NUKLEOLUS: CIRI, STRUKTUR, MORFOLOGI DAN FUNGSI - BIOLOGI - 2025

The nucleolus adalah struktur sel tidak dibatasi oleh membran, menjadi salah satu daerah yang paling menonjol dari inti. Itu diamati sebagai wilayah yang lebih padat di nukleus dan dibagi menjadi tiga wilayah: komponen fibrillar padat, pusat fibrillar, dan komponen granular.

Ini terutama bertanggung jawab untuk sintesis dan perakitan ribosom; Namun, struktur ini juga memiliki fungsi lain. Lebih dari 700 protein telah ditemukan di dalam nukleolus yang tidak terlibat dalam proses biogenesis ribosom. Dengan cara yang sama, nukleolus terlibat dalam perkembangan patologi yang berbeda.

Peneliti pertama yang mengamati zona nukleolus adalah F. Fontana pada tahun 1781, lebih dari dua abad yang lalu. Kemudian, pada pertengahan tahun 1930-an, McClintock dapat mengamati struktur seperti itu dalam eksperimennya dengan Zea mays. Sejak saat itu, ratusan penyelidikan telah difokuskan pada pemahaman fungsi dan dinamika wilayah inti ini.

Karakteristik umum

Nukleolus adalah struktur menonjol yang terletak di dalam inti sel eukariotik. Ini adalah “wilayah” berbentuk bola, karena tidak ada jenis biomembran yang memisahkannya dari komponen nuklir lainnya.

Itu dapat dilihat di bawah mikroskop sebagai subregional dari inti ketika sel berada di antarmuka.

Ini diatur di daerah yang disebut NOR (untuk akronimnya dalam bahasa Inggris: daerah pengatur nukleol kromosom), di mana urutan yang menyandikan ribosom ditemukan.

Gen ini berada di wilayah kromosom tertentu. Pada manusia mereka diatur bersama-sama di daerah satelit kromosom 13, 14, 15, 21 dan 22.

Di nukleolus, transkripsi, pemrosesan, dan perakitan subunit yang membentuk ribosom terjadi.

Selain fungsi tradisionalnya, nukleolus terkait dengan protein penekan tumor, pengatur siklus sel, dan bahkan protein dari virus.

Protein nukleolus bersifat dinamis, dan urutannya tampaknya telah dipertahankan selama evolusi. Dari protein ini hanya 30% yang telah dikaitkan dengan biogenesis ribosom.

Struktur dan morfologi

Nukleolus dibagi menjadi tiga komponen utama, yang dapat dibedakan dengan mikroskop elektron: komponen fibrillar padat, pusat fibrillar, dan komponen granular.

Umumnya, itu dikelilingi oleh kromatin kental, yang disebut heterokromatin. Di nukleolus, proses transkripsi RNA ribosom, pemrosesan dan perakitan prekursor ribosom terjadi.

Nukleolus adalah wilayah dinamis, di mana protein yang dapat diasosiasikan oleh komponen dan dipisahkan dengan cepat dari komponen nukleolus, menciptakan pertukaran terus menerus dengan nukleoplasma (zat agar-agar yang berada di dalam nukleus).

Pada mamalia, struktur nukleolus bervariasi dengan tahapan siklus sel. Dalam profase, disorganisasi nukleolus diamati dan dipasang kembali pada akhir proses mitosis. Aktivitas transkripsi maksimum dalam nukleolus telah diamati pada fase S dan G2.

Aktivitas RNA polimerase I dapat dipengaruhi oleh keadaan fosforilasi yang berbeda, sehingga memodifikasi aktivitas nukleolus selama siklus sel. Pembungkaman selama mitosis terjadi karena fosforilasi elemen yang berbeda seperti SL1 dan TTF-1.

Namun, pola ini tidak umum pada semua organisme. Misalnya, dalam ragi nukleolus hadir - dan aktif - selama seluruh proses pembelahan sel.

Pusat fibrillary

Gen yang mengkode RNA ribosom terletak di pusat fibrillar. Pusat-pusat ini adalah daerah jernih yang dikelilingi oleh komponen fibrillar padat. Pusat fibrillar bervariasi dalam ukuran dan jumlah, tergantung pada jenis sel.

Pola tertentu telah dijelaskan sehubungan dengan karakteristik dari pusat fibrillar. Sel dengan sintesis ribosom tinggi memiliki jumlah pusat fibrilar yang rendah, sedangkan sel dengan metabolisme yang berkurang (seperti limfosit) memiliki pusat fibrilar yang lebih besar.

Ada kasus tertentu, seperti pada neuron dengan metabolisme yang sangat aktif, yang nukleolusnya memiliki pusat fibrilar raksasa, disertai dengan pusat yang lebih kecil dan lebih kecil.

Komponen fibrillar padat dan komponen granular

Komponen fibrillar padat dan pusat fibrillar tertanam dalam komponen granular, butirannya memiliki diameter 15 sampai 20 nm. Proses transkripsi (bagian dari molekul DNA ke RNA, yang dianggap sebagai langkah pertama ekspresi gen) terjadi pada batas pusat fibrillar dan di komponen fibrillar padat.

Pemrosesan pra-RNA ribosom terjadi pada komponen fibrillar padat dan proses meluas ke komponen granular. Transkrip terakumulasi dalam komponen fibrillar padat dan protein nukleolus juga terletak di komponen fibrillar padat. Di wilayah inilah perakitan ribosom terjadi.

Setelah proses perakitan RNA ribosom dengan protein yang diperlukan selesai, produk ini diekspor ke sitoplasma.

Komponen granular kaya akan faktor transkripsi (SUMO-1 dan Ubc9 adalah beberapa contohnya). Biasanya, nukleolus dikelilingi oleh heterokromatin; DNA yang dipadatkan ini diduga berperan dalam transkripsi RNA ribosom.

Pada mamalia, DNA ribosom dalam sel dipadatkan atau dibungkam. Organisasi ini tampaknya penting untuk regulasi DNA ribosom dan untuk perlindungan stabilitas genom.

Wilayah pengorganisasian nuklir

Di wilayah ini (NOR) gen (DNA ribosom) yang mengkode RNA ribosom dikelompokkan.

Kromosom yang menyusun wilayah ini bervariasi tergantung pada spesies yang diteliti. Pada manusia, mereka ditemukan di daerah satelit kromosom akrosentrik (sentromer terletak di dekat salah satu ujung), khususnya pada pasangan 13, 14, 15, 21 dan 22.

Unit DNA ribosom terdiri dari urutan yang ditranskripsi dan spacer eksternal yang diperlukan untuk transkripsi oleh RNA polimerase I.

Dalam promotor untuk DNA ribosom, dua elemen dapat dibedakan: yang sentral dan elemen yang terletak di hulu (hulu).

fitur

Mesin Pembentuk RNA Ribosom

Nukleolus dapat dianggap sebagai pabrik dengan semua komponen yang diperlukan untuk biosintesis prekursor ribosom.

RNA ribosom atau ribosom (asam ribonukleat), biasa disingkat rRNA, adalah komponen ribosom dan berpartisipasi dalam sintesis protein. Komponen ini sangat penting untuk semua garis keturunan makhluk hidup.

RNA ribosom berasosiasi dengan komponen lain yang bersifat protein. Hasil pengikatan ini di presubunit ribosom. Klasifikasi RNA ribosom umumnya diberikan dengan huruf "S", yang menunjukkan satuan Svedberg atau koefisien sedimentasi.

Organisasi ribosom

Ribosom terdiri dari dua subunit: mayor atau besar dan kecil atau minor.

RNA ribosom prokariota dan eukariota dapat dibedakan. Pada prokariota, subunit besar adalah 50S dan terdiri dari RNA ribosom 5S dan 23S, demikian juga subunit kecil adalah 30S dan hanya tersusun dari RNA ribosom 16S.

Sebaliknya, subunit utama (60S) terdiri dari RNA ribosom 5S, 5.8S, dan 28S. Subunit kecil (40S) secara eksklusif terdiri dari RNA ribosom 18S.

Dalam nukleolus terdapat gen yang mengkode RNA ribosom 5.8S, 18S dan 28S. RNA ribosom ini ditranskripsi sebagai satu unit di dalam nukleolus oleh RNA polimerase I. Proses ini menghasilkan prekursor RNA 45S.

Prekursor RNA ribosom tersebut (45S) harus dibelah menjadi komponen 18S, yang termasuk dalam subunit kecil (40S) dan ke 5.8S dan 28S dari subunit besar (60S).

RNA ribosom yang hilang, 5S, disintesis di luar nukleolus; Tidak seperti rekan-rekannya, proses ini dikatalisis oleh RNA polimerase III.

Transkripsi RNA ribosom

Sebuah sel membutuhkan molekul RNA ribosom dalam jumlah besar. Ada banyak salinan gen yang mengkodekan jenis RNA ini untuk memenuhi persyaratan tinggi ini.

Misalnya, berdasarkan data yang ditemukan dalam genom manusia, terdapat 200 eksemplar untuk RNA ribosom 5.8S, 18S, dan 28S. Untuk RNA ribosom 5S ada 2000 eksemplar.

Prosesnya dimulai dengan RNA ribosom 45S. Ini dimulai dengan melepas spacer di dekat ujung 5 '. Ketika proses transkripsi selesai, spacer yang tersisa yang terletak di ujung 3 akan dihapus. Setelah penghapusan berikutnya, RNA ribosom matang diperoleh.

Lebih lanjut, pengolahan RNA ribosom memerlukan serangkaian modifikasi penting pada basisnya, seperti proses metilasi dan konversi uridin menjadi pseudouridin.

Selanjutnya, terjadi penambahan protein dan RNA yang terletak di nukleolus. Diantaranya adalah RNA nukleolus kecil (pRNA), yang berpartisipasi dalam pemisahan RNA ribosom pada produk 18S, 5.8S dan 28S.

PRNA memiliki urutan yang melengkapi RNA ribosom 18S dan 28S. Oleh karena itu, mereka dapat memodifikasi basis RNA prekursor, memetilasi daerah tertentu dan berpartisipasi dalam pembentukan pseudouridine.

