu hidup. Setengah dari telur memiliki satu nukleolus dan 25% memiliki dua. Mereka menyimpulkan bahwa nukleolus memiliki fungsi yang diperlukan untuk kehidupan. Pada tahun 1966 Max L. Birnstiel dan kolaborator menunjukkan melalui percobaan hibridisasi asam nukleat bahwa DNA dalam kode nukleolus untuk RNA ribosom. [8] [9]

Tiga komponen utama nukleolus dikenali: pusat fibrilar (FC), komponen fibrilar padat (DFC), dan komponen granular (GC). [1] Transkripsi rDNA terjadi di FC. [10] DFC mengandung protein fibrillarin, [10] yang penting dalam pemrosesan rRNA. GC mengandung protein nukleofosmin, [10] (B23 pada gambar eksternal) yang juga terlibat dalam biogenesis ribosom.

Namun, telah diusulkan bahwa organisasi khusus ini hanya diamati pada eukariota yang lebih tinggi dan berevolusi dari organisasi bipartit dengan transisi dari anamniota ke amniota. Mencerminkan peningkatan substansial di wilayah intergenik DNA, komponen fibrilar asli akan terpisah menjadi FC dan DFC. [11]

Struktur lain yang diidentifikasi dalam banyak nukleolus (khususnya pada tumbuhan) adalah area bening di tengah struktur yang disebut sebagai vakuola nukleolus. [12] Nukleolus dari berbagai spesies tanaman telah terbukti memiliki konsentrasi besi yang sangat tinggi [13] berbeda dengan nukleolus sel manusia dan hewan.

Ultrastruktur nukleolus dapat dilihat melalui mikroskop elektron, sedangkan organisasi dan dinamika dapat dipelajari melalui penandaan protein fluoresen dan pemulihan fluoresen setelah photobleaching (FRAP). Antibodi terhadap protein PAF49 juga dapat digunakan sebagai penanda nukleolus dalam percobaan imunofluoresensi. [14]

Meskipun biasanya hanya satu atau dua nukleolus yang dapat terlihat, sel manusia diploid memiliki sepuluh nucleolus organizer region (NORs) dan dapat memiliki lebih banyak nukleolus. Paling sering beberapa NOR berpartisipasi dalam setiap nukleolus. [15]

Dalam biogenesis ribosom, dua dari tiga RNA polimerase eukariotik (pol I dan III) diperlukan, dan ini berfungsi secara terkoordinasi. Pada tahap awal, gen rRNA ditranskripsi sebagai satu unit di dalam nukleolus oleh RNA polimerase I. Agar transkripsi ini terjadi, beberapa faktor terkait pol I dan faktor trans-acting spesifik DNA diperlukan. Dalam ragi, yang paling penting adalah: UAF (upstream activating factor), TBP (TATA-box binding protein), dan core binding factor (CBF)) yang mengikat elemen promotor dan membentuk preinitiation complex (PIC), yang selanjutnya dikenali oleh RNA pol. Pada manusia, PIC serupa dirakit dengan SL1, faktor selektivitas promotor (terdiri dari TBP dan faktor terkait TBP, atau TAF), faktor inisiasi transkripsi, dan UBF (faktor pengikatan hulu). RNA polimerase I mentranskripsi sebagian besar transkrip rRNA 28S, 18S, dan 5.8S) tetapi subunit 5S rRNA (komponen dari subunit ribosom 60S) ditranskripsi oleh RNA polimerase III. [16]

Transkripsi rRNA menghasilkan molekul prekursor panjang (45S pre-rRNA) yang masih mengandung ITS dan ETS. Pemrosesan lebih lanjut diperlukan untuk menghasilkan molekul RNA 18S, 5.8S dan 28S RNA. Pada eukariota, enzim pengubah RNA dibawa ke lokasi pengenalan masing-masing melalui interaksi dengan RNA pemandu, yang mengikat urutan spesifik ini. RNA pemandu ini termasuk dalam kelas RNA nukleolar kecil (snoRNA) yang dikomplekskan dengan protein dan ada sebagai ribonukleoprotein nukleolar kecil (snoRNPs). Setelah subunit rRNA diproses, mereka siap untuk dirakit menjadi subunit ribosom yang lebih besar. Namun, molekul rRNA tambahan, 5S rRNA, juga diperlukan. Dalam ragi, urutan 5S rDNA dilokalisasi di spacer intergenik dan ditranskripsi dalam nukleolus oleh RNA pol.

Pada eukariota dan tumbuhan tingkat tinggi, situasinya lebih kompleks, karena urutan DNA 5S terletak di luar Nucleolus Organizer Region (NOR) dan ditranskripsi oleh RNA pol III dalam nukleoplasma, setelah itu ia menemukan jalannya ke dalam nukleolus untuk berpartisipasi dalam perakitan ribosom. Perakitan ini tidak hanya melibatkan rRNA, tetapi juga protein ribosom. Gen yang mengkode protein-r ini ditranskripsi oleh pol II dalam nukleoplasma melalui jalur sintesis protein "konvensional" (transkripsi, pemrosesan pra-mRNA, ekspor inti mRNA matang dan translasi pada ribosom sitoplasma). Protein-r matang kemudian diimpor ke dalam nukleus dan akhirnya nukleolus. Asosiasi dan pematangan rRNA dan protein r menghasilkan pembentukan subunit 40S (kecil) dan 60S (besar) dari ribosom lengkap. Ini diekspor melalui kompleks pori nuklir ke sitoplasma, di mana mereka tetap bebas atau menjadi terkait dengan retikulum endoplasma, membentuk retikulum endoplasma kasar (RER). [17] [18]

