El nucléolo ( / nj uːˈk l iːə l ə s , ˌnj uːk l iˈoʊ l ə s / ; pl .: nucléolos / -l aɪ / ) es la estructura más grande del núcleo de las células eucariotas . [1] Es mejor conocido como el sitio de biogénesis de ribosomas , que es la síntesis de ribosomas. El nucléolo también participa en la formación de partículas de reconocimiento de señales y desempeña un papel en la respuesta de la célula al estrés. [2] Los nucleolos están formados por proteínas , ADN y ARN , y se forman alrededor de regiones cromosómicas específicas llamadas regiones organizadoras nucleolares . El mal funcionamiento de los nucléolos puede ser la causa de varias afecciones humanas llamadas "nucleolopatías" [3] [4] y el nucléolo se está investigando como objetivo de la quimioterapia contra el cáncer . [5] [6]
El nucléolo fue identificado mediante microscopía de campo brillante durante la década de 1830. [7] Poco se sabía sobre la función del nucléolo hasta 1964, cuando un estudio [8] de los nucléolos realizado por John Gurdon y Donald Brown en la rana africana de 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 albergar vida. La mitad de los huevos tenía un nucléolo y el 25% tenía dos. Concluyeron 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 . [9] [10]
Se reconocen tres componentes principales del nucléolo: el centro fibrilar (FC), el componente fibrilar denso (DFC) y el componente granular (GC). [1] La transcripción del ADNr se produce en el FC. [11] El DFC contiene la proteína fibrilarina , [11] que es importante en el procesamiento del ARNr. El GC contiene la proteína nucleofosmina , [11] (B23 en la imagen externa), que también participa en la biogénesis de los ribosomas .
Sin embargo, se ha propuesto que esta organización particular sólo se observa en eucariotas superiores y que evolucionó a partir 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. [12]
Otra estructura identificada dentro de muchos nucléolos (particularmente en plantas) es un área clara en el centro de la estructura denominada vacuola nucleolar. [13] Se ha demostrado que los nucléolos de varias especies de plantas tienen concentraciones muy altas de hierro [14] 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 etiquetado de proteínas fluorescentes y recuperación fluorescente después del fotoblanqueo ( FRAP ). Los anticuerpos contra la proteína PAF49 también se pueden utilizar como marcador del nucléolo en experimentos de inmunofluorescencia. [15]
Aunque normalmente sólo se pueden ver uno o dos nucléolos, una célula humana diploide tiene diez regiones organizadoras de nucléolos (NOR) y podría tener más nucléolos. En la mayoría de los casos, en cada nucleolo participan múltiples NOR. [dieciséis]
En la biogénesis de ribosomas se requieren dos de las tres ARN polimerasas eucariotas ( Pol I y Pol III ), que funcionan de forma coordinada. En una etapa inicial, los genes de ARNr se transcriben como una sola unidad dentro del nucléolo mediante la ARN polimerasa I. Para que se produzca esta transcripción, se requieren varios factores asociados a pol I y factores de acción trans específicos del ADN. En levadura , los más importantes son: UAF ( factor activador aguas arriba ), TBP (proteína de unión a caja TATA) y factor de unión al núcleo (CBF), que se unen a elementos promotores y forman el complejo de preiniciación (PIC), que a su vez es reconocido. por la ARN polimerasa. En humanos, se ensambla un PIC similar 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 ARN polimerasa I transcribe la mayoría de las transcripciones de ARNr (28S, 18S y 5,8S), pero la subunidad de ARNr 5S (componente de la subunidad ribosomal 60S) es transcrita por la ARN polimerasa III. [17]
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, 5,8S y ARN 28S. En los eucariotas, las enzimas modificadoras del ARN llegan 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 nucleolares pequeños ( 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 la ARN polimerasa.
En los eucariotas superiores y en las plantas, la situación es más compleja, ya que la secuencia de ADN 5S se encuentra fuera del NOR y es transcrita por el ARN Pol III en el nucleoplasma , después de lo cual encuentra su camino hacia el nucléolo para participar en el ensamblaje de los ribosomas. En este ensamblaje no sólo participan el ARNr, sino también las proteínas ribosómicas. Los genes que codifican estas proteínas r son transcritos por 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 del ARNr y las proteínas r dan como resultado la formación de las subunidades 40S (pequeña) y 60S (grande) del ribosoma completo. Estos se exportan a través de los complejos de poros nucleares al citoplasma, donde permanecen libres o se asocian al retículo endoplásmico , formando el retículo endoplásmico rugoso (RER). [18] [19]
En las células endometriales humanas , a veces se forma una red de canales nucleolares. El origen y función de esta red aún no han sido claramente identificados. [20]
Además de su papel en la biogénesis ribosómica, se sabe que el nucleolo 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 regiones intergénicas del nucléolo son responsables de este fenómeno. [21]
