De nucleolus locatie ligt in de kern van elke cel. Nucleoli zijn aanwezig tijdens de eiwitproductie in de kern, maar ze vallen uiteen tijdens mitose.
Wetenschappers hebben ontdekt dat de nucleolus een intrigerende rol speelt voor de celcyclus en mogelijk voor de levensduur van de mens.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
De nucleolus is een onderstructuur van de kern van elke cel en is primair verantwoordelijk voor de eiwitproductie. In interfase kan de nucleolus worden verstoord en dient daarom als controle of mitose kan doorgaan of niet.
Wat is de nucleolus?
Een van de substructuren van een cel kern, werd de nucleolus voor het eerst ontdekt in de 18e eeuw. In de jaren zestig ontdekten wetenschappers de primaire functie van de nucleolus als ribosoom producent.
De nucleoluslocatie ligt in de kern van de cel. Onder een microscoop ziet het eruit als een donkere vlek die zich in de kern bevindt. De nucleolus is een structuur die geen membraan heeft. De nucleolus kan groot of klein zijn, afhankelijk van de behoeften van een cel. Het is echter het grootste object in de kern.
Verschillende materialen omvatten de nucleolus. Deze omvatten korrelig materiaal gemaakt van ribosomale subeenheden, fibrillaire delen meestal gemaakt van ribosomaal RNA (rRNA), eiwitten om fibrillen te vormen en ook wat DNA.
Meestal herbergt een eukaryote cel één nucleolus, maar er zijn uitzonderingen. Het aantal nucleoli is soortspecifiek. Bij mensen kunnen er maar liefst 10 nucleoli zijn na celverdeling. Ze veranderen uiteindelijk echter in een grotere, solo-nucleolus.
De locatie van de nucleolus is belangrijk vanwege zijn meerdere functies voor de kern. Het is geassocieerd met chromosomen en vormt zich op chromosoomplaatsen die _nucleolus organizer region_s of NORs worden genoemd. De nucleolus kan tijdens verschillende fasen van het proces van vorm veranderen of volledig uit elkaar vallen celcyclus.
Wat zijn de functies van de nucleolus?
De nucleoli zijn aanwezig voor ribosoomassemblage. De nucleolus dient als een soort ribosoomfabriek, waarin de transcriptie constant plaatsvindt wanneer deze zich in zijn volledig geassembleerde staat bevindt.
De nucleolus verzamelt zich rond stukjes herhaald ribosomaal DNA (rDNA) in de chromosomale nucleolus-organizerregio's (NOR's). Vervolgens transcribeert RNA-polymerase I de herhalingen en maakt pre-rRNA's. Die pre-rRNA's gaan vooruit en de resulterende subeenheden, geassembleerd door ribosomale eiwitten, worden uiteindelijk ribosomen. Deze eiwitten worden op hun beurt gebruikt voor tal van lichaamsfuncties en -onderdelen, van signalering, controlereacties, het maken van haar enzovoort.
Nucleolaire structuur is gebonden aan RNA-niveaus, omdat pre-rRNA's de eiwitten maken die dienen als een scaffold voor de nucleolus. Wanneer rRNA-transcriptie stopt, leidt dit tot nucleolaire verstoring. Nucleolaire verstoring kan leiden tot verstoringen van de celcyclus, spontane celdood (apoptose) en celdifferentiatie.
De nucleolus dient ook als een kwaliteitscontrole voor cellen en kan in veel opzichten worden beschouwd als het "brein" van de kern.
Nucleolaire eiwitten zijn belangrijk voor de stappen van de celcyclus, DNA-replicatie en reparatie.
De nucleaire envelop breekt af bij mitose
Wanneer cellen delen, moeten hun kernen afbreken. Het komt uiteindelijk weer in elkaar wanneer het proces is voltooid. De nucleaire envelop breekt vroeg in mitose, het dumpen van een significant deel van de inhoud ervan in de cytoplasma.
Aan het begin van de mitose valt de nucleolus uit elkaar. Dit komt door de onderdrukking van rRNA-transcriptie door cycline-afhankelijke kinase 1 (Cdk1). Cdk1 doet dit door de rRNA-transcriptiecomponenten te fosforyleren. Nucleolaire eiwitten verplaatsen zich vervolgens naar het cytoplasma.
De stap in mitose waarbij de nucleaire envelop afbreekt, is het einde van de profase. De overblijfselen van de nucleaire envelop bestaan op dit punt in wezen als blaasjes. Bij sommige gisten vindt dit proces echter niet plaats. Het komt veel voor in hogere organismen.
Naast de afbraak van de nucleaire envelop en de demontage van de nucleolus, condenseren de chromosomen. De chromosomen worden dicht in gereedheid voor interfase, zodat ze niet beschadigd raken wanneer ze in nieuwe dochtercellen worden gerangschikt. DNA is op dat moment strak in de chromosomen gewikkeld, en transcriptie stopt daardoor.
Zodra de mitose is voltooid, worden de chromosomen weer losser en komen de nucleaire enveloppen weer samen rond de gescheiden dochterchromosomen en vormen zo twee nieuwe kernen. Zodra de chromosomen decondenseren, vindt defosforylering van rRNA-transcriptiefactoren plaats. RNA-transcriptie begint dan opnieuw en de nucleolus kan zijn werk beginnen.
Om te voorkomen dat het DNA wordt doorgegeven aan dochtercellen, zijn er verschillende controlepunten in de celcyclus. Onderzoekers denken dat DNA-schade op zijn minst gedeeltelijk kan worden veroorzaakt door de uitputting van rRNA-transcriptie die verstoring van de nucleolus veroorzaakt.
Natuurlijk is een van de belangrijkste doelen van deze controlepunten ook om te waarborgen dat dochtercellen kopieën zijn van oudercellen en het juiste aantal chromosomen bezitten.
De nucleolus tijdens interfase
Dochtercellen komen binnen interfase, die is gemaakt van verschillende biochemische stappen voorafgaand aan celdeling.
In de tussenfase of G1 fasemaakt de cel eiwitten aan voor DNA-replicatie. Na dit, S fase markeert het tijdstip van chromosoomreplicatie. Dit levert twee zusterchromatiden op, een verdubbeling van de hoeveelheid DNA in een cel.
De G2 fase komt na de S-fase. De eiwitproductie wordt opgevoerd in G2, en van bijzonder belang, microtubuli worden gemaakt voor mitose.
Een andere fase, G0, vindt plaats voor cellen die niet worden gerepliceerd. Ze kunnen inactief zijn of verouderen, en sommigen kunnen doorgaan om opnieuw de G1-fase in te gaan om te delen.
Na celdeling is Cdk1 niet meer nodig en kan de transcriptie van RNA opnieuw beginnen. Nucleoli zijn aanwezig tijdens dit punt.
Tijdens de interfase raakt de nucleolus verstoord. Onderzoekers denken dat deze nucleolaire verstoring het gevolg is van een reactie op stress op de cel, vanwege de onderdrukking van rRNA-transcriptie via DNA-schade, hypoxie of gebrek aan voedingsstoffen.
Wetenschappers plagen nog steeds de verschillende rollen van de nucleolus tijdens interfase. De nucleolus herbergt post-translationele modificatie-enzymen tijdens interfase.
Het wordt steeds duidelijker dat de structuur van de nucleolus verband houdt met de regulatie van wanneer cellen de mitose binnengaan. Nucleolaire verstoring leidt tot vertraagde mitose.
Het belang van de nucleolus en levensduur
Recente ontdekkingen lijken een verband te hebben aangetoond tussen de nucleolus en veroudering. Fragmentatie van de nucleolus lijkt de sleutel te zijn om dit proces te begrijpen, evenals schade aan ribosomaal RNA.
Ook bij de nucleolus lijken stofwisselingsprocessen een rol te spelen. Omdat de nucleolus zich aanpast aan de beschikbaarheid van voedingsstoffen en reageert op groeisignalen, wordt hij kleiner en maakt hij minder ribosomen aan wanneer hij minder toegang heeft tot deze bronnen. Cellen hebben dan de neiging om daardoor langer te leven, vandaar het verband met een lang leven.
Wanneer de nucleolus toegang heeft tot meer voeding, zal hij meer ribosomen maken en op zijn beurt groter worden. Er lijkt een omslagpunt te zijn waarop dit een probleem kan worden. Grotere nucleoli worden meestal aangetroffen bij personen met chronische ziekten en kanker.
Onderzoekers leren voortdurend de betekenis van de nucleolus en hoe het werkt. Het bestuderen van de processen waarmee de nucleolus werkt in celcycli en ribosomale constructie kan helpen onderzoekers bij het vinden van nieuwe behandelingen om chronische ziekten te voorkomen en misschien de levensduur van mensen.