Dalam sel endometrium manusia, jaringan saluran nukleolus kadang-kadang terbentuk. Asal dan fungsi jaringan ini belum diketahui secara jelas. [19]

Selain perannya dalam biogenesis ribosom, nukleolus diketahui menangkap dan melumpuhkan protein, suatu proses yang dikenal sebagai penahanan nukleolus. Protein yang ditahan dalam nukleolus tidak dapat berdifusi dan berinteraksi dengan pasangan pengikatnya. Target dari mekanisme regulasi pasca-translasi ini antara lain VHL, PML, MDM2, POLD1, RelA, HAND1 dan hTERT. Sekarang diketahui bahwa RNA noncoding panjang yang berasal dari daerah intergenik nukleolus bertanggung jawab atas fenomena ini. [20]


Struktur Nukleolus

Ini adalah organel terbesar yang ada di dalam batas-batas nukleus. Organisasi struktural kompleks nukleolus telah berevolusi selama fase transisi makhluk hidup dari anamniota ke amniota. Anamniotes adalah vertebrata yang tidak memiliki amnion, karakteristik penting lain dari organisme ini adalah mereka bertelur di air. Amniota adalah organisme (reptil, burung, dll) yang bertelur dan telah menyesuaikan diri dengan lingkungan terestrial.

Fakta Cepat!

Amnion adalah membran pelindung yang menyelimuti embrio pada mamalia, burung, dan reptil. Ini terdiri dari cairan serosa yang disebut cairan ketuban. Selain melindungi embrio, cairan diketahui menyediakan nutrisi yang dibutuhkan.

Dalam proses beradaptasi dengan lingkungan terestrial ini, wilayah intergenik rDNA mengalami peningkatan yang cukup besar. Pemisahan komponen fibrilar asli terjadi pada fase ini sebagai akibatnya, FC (pusat fibrilar) & amp DFC (komponen fibrilar padat) terbentuk.

Struktur dan fungsi nukleolus lebih kompleks dari apa yang telah dipahami oleh para peneliti sampai saat ini. Upaya sedang dilakukan untuk memahami kerja organel sel ini pada tingkat molekuler. Akhirnya, dapat dikatakan bahwa studi mendalam akan membantu kita memahami lebih banyak tentang makromolekul yang melakukan berbagai fungsi sel.

Posting terkait

Kita tahu tumbuhan sejak dahulu kala dan mereka adalah bagian dari kehidupan kita sehari-hari, baik secara langsung maupun tidak langsung, tetapi apakah kita benar-benar tahu apa yang dimaksud dengan struktur sel tumbuhan?

Karbon mungkin adalah elemen paling vital di planet Bumi. Vitalitasnya ditegaskan kembali oleh siklus karbon. Artikel BiologyWise ini menyajikan diagramnya dan penjelasan komprehensif yang akan&membantu

Renin adalah enzim yang penting untuk pencernaan protein. Ini membantu mencerna susu pada mamalia muda. Artikel BiologyWise ini mencantumkan fungsi enzim rennin.


Hasil

Inti sel HeLa biasanya berisi 2-5 nukleolus, dengan jumlah rata-rata 4.03ଐ.12 (Kalmárová dkk. 2007). Jumlah nukleolus paling sering berbeda pada sel anak (Gbr. 1). Secara khusus, dalam 77% kasus, sel anak mengandung jumlah nukleolus yang berbeda. Kami juga membandingkan data kami dengan model acak. Dalam model ini penampilan pasangan sel anak dengan Saya dan J nukleolus dihitung sebagai produk dari frekuensi sel yang ditemukan secara eksperimental dengan Saya dan J nukleolus. Membandingkan kejadian nukleolus dalam 100 pasang sel anak, kami menemukan korespondensi yang erat dengan model acak (Gbr. 1).

Jumlah nukleolus dalam sel anak paling sering berbeda satu (batang abu-abu). Hanya pada 23% pasangan sel, jumlah nukleolus identik. Perbedaan yang diamati dalam jumlah nukleolus antara sel anak berhubungan erat dengan model acak (batang hitam).

Selanjutnya kami memvisualisasikan kromosom 14 dan 15, melakukan hibridisasi dengan probe berlabel Cy3 dan FITC, dalam kombinasi dengan imunolabel nukleolus menggunakan antibodi terhadap fibrillarin. Sel HeLa biasanya memiliki empat homolog kromosom 15 dan tiga homolog kromosom 14. Jumlah kromosom yang berbeda dapat dikaitkan dengan setiap nukleolus (Kalmárová dkk. 2007). Dengan demikian, sel yang berbeda mungkin memiliki kombinasi yang berbeda dari asosiasi nukleolus. Dalam kasus kromosom 15, keempat homolog berhubungan dengan nukleolus (Kalmárová dkk. 2007, Smirnov dkk. 2006). Misalnya, lima kombinasi dimungkinkan dalam sel dengan empat nukleolus (Gbr. 2). Dalam satu situasi ekstrim, keempat kromosom dikaitkan dengan satu nukleolus. Dalam situasi ekstrim lainnya, ada satu kromosom yang terkait dengan masing-masing nukleolus (Gbr. 3, A-C). Dalam kasus kromosom 14, tidak semua homolog berhubungan dengan nukleolus ( Gbr. 3, D-F ) (Kalmárová dkk. 2007, Smirnov dkk. 2006), yang meningkatkan jumlah kemungkinan kombinasi menjadi tujuh (Gbr. 2).

