Nucleolo

El nucléolo ( / nj uː ˈ k l iː ə l ə s , ˌ nj uː k l i ˈ oʊ l ə s / ; pl. : nucléolos /- l aɪ / ) es la estructura más grande del núcleo de las células eucariotas . ^{[ 1 ]} Es conocido principalmente por ser el sitio de la biogénesis de los ribosomas . El nucléolo también participa en la formación de partículas de reconocimiento de señales y desempeña un papel en la respuesta celular al estrés. ^{[ 2 ]} Los nucléolos están compuestos de proteínas , ADN y ARN , y se forman alrededor de regiones cromosómicas específicas llamadas regiones organizadoras nucleolares . El mal funcionamiento del nucléolo es la causa de varias afecciones humanas llamadas "nucleolopatías" ^{[ 3 ] [ 4 ]} y el nucléolo se está investigando como un objetivo para la quimioterapia del cáncer . ^{[ 5 ] [ 6 ]}

El nucléolo fue identificado mediante microscopía de campo claro durante la década de 1830. ^{[ 7 ]} Theodor Schwann, en su tratado de 1839, describió que Schleiden había identificado pequeños corpúsculos en los núcleos y denominó a estas estructuras "Kernkörperchen". En una traducción al inglés de 1947, la estructura recibió el nombre de "nucleolus". ^{[ 8 ] [ 9 ]}

Además de estas peculiaridades del citoblasto, ya conocidas por Brown y Meyen, Schleiden descubrió en su interior un pequeño corpúsculo (véase la lámina I, fig. 1, 4) que, en el citoblasto completamente desarrollado, parece un anillo grueso o un glóbulo hueco de paredes gruesas. Sin embargo, su aspecto varía según el citoblasto. A veces, solo se distingue el círculo externo bien definido de este anillo, con un punto oscuro en el centro; ocasionalmente, y de hecho con mayor frecuencia, solo una mancha bien delimitada. En otros casos, esta mancha es muy pequeña y, a veces, resulta imposible de reconocer. Dado que será necesario referirse con frecuencia a este cuerpo en el presente tratado, por brevedad lo denominaré «nucléolo» (Kernkorperchen, «corpúsculo-núcleo»).

Se sabía poco sobre la función del nucléolo hasta 1964, cuando un estudio ^{[ 10 ]} de los nucléolos realizado por John Gurdon y Donald Brown en la rana de uñas africana Xenopus laevis generó un mayor interés en su función y estructura detallada. 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 tenían un nucléolo y el 25% tenían dos. Concluyeron que el nucléolo tenía una función necesaria para la vida. En 1966, Max L. Birnstiel y colaboradores demostraron mediante experimentos de hibridación de ácidos nucleicos que el ADN dentro de los nucléolos codifica el ARN ribosómico . ^{[ 11 ] [ 12 ]}

Se reconocen tres componentes principales del nucléolo: el centro fibrilar (CF), el componente fibrilar denso (CFD) y el componente granular (CG). ^{[ 1 ]} La transcripción del ADNr ocurre en el CF. ^{[ 13 ]} El CFD contiene la proteína fibrilarina , ^{[ 13 ]} que es importante en el procesamiento del ARNr. El CG contiene la proteína nucleofosmina , ^{[ 13 ]} (B23 en la imagen externa), que también está involucrada en la biogénesis de los ribosomas .

Sin embargo, se ha propuesto que esta organización particular solo 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. ^{[ 14 ]}

Otra estructura identificada dentro de muchos nucléolos (particularmente en plantas) es un área clara en el centro de la estructura denominada vacuola nucleolar. ^{[ 15 ]} Se ha demostrado que los nucléolos de varias especies de plantas tienen concentraciones muy altas de hierro ^{[ 16 ]} en contraste con los nucléolos de células humanas y animales.

La ultraestructura del nucléolