Nucléolo

El nucléolo (plural: nucléolos) es la estructura más grande en el núcleo de las células eucariotas. Es mejor conocido como el sitio de la biogénesis de los ribosomas. Los nucleolos también participan en la formación de partículas de reconocimiento de señales y desempeñan un papel en la respuesta celular al estrés.Los nucleolos están hechos de proteínas, ADN y ARN y se forman alrededor de regiones cromosómicas específicas llamadas regiones de organización nucleolar. El mal funcionamiento de los nucléolos puede ser la causa de varias afecciones humanas llamadas "nucleolopatías" y el nucléolo se está investigando como un objetivo para la quimioterapia contra el cáncer.

Historia

El nucléolo fue identificado por microscopía de campo brillante durante la década de 1830. Poco se sabía sobre la función del nucléolo hasta 1964, cuando un estudio de los nucléolos realizado por John Gurdon y Donald Brown en la rana africana con garras Xenopus laevis generó un interés creciente en la función y la estructura detallada del nucléolo. Descubrieron que el 25% de los huevos de rana no tenían nucléolo y que dichos huevos no eran capaces de vivir. La mitad de los huevos tenía un nucléolo y el 25% tenía dos. Llegaron a la conclusión de que el nucléolo tenía una función necesaria para la vida. En 1966, Max L. Birnstiel y sus colaboradores demostraron mediante experimentos de hibridación de ácidos nucleicos que el ADN dentro de los nucléolos codifica el ARN ribosómico.

Estructura

Se reconocen tres componentes principales del nucléolo: el centro fibrilar (FC), el componente fibrilar denso (DFC) y el componente granular (GC). La transcripción del rDNA ocurre en el FC. El DFC contiene la proteína fibrillarin, que es importante en el procesamiento de rRNA. El GC contiene la proteína nucleofosmina, (B23 en la imagen externa) que también está implicada en la biogénesis de los ribosomas.

Sin embargo, se ha propuesto que esta organización particular solo se observa en eucariotas superiores y que evolucionó de una organización bipartita con la transición de anamniotas a amniotas. Como reflejo del aumento sustancial en la región intergénica del ADN, un componente fibrilar original se habría separado en FC y DFC.

Otra estructura identificada dentro de muchos nucléolos (particularmente en plantas) es un área clara en el centro de la estructura denominada vacuola nucleolar. Se ha demostrado que los nucléolos de varias especies de plantas tienen concentraciones muy altas de hierro en contraste con los nucléolos de células humanas y animales.

La ultraestructura del nucléolo se puede ver a través de un microscopio electrónico, mientras que la organización y la dinámica se pueden estudiar mediante el marcado de proteínas fluorescentes y la recuperación fluorescente después del fotoblanqueo (FRAP). Los anticuerpos contra la proteína PAF49 también se pueden utilizar como marcador del nucléolo en experimentos de inmunofluorescencia.

Aunque generalmente solo se pueden ver uno o dos nucleolos, una célula humana diploide tiene diez regiones organizadoras de nucleolos (NOR) y podría tener más nucleolos. En la mayoría de los casos, múltiples NOR participan en cada nucléolo.

Función y ensamblaje de ribosomas.

En la biogénesis de los ribosomas, se requieren dos de las tres ARN polimerasas eucarióticas (pol I y III), y estas funcionan de manera coordinada. En una etapa inicial, los genes de ARNr se transcriben como una sola unidad dentro del nucléolo por la ARN polimerasa I. Para que se produzca esta transcripción, se requieren varios factores asociados a pol I y factores que actúan en trans específicos del ADN. En la levadura, los más importantes son: UAF (factor de activación aguas arriba), TBP (proteína de unión a caja TATA) y factor de unión central (CBF)) que se unen a elementos promotores y forman el complejo de preiniciación (PIC), que a su vez es reconocido por ARN pol. En humanos, un PIC similar se ensambla con SL1, el factor de selectividad del promotor (compuesto por TBP y factores asociados a TBP, o TAF), factores de iniciación de la transcripción y UBF (factor de unión aguas arriba).

La transcripción del ARNr produce una molécula precursora larga (pre-ARNr 45S) que todavía contiene ITS y ETS. Se necesita un procesamiento adicional para generar las moléculas de ARN 18S, ARN 5.8S y ARN 28S. En los eucariotas, las enzimas modificadoras del ARN se llevan a sus respectivos sitios de reconocimiento mediante la interacción con los ARN guía, que se unen a estas secuencias específicas. Estos ARN guía pertenecen a la clase de ARN nucleolar pequeño (snoRNA) que forman complejos con proteínas y existen como ribonucleoproteínas nucleolares pequeñas (snoRNP). Una vez que se procesan las subunidades de ARNr, están listas para ensamblarse en subunidades ribosómicas más grandes. Sin embargo, también es necesaria una molécula de ARNr adicional, el ARNr 5S. En la levadura, la secuencia de ADNr 5S se localiza en el espaciador intergénico y se transcribe en el nucléolo mediante ARN pol.

En eucariotas superiores y plantas, la situación es más compleja, ya que la secuencia de ADN 5S se encuentra fuera de NOR y es transcrita por ARN pol III en el nucleoplasma, luego de lo cual encuentra su camino hacia el nucleolo para participar en el ensamblaje del ribosoma. Este ensamblaje no solo involucra al ARNr, sino también a las proteínas ribosómicas. Los genes que codifican estas proteínas r son transcritos por la pol II en el nucleoplasma mediante una vía "convencional" de síntesis de proteínas (transcripción, procesamiento de pre-ARNm, exportación nuclear de ARNm maduro y traducción en ribosomas citoplasmáticos). Las proteínas r maduras luego se importan al núcleo y finalmente al nucléolo. La asociación y maduración de rRNA y r-proteínas dan como resultado la formación de las subunidades 40S (pequeña) y 60S (grande) del ribosoma completo.

En las células endometriales humanas, a veces se forma una red de canales nucleolares. El origen y función de esta red aún no ha sido claramente identificado.

Secuestro de proteínas

Además de su papel en la biogénesis ribosomal, se sabe que el nucléolo captura e inmoviliza proteínas, un proceso conocido como detención nucleolar. Las proteínas que están detenidas en el nucléolo no pueden difundirse ni interactuar con sus compañeros de unión. Los objetivos de este mecanismo regulador postraduccional incluyen VHL, PML, MDM2, POLD1, RelA, HAND1 y hTERT, entre muchos otros. Ahora se sabe que los ARN largos no codificantes que se originan en las regiones intergénicas del nucléolo son los responsables de este fenómeno.