Skema yang menggambarkan hubungan antara nukleolus (merah) dan kromosom 14 dan 15 (hijau) dalam inti sel (biru): semua kemungkinan kombinasi asosiasi nukleolus untuk kasus sel dengan empat nukleolus ditampilkan. Semua kromosom 15 berasosiasi dengan nukleolus, tetapi beberapa kromosom 14 tidak berasosiasi dengan nukleolus.

Kombinasi posisi kromosom 14 dan 15 dalam kaitannya dengan nukleolus dibandingkan dalam sel anak HeLa. Sinyal FISH dengan probe spesifik untuk kromosom 14 dan 15 (B, E hijau dalam C, F) dalam beberapa sel anak interfase. Imunositokimia dengan fibrillarin digunakan untuk memvisualisasikan nukleolus (A, D merah dalam C, F). Dalam contoh yang dipilih dari kromosom 15 (A, B, C), keempat homolog dikaitkan dengan nukleolus, menembus jauh ke dalamnya, yang khas untuk kromosom 15 (Kalmárová dkk. 2007). Kasus ini sesuai dengan kombinasi (1, 1, 1, 1) pada Gambar. 2 . Dalam contoh yang dipilih dari kromosom 14 (D, E, F), dua kromosom homolog adalah nukleolus terkait (panah di F), dan satu dipisahkan dari nukleolus. Kasus ini sesuai dengan kombinasi (1, 1) pada Gambar. 2 . Batang: 10 μm.

Membandingkan kombinasi ini dalam sel anak, kami secara mengejutkan menemukan bahwa pada 50% pasangan sel, untuk kromosom 14 dan kromosom 15, kombinasinya identik (Tabel 1). Untuk mengevaluasi data ini, kami menggunakan model pasangan acak di mana penampilan pasangan sel anak dengan kombinasi Saya dan J dihitung sebagai produk dari frekuensi sel yang ditemukan secara eksperimental dengan kombinasi Saya dan J. Pasangan dengan kombinasi identik muncul dengan frekuensi yang lebih tinggi secara signifikan dalam percobaan (50%) dibandingkan dengan model acak (32% untuk kromosom 15 dan 25% untuk kromosom 14) (Tabel 1).

Tabel 1

Kesamaan posisi kromosom pembawa NOR sehubungan dengan nukleolus dalam sel anak. Dalam 50% pasangan sel, kombinasi identik untuk kromosom 14 dan kromosom 15, yang secara signifikan melebihi nilai yang diprediksi oleh model acak

Selain itu, dalam kasus kromosom 14 kami mengamati simetri yang signifikan dalam distribusi kromosom yang tidak terkait setelah mitosis: dalam 62% kasus, sel anak memiliki jumlah kromosom yang sama, sedangkan model acak hanya memperkirakan 44%.


DISKUSI

Pertanyaan tentang lokasi yang tepat dari interfase NOR dan, khususnya, ekspresi rDNA di dalam komponen nukleolar telah lama menjadi bahan perdebatan. Dari empat komponen nukleolus (DFC, FC, GC dan kromatin), GC (yang mengandung partikel pra-ribosom dan tidak ada DNA) adalah yang terakhir terbentuk dalam nukleolus yang baru terbentuk, sedangkan kromatin NOR (yang mengandung gen ribosom) adalah yang pertama serta dasar nukleolus. Oleh karena itu, transkripsi terjadi dalam salah satu dari dua komponen nukleolar yang tersisa, DFC dan FC, di mana rDNA terjadi. Selain itu, DFC dan FC adalah komponen nukleolar yang diwarnai dengan perak yang mirip dengan NOR dalam kromosom metafase. Namun, upaya untuk melokalisasi gen transkripsi ribosom dalam dua komponen nukleolar ini memunculkan hasil yang kontradiktif, beberapa data menunjukkan adanya gen ribosom di DFC (Wachtler et al., 1989 Stahl et al., 1991 Jimenez-Garcia et al. , 1993 Hozak, 1995), yang lain di FC (Derenzini et al., 1982, 1985 Thiry dan Thiry-Blaise, 1991) dan beberapa di kedua kompartemen (Puvion-Dutilleul et al., 1991 Thiry dan Goessens, 1996).

Pendekatan baru kami yang memanfaatkan kombinasi beberapa teknik ultrastruktural resolusi tinggi yang saling melengkapi (sitokimia, imunositokimia, EFTEM, dan ESI) telah memungkinkan untuk pertama kalinya visualisasi dan lokalisasi DNA yang mengandung gen ribosom dalam bentuk terdispersi paling halus dalam bentuk yang tepat. komponen nukleolus. Kami dengan demikian telah menunjukkan, pertama, bahwa DNA yang diwarnai secara khusus, imunolabel untuk protein penanda DFC fibrillarin dan untuk RNA polimerase I, dan sinyal fosfor yang diperoleh oleh ESI tumpang tindih dalam area nukleolar yang sama. Ini menunjukkan adanya DNA di dalam DFC nukleolus sel P815 tikus. Kedua, DNA yang diwarnai sering muncul sebagai awan, dengan inti serat DNA bagian dalam yang jelas sesuai dengan FC. Ini menguraikan di pinggirannya menjadi fibril yang sangat tipis yang tumpang tindih dengan imunolabeling untuk fibrillarin (DFC). Oleh karena itu, kompleks FC+DFC mewakili mitra interfase dekondensasi dari NOR.

DFC mengandung DNA yang terdispersi halus

Pendekatan gabungan kami, berdasarkan kemungkinan memperoleh berbagai jenis informasi pada area nukleolar yang persis sama, memungkinkan kami dengan jelas menunjukkan keberadaan fibril DNA yang tersebar halus di dalam DFC. Imunolabeling anti-fibrillarin memungkinkan lokalisasi DFC yang tepat, mengatasi masalah teknis yang terkait dengan langkah hidrolisis reaksi tipe Feulgen, yang, dengan menghilangkan RNA dan protein, membuat sulit untuk mengenali komponen nukleolar yang berbeda. Selain itu, pengamatan pada 0 eV meningkatkan kontras DNA yang diwarnai osmium-amin, pengamatan pada 250 eV membantu memvisualisasikan struktur fibrilar DNA dan peta fosfor, tumpang tindih dengan data yang diperoleh pada kehilangan energi 0 eV, menegaskan keberadaan fibril DNA yang tersebar halus di DFC. Sinyal fosfor berasal dari DNA karena kami telah menunjukkan bahwa RNA, sumber utama sinyal fosfor lainnya, terdegradasi oleh hidrolisis asam dan hilang. Protein, kemungkinan sumber sinyal fosfor lainnya, sebagian besar dihilangkan selama perlakuan HCl, sebagaimana dibuktikan oleh hilangnya kerapatan elektron komponen nukleolus. Selanjutnya, kami memiliki bukti langsung bahwa, ketika hidrolisis dilakukan dalam fase uap (yaitu kisi-kisi tidak bersentuhan dengan larutan berair HCl), protein dipertahankan dalam nukleolus dan komponen nukleolar yang berbeda menjaga kontras bawaannya (Biggiogera dan Fakan, tidak dipublikasikan ).

Awan DNA sesuai dengan kompleks FC+DFC

Kami telah menemukan bahwa DNA yang diwarnai osmium-ammin di dalam nukleolus terjadi sebagai awan bulat yang terbuat dari fibril yang lebih tipis daripada yang ada dalam gumpalan kromatin yang terkondensasi. Area serupa dari DNA terdekondensasi telah dilaporkan sebelumnya (Derenzini et al., 1982 Derenzini et al., 1987 Derenzini et al., 1993) dan ditafsirkan sebagai DNA yang sangat tersebar di dalam FC, sedangkan DFC dianggap tanpa DNA. Namun, pendekatan gabungan kami yang sangat sensitif menunjukkan bahwa DNA bernoda osmium-ammina yang dijelaskan oleh penulis ini hanya mewakili bagian dalam yang paling kontras dari awan DNA yang diungkapkan dalam karya ini bagian perifer, yang terletak di DFC, tidak terlihat atau hanya hampir tidak dapat dideteksi melalui mikroskop elektron konvensional. Oleh karena itu, awan DNA dibentuk oleh kompleks FC+DFC, yang mewakili mitra interfase NOR yang terdekondensasi.

NOR dan situs transkripsi

Jalur dekondensasi DNA NOR menuju transkripsi gen berlangsung melalui tiga langkah uncoiling, masing-masing diwakili oleh kromatin intranukleolar, FC dan DFC (Gbr. 4). Faktanya, hasil kami menunjukkan bahwa distribusi DNA di dalam awan tidak homogen, DNA yang ada di DFC berada dalam filamen yang lebih tipis daripada yang ada di FC. Ini menunjukkan tingkat uncoiling, sesuai dengan gen aktif. Gagasan ini didukung oleh data berikut. Fibrillarin, komponen kompleks nukleolar U3 snRNP, terlibat dalam beberapa langkah jalur pemrosesan pra-rRNA dan, khususnya, pada kejadian awalnya (Kass et al., 1990) terjadi di DFC mirip dengan nukleolin dan protein B23 (Kass et al., 1990) Biggiogera et al., 1989), UBF (Cmarko et al., 2000), dan protein ribosom P1P2 dan L7 (Biggiogera et al., 1990), yang menjadi terkait lebih awal dengan transkrip yang baru lahir (Chooi dan Leiby, 1981 Ginisty dkk., 1998). Kehadiran RNA polimerase I juga telah dilaporkan di DFC (Raska et al., 1995 Cmarko et al., 2000 penelitian ini). DFC juga merupakan tempat terjadinya RNA berlabel cepat setelah penggabungan 3 H-uridine (Granboulan dan Granboulan, 1965 Fakan dan Puvion, 1980 Fakan, 1986 Hozak, 1995) serta setelah penggabungan BrUTP (Cmarko et al., 1999 Cmarko et al., 2000), dan gen transkripsi telah terdeteksi dalam komponen nukleolar ini dengan hibridisasi in situ (Wachtler et al., 1989 Stahl et al., 1991). Selain itu, jika kita menganggap bahwa transkrip dan mesin transkripsi merupakan rakitan dengan kepadatan yang relatif tinggi dan bahwa DFC adalah komponen nukleolar yang paling padat elektron, DFC jelas sesuai dengan lokasi sebenarnya dari transkripsi gen ribosom. Sebaliknya, FC dibentuk oleh DNA yang lebih padat daripada DFC tetapi kurang padat dibandingkan massa kromatin perinukleolar atau intranukleolar. Interpretasi kami didukung oleh analisis nukleolus neuron selama siklus sirkadian (Pébusque dan Seïte, 1981), yang menunjukkan variasi ukuran FC. Pembesaran kompartemen ini selama periode aktif menunjukkan bahwa DFC secara proporsional jauh lebih besar dan awan DNA lebih tersebar. Ini mengarah pada kesimpulan bahwa gen berada dalam pengaturan yang jauh lebih menguntungkan untuk ekspresi mereka.