Perakitan ribosom

Pembentukan ribosom melibatkan pengikatan RNA ribosom induk, bersama dengan protein ribosom dan 5S. Protein yang terlibat dalam proses ditranskripsi oleh RNA polimerase II dalam sitoplasma dan harus diangkut ke nukleolus.

Protein ribosom mulai berasosiasi dengan RNA ribosom sebelum pembelahan RNA ribosom 45S terjadi. Setelah pemisahan, protein ribosom yang tersisa dan RNA ribosom 5S ditambahkan.

Pematangan RNA ribosom 18S terjadi lebih cepat. Akhirnya, "partikel preribosom" diekspor ke sitoplasma.

Fungsi lainnya

Selain biogenesis ribosom, penelitian terbaru menemukan bahwa nukleolus adalah entitas multifungsi.

Nukleolus juga terlibat dalam pemrosesan dan pematangan jenis RNA lain, seperti snRNP (kompleks protein dan RNA yang bergabung dengan RNA pra-pembawa pesan untuk membentuk kompleks spliceosom atau sambatan) dan RNA transfer tertentu. , microRNA, dan kompleks ribonukleoprotein lainnya.

Melalui analisis proteom nukleolus, protein yang terkait dengan pemrosesan RNA pra-pembawa pesan, kontrol siklus sel, replikasi dan perbaikan DNA telah ditemukan. Konstitusi protein nukleolus bersifat dinamis dan berubah dalam kondisi lingkungan dan tekanan sel yang berbeda.

Demikian juga, ada serangkaian patologi yang terkait dengan fungsi nukleolus yang salah. Ini termasuk anemia Diamond - Blackfan dan gangguan neurodegeneratif seperti penyakit Alzheimer dan Huntington.

Pada pasien Alzheimer terjadi perubahan tingkat ekspresi nukleolus, dibandingkan dengan pasien sehat.

Nukleolus dan kanker

Lebih dari 5000 penelitian telah menunjukkan hubungan antara proliferasi sel ganas dan aktivitas nukleolus.

Tujuan dari beberapa investigasi adalah untuk mengukur protein nukleolus untuk tujuan diagnostik klinis. Dengan kata lain, tujuannya adalah untuk mengevaluasi proliferasi kanker dengan menggunakan protein tersebut sebagai penanda, khususnya subunit B23, nukleolin, UBF dan RNA polimerase I.

Di sisi lain, ditemukan bahwa protein B23 berhubungan langsung dengan perkembangan kanker. Demikian pula, komponen nukleolus lain yang terlibat dalam perkembangan patologi seperti leukemia promyelocytic akut.

Nukleolus dan virus

Terdapat cukup bukti yang menyatakan bahwa virus, baik dari tumbuhan maupun hewan, membutuhkan protein nukleolus untuk mencapai proses replikasi. Terdapat perubahan pada nukleolus, ditinjau dari morfologi dan komposisi proteinnya, saat sel mengalami infeksi virus.

Sejumlah besar protein telah ditemukan yang berasal dari rangkaian DNA dan RNA yang mengandung virus dan terletak di nukleolus.

Virus memiliki strategi berbeda yang memungkinkan mereka untuk ditempatkan di wilayah subnuklir ini, seperti protein virus yang mengandung "sinyal" yang mengarahkan mereka ke nukleolus. Tag ini kaya akan asam amino arginin dan lisin.

Lokasi virus di nukleolus memfasilitasi replikasi mereka dan, lebih jauh, tampaknya menjadi persyaratan untuk patogenisitasnya.

Referensi

1. Boisvert, FM, van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, AI (2007). Nukleolus multifungsi. Ulasan alam Biologi sel molekuler, 8 (7), 574–585.
2. Boulon, S., Westman, BJ, Hutten, S., Boisvert, F.-M., & Lamond, AI (2010). Nukleolus di bawah Stres. Sel Molekuler, 40 (2), 216–227.
3. Cooper, CM (2000). Sel: Pendekatan Molekuler. Edisi ke-2. Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Nukleolus: benda inti yang menarik. Histokimia dan Biologi Sel, 129 (1), 13–31.
4. Horký, M., Kotala, V., Anton, M., & WESIERSKA - GADEK, J. (2002). Nukleolus dan apoptosis. Annals of the New York Academy of Sciences, 973 (1), 258-264.
5. Leung, AK, & Lamond, AI (2003). Dinamika nukleolus. Ulasan Kritis ™ dalam Ekspresi Gen Eukariotik, 13 (1).
6. Montanaro, L., Treré, D., & Derenzini, M. (2008). Nukleolus, Ribosom, dan Kanker. The American Journal of Pathology, 173 (2), 301–310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
7. Pederson, T. (2011). Nukleolus. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 3 (3), a000638.
8. Tsekrekou, M., Stratigi, K., & Chatzinikolaou, G. (2017). The Nucleolus: Dalam Pemeliharaan dan Perbaikan Genom. Jurnal Internasional Ilmu Molekuler, 18 (7), 1411.