Meskipun DFC selalu ada di semua sel, FC hampir tidak dapat atau tidak dapat diidentifikasi dalam jenis sel yang langka. Akibatnya, FC sangat kecil atau DNA yang mengandung gen ribosom yang akan ditranskripsi dilepaskan secara langsung dari area kromatin terkondensasi intranukleolar (selalu terkait dengan DFC) tanpa terurai melalui bentuk perantara kondensasi DNA yang sesuai dengan FC.

Kesimpulannya, awan DNA sesuai dengan NOR interfase terdekondensasi dan mengandung kompleks FC+DFC. Oleh karena itu kami mendefinisikan FC dan DFC masing-masing sebagai ekspresi morfologis gen rDNA tidak aktif dan aktif.


Kesimpulan

Transkripsi RNA polimerase I sering diajukan sebagai paradigmatik untuk transkripsi nuklir. Mengenai konstituen, transkripsi Pol I dan Pol II sebagian besar berbeda. Namun, pada tingkat fungsional, analogi dapat ditemukan yang mungkin bergantung pada prinsip-prinsip umum organisasi biologis. Pembentukan loop kromatin adalah salah satu ciri yang bertindak sebagai prasyarat transkripsi fokus di pabrik transkripsi dan nukleolus. Properti umum lainnya adalah mobilitas tinggi dari beberapa konstituen.

Prinsip-prinsip pengorganisasian yang mendasari transkripsi fokus dan organisasi nuklir secara umum dibahas secara kontroversial dan berkisar dari fiksasi hingga dukungan mendasar seperti matriks nuklir atau nukleoskeleton hingga pengorganisasian-diri dan kompartementalisasi berdasarkan prinsip-prinsip biokimia dan biofisik stokastik. Gudang metodologis untuk mempelajari kekuatan biofisik dibatasi, dan pendekatan baru diperlukan untuk mengungkapkan jika salah satu dari kemungkinan atau kombinasi ini terjadi.


PENGANTAR

Nukleus adalah struktur kompleks di mana berbagai fungsi dan komponen diatur dan diatur secara spasial dan temporal (ditinjau oleh Lamond dan Earnshaw, 1998 Dreyfuss dan Struhl, 1999). Nukleoli merupakan contoh paling menonjol dari organisasi ini. Fungsi utama nukleolus adalah biogenesis ribosom (ditinjau oleh Busch dan Smetana, 1970). rRNA disintesis, diproses, dibelah, dan dirakit dengan protein ribosom dalam nukleolus sebelum diekspor ke sitoplasma. Nukleolus terdiri dari tiga konstituen struktural dibedakan: pusat fibrillar, komponen fibrillar padat, dan komponen granular, seperti yang diamati oleh mikroskop elektron (ditinjau oleh Busch dan Smetana, 1970Hadjiolov, 1985). Meskipun hubungan spasial dan temporal antara sintesis rRNA dan tiga konstituen struktural masih harus diklarifikasi, umumnya dianggap bahwa transkripsi rDNA terjadi di daerah sementara antara pusat fibrilar dan komponen fibrilar padat dan pemrosesan rRNA dan perakitan partikel preribosomal. kemajuan dari komponen fibrillar padat ke komponen granular di sekitarnya (ditinjau oleh Spector dkk., 1993 Shaw dan Jordan, 1995 Scheer dan Hock, 1999). Bukti yang lebih baru (ditinjau oleh Pederson, 1998 Garcia dan Pillus, 1999) menunjukkan bahwa nukleolus memiliki fungsi tambahan yang terkait dengan siklus sel (Shoudkk., 1999 Visitin dkk., 1999), penuaan sel (Straight dkk., 1999), biosintesis partikel pengenalan sinyal (Jacobson dan Pederson, 1998), pemrosesan RNA kecil, transportasi mRNA (ditinjau oleh Pederson, 1998), dan metabolisme p53 (Zhang dan Xiong, 1999).

Mekanisme penting nukleologenesis selama reformasi nukleolus postmitosis atau generasi nukleolus de novo pada embriogenesis awal tidak jelas. Studi mikroskopis elektron dan imunositokimia menunjukkan bahwa setidaknya sebagian dari nukleologenesis melibatkan fusi antara badan prenukleolar (PNB) yang dikemas sebelumnya dan NOR dalam sel postmitosis (Ochs dkk., 1985 Jimenez-Garciadkk., 1994 Fomproix dkk., 1998). Fusi tersebut dicegah dengan pengobatan dengan konsentrasi rendah actinomycin D (ActD) yang menghambat transkripsi polimerase I (Pol I) (Ochs dkk., 1985). PNB, badan bulat berdiameter 0,3-2 m, terdiri dari butiran dan fibril RNP yang padat (Stevens, 1965). PNB umumnya mengandung faktor-faktor yang terlibat dalam pemrosesan pra-rRNA, termasuk fibrillarin, nukleolin, B23, protein argyrophilic, protein Nop52, PMScl-100, dan snoRNP U3, U8, dan U14 (Ochs and Busch, 1984Ochs dkk., 1985 Jimenez-Garcia dkk., 1994Fomproix dan Hernandez-Verdun, 1999 Savino dkk., 1999). Sebelum telofase, kompleks ini didistribusikan di sekitar kromosom dan secara difus ke seluruh sitoplasma mitosis (Gautier).dkk., 1992 Azum-Gelade dkk., 1994). Sebagai komponen nukleolar lainnya, mesin transkripsi Pol I, termasuk kompleks polimerase, dan faktor transkripsi spesifik Pol I, seperti faktor pengikat hulu (UBF) dan SL1, berikatan dengan NOR selama mitosis ketika transkripsi rDNA dinonaktifkan (Scheer dan Rose, 1984 Roussel dkk. 1993 Gebrane-Younes dkk., 1997). Menariknya, selama mitosis mesin transkripsi hanya berasosiasi dengan NOR yang telah ditranskripsi selama interfase sebelumnya dan akan aktif secara transkripsi pada siklus sel berikutnya (Roussel dkk., 1996). Oleh karena itu, mereka diberi nama NOR yang kompeten.

Telah diusulkan bahwa aktivasi transkripsi rDNA merekrut faktor pemrosesan ke situs transkripsi, sehingga memfasilitasi fusi PNB (ditinjau oleh Scheer dan Hock, 1999). Dalam konteks ini, beberapa penelitian telah berusaha untuk mengatasi hubungan antara transkripsi rDNA dan perakitan nukleolus. Transkripsi rDNA tampaknya menginduksi struktur seperti nukleolus. Menggunakan mutan penghapusan rDNA ragi, Oakes dkk. (1998) menemukan bahwa transkripsi rDNA oleh Pol I dari plasmid menginduksi beberapa struktur padat kecil, “mininucleoli,” sedangkan transkripsi rDNA oleh Pol II membentuk agregat struktur yang lebih besar. Penyisipan pengulangan rDNA yang mentranskripsi secara aktif ke dalam Drosophila kromosom polytene menghasilkan mininucleoli padat di sekitar situs transkripsi (Karpen dkk., 1988). Temuan ini menunjukkan bahwa transkripsi rDNA saja menghasilkan struktur padat yang tidak menyerupai nukleolus tipikal dengan fitur struktural yang terorganisasi dengan baik dan terdefinisi secara klasik. Verheggen dkk. (1998) menemukan bahwa selama Xenopus laevis perkembangan pra-rRNA ibu hadir dalam struktur terkonsentrasi nukleolin dengan fitur nukleolus yang kompeten secara transkripsi. Namun, sintesis rRNA tidak terdeteksi dengan penggunaan metode run-on in situ, menunjukkan bahwa nukleolus terbentuk sebelum aktivasi transkripsi Pol I. Kelompok studi lain menggunakan ActD (Ochs dkk., 1985) atau penghambat DNA topoisomerase I (Weisenberger dkk., 1993) atau injeksi antibodi anti-Pol I (Benavente dkk., 1987) untuk menilai regenerasi nukleolus dalam sel mamalia. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa nukleolus tipikal tidak berkumpul ketika sel berkembang menjadi G1 di bawah salah satu kondisi ini. Sebaliknya, mikrograf elektron mengungkapkan struktur bulat yang mengandung fibrilar padat dan elemen granular, atau PNB yang diubah (Ochs dkk., 1985 Benavente dkk., 1987). Studi-studi ini menunjukkan bahwa transkripsi rDNA mungkin tidak diperlukan atau cukup untuk perakitan nukleolus tipikal. Oleh karena itu, perakitan nukleolus harus diperiksa sebagai peristiwa terintegrasi kompleks yang melibatkan transkripsi rDNA dan mekanisme lain yang belum ditentukan.

Dalam makalah ini, kami memeriksa distribusi temporal transkripsi Pol I dan faktor pemrosesan pra-rRNA, termasuk UBF, nukleolin, dan fibrillarin, serta pra-rRNA sepanjang mitosis dan awal interfase. Kami melaporkan untuk pertama kalinya bahwa nukleologenesis juga melibatkan perekrutan langsung faktor pemrosesan dan pra-rRNA ke NOR terkait faktor transkripsi sangat awal pada akhir mitosis. Berbeda dengan fusi PNB, proses ini tidak tergantung pada transkripsi Pol I. We also find that pre-rRNAs synthesized in the previous cell cycle participate in the assembly of daughter cell nucleoli, suggesting that these RNAs may play a role in structuring nucleoli.


Domain nuklir

Inti sel mamalia adalah organel terikat membran yang berisi mesin penting untuk ekspresi gen. Meskipun studi awal menunjukkan bahwa organisasi kecil ada dalam kompartemen ini, studi yang lebih kontemporer telah mengidentifikasi peningkatan jumlah domain khusus atau organel subnuklear dalam nukleus (Lamond dan Earnshaw, 1998EF7 Spector, 1993EF15). Dalam beberapa kasus, domain ini telah terbukti menjadi struktur dinamis dan, sebagai tambahan, pertukaran protein yang cepat terjadi antara banyak domain dan nukleoplasma (Misteli, 2001EF10). Upaya ekstensif saat ini sedang dilakukan oleh banyak laboratorium untuk menentukan fungsi biologis yang terkait dengan setiap domain. Poster terlampir menyajikan gambaran umum domain nuklir yang diamati.FIG1

Inti dibatasi oleh nuclear envelope, struktur membran ganda, yang membran luarnya berdekatan dengan retikulum endoplasma kasar dan sering ditaburi ribosom. Membran inti dalam dan luar menyatu bersama di beberapa tempat, membentuk pori-pori nukliryang berfungsi dalam transit bahan antara nukleus dan sitoplasma (Stoffler et al., 1999EF16). Kompleks pori nuklir telah terbukti memiliki substruktur yang luar biasa, di mana keranjang meluas ke nukleoplasma. NS lamina nukleus perifer terletak di dalam selubung nukleus dan terdiri dari lamin A/C dan B dan diperkirakan berperan dalam mengatur struktur selubung nukleus dan menahan kromatin interfase di pinggiran nukleus. Patch internal protein lamin juga hadir dalam nukleoplasma (Moir et al., 2000EF11). Kartun tersebut menggambarkan sebagian besar selubung nukleus/lamina perifer sebagai transparan, sehingga struktur internal dapat lebih mudah diamati.

Di dalam nukleoplasma, kromosom disusun menjadi: wilayah kromosom, dan gen aktif diperkirakan berada di seluruh permukaan wilayah yang padat (Cremer et al., 2000EF1). Homolog tampaknya tidak dipasangkan dalam inti mamalia interfase. Pada beberapa jenis sel, pitaheterokromatin (inactive chromatin) is observed just internal to and associated with the nuclear lamina. In addition, varying amounts of heterochromatin are also observed in more internal nuclear regions. PcG bodies containing polycomb group proteins (i.e. RING1, BMI1 and hPc2) have been observed associated with pericentromeric heterochromatin (Saurin et al.,1998EF13). These domains vary in number (two to several hundred), size (0.2-1.5 μm) and protein composition. It is currently unclear whether these domains are storage compartments or are directly involved in silencing.

Pre-mRNA splicing factors are localized in a pattern of 25-50 nuclear speckles as well as being diffusely distributed throughout the nucleoplasm(Spector, 1993EF15). Many of the larger speckles correspond to interchromatin granule clusters (IGCs). These clusters measure 0.8-1.8 μm in diameter and are composed of 20-25-nm diameter particles that appear connected in places. IGCs have been proposed to be involved in the assembly and/or modification of pre-mRNA splicing factors. Nuclear speckles are dynamic structures, and factors are recruited from them to sites of transcription (perichromatin fibrils). Transcription sitesare observed throughout the nucleoplasm, including on the periphery of IGCs,as several thousand foci. In addition to being diffusely distributed, several transcription factors have also been shown to be concentrated in one to three compartments termed OPT (Oct1/PTF/transcription) domain. These domains are 1.0-1.5 μm in diameter and also contain nascent transcripts as well as other transcription factors, but they contain few, if any, factors involved in RNA processing (Grande et al.,1997EF4 Pombo et al.,1998EF12). The OPT domain appears in G1 phase, when it often resides next to nucleoli, and it disappears during S phase. Its function is unknown.

In many cell types, pre-mRNA splicing factors are also localized in 1-10Cajal bodies, previously called Coiled Bodies (Gall,2000EF3). These dynamic nuclear bodies are 0.2-1.0 μm in diameter and are thought to play a role in snRNP biogenesis and in the trafficking of snRNPs and snoRNPs. Spliceosomal U1, U2,U4/U6 and U5 snRNPs, as well as the U7 snRNP involved in histone 3′-end processing, and U3 and U8 snoRNPs involved in processing of pre-rRNA, all localize to this structure. It has been proposed that these factors move through the Cajal body en route to nuclear speckles (snRNPs) or nucleoli(snoRNPs). In addition, the Cajal body has been shown to associate with histone loci as well as U1, U2 and U3 gene clusters (Matera,1999EF8).

Permata (gemini of Cajal bodies) are found in the nucleoplasm and are coincident with or adjacent to Cajal bodies, depending upon the cell line examined, and they have been characterized by the presence of the survival of motor neurons gene product (SMN) and an associated factor, Gemin2 (Matera,1999EF8). The cytoplasmic pool of SMN and Gemin2 has been implicated in the assembly of snRNPs, and the nuclear pool may play an additional role in snRNP maturation. Interestingly, spinal muscular atrophy, a motor neuron degenerative disease, results from reduced levels of, or a mutation in, the SMN protein.

Several factors specifically involved in the cleavage and polyadenylation steps of pre-mRNA processing (e.g. CstF and CPSF) have a diffuse distribution pattern in the nucleus and in addition are concentrated in 1-4 foci, each 0.3-1.0 μm in diameter, called cleavage bodies (Schul et al.,1996EF14). These structures either overlap with or are localized adjacent to Cajal bodies. The subset of cleavage bodies that do not overlap with Cajal bodies contain newly synthesized RNA.

NS Nukleolus is the site of rRNA synthesis, rRNA processing, and assembly of ribosomal subunits (Spector,1993EF15) and is perhaps the most obvious internal nuclear compartment. Most mamalian cells contain 1-5 nucleoli, each 0.5-5.0 μm in diameter. The nucleolus is differentiated into three clearly identifiable regions. The fibrillar centers (shown as green ovals within the nucleolus) are regions that are thought to be the interphase equivalent of nucleolar-organizing regions (NORs) of chromosomes. Human cells contain approximately 250 copies of rDNA located at NORs on five different pairs of chromosomes. Transcription and processing of rRNA is thought to occur within the dense fibrillar component (shown as a blue reticulum), a region that surrounds and in some cases extends between the fibrillar centers. The granular region (shown as green granules) of the nucleolus is made up of pre-ribosomal particles at different stages of maturation, as well as large and small ribosomal subunits.

NS perinucleolar compartment (PNC) and the SAM68 nuclear body (Huang, 2000EF5) have been identified as unique structures that are associated with the surface of nucleoli and are thought to play a role in RNA metabolism. They range in size from 0.25-1.0 μm in diameter, and 1-10 are observed per nucleus. The PNC contains a series of small RNAs transcribed by RNA polymerase III and several RNA-binding proteins, including poly-pyrimidine-tract-binding (PTB) protein. SAM68 nuclear bodies contain members of a group of RNA-binding proteins that contain a GSG domain, also called the STAR (signal transduction and activation of RNA) domain, which is a 100-residue sequence highly homologous to the KH domain found in hnRNP K. Although the functions of the PNC and SAM68 nuclear bodies are unknown, both of these structures are predominantly found in cancer cells, and they are rarely observed in primary cells.

PML bodies (Maul et al.,2000EF9) vary in size from 0.3μm to 1.0 μm in diameter, and a typical mammalian nucleus contains 10-30 of these structures. PML bodies have also been called ND10, PODs (PML oncogenic domains) and Kr bodies. In addition to the PML protein, several other proteins, including Sp100, SUMO1, HAUSP and CBP, have been localized to this nuclear domain in addition to being diffusely distributed in the nucleoplasm. PML bodies have been suggested to play a role in aspects of transcriptional regulation and appear to be targets of viral infection. Interestingly, individuals suffering from acute promyelocytic leukemia (APL)have a t(15,17) translocation, in which the the PML gene is fused to the gene that encodes the α-retinoic acid receptor, which results in the production of a fusion protein. Cells from these individuals exhibit a break-up of PML bodies into a large number of smaller domains, which are scattered throughout the nucleoplasm. Treatment with retinoic acid, which results in these individuals going into remission, also results in a reformation of typical PML bodies.

In addition to the above domains generally observed in mammalian nuclei,other domains that are specific to cell type or physiological state have also been reported. For example, GATA-1 nuclear bodies containing GATA transcription factors have been observed in murine haemopoietic cells(Elefanty et al., 1996EF2). However, these domains are not active in transcription. HSF1 foci containing the transcription factor, heat shock factor 1, have been observed in nuclei of cells that have been subjected to heat shock, however these domains do not coincide with HSP70 atau HSP90 transcription sites (Jolly et al., 1997EF6).

The above text provides an expanded legend to the accompanying poster it is not meant to serve as a review of primary research papers, and as such much of the primary literature has not been cited here. Readers are encouraged to access the cited reviews in order to locate the primary research papers on particular nuclear bodies. I thank Jim Duffy for his outstanding artistic skills in developing the cartoon, and the following individuals who provided immunofluorescent images for this poster: Mark Frey and Greg Matera (Cajal body and Gem), Paul Mintz (RNA polymerase II transcription factor, nucleoli,peripheral nuclear lamina, perinucleolar compartment, PML body, nuclear speckles), Ana Pombo (OPT domain), Stéphane Richard (Sam68 nuclear body), Thomas Ried and Evelin Schröck (chromosome territory). In addition, I thank Edith Heard, Greg Matera and members of my laboratory for their insight and useful discussions. Research in my laboratory is funded by NIH/NIGMS 42694-12.


Ucapan Terima Kasih

The meeting was generously supported by the European Molecular Biology Organization, The Company Of Biologists, Carl Zeiss Ltd and Eppendorf UK Ltd. Special thanks go to J. Hiscox and D. Mathews who did an excellent job of organizing the event, and to A. Whitehouse who was an unofficial organizer. We also thank J. Brown for providing Fig 1 and I. Grummt for providing Fig 2. The L.A.S. group is supported by Cancer Research UK (C20658/A6656) and the Melville Trust. M.T. is supported by the Scottish government.

Glosarium

alternate reading frame product of the cyclin-dependent kinase inhibitor 2a (CDKN2A) locus

nucleolar phosphoprotein also known as nucleophosmin and NPM1

b subunit of U three proteins

nucleolar localized splice variant of Fbw7, which is an F-box protein that acts as a specificity factor for the Skp1–Cul1–F-box (SCF) ubiquitin ligase complex



Komentar:

  1. Maccormack

    Kamu tidak benar. Saya bisa membuktikan nya. Menulis kepada saya di PM, kami akan menanganinya.

  2. Sakr

    Saya mengucapkan selamat, ide Anda sangat bagus

  3. Cade

    What suitable words ... the phenomenal, magnificent phrase

  4. Akigal

    It is the very valuable phrase



Menulis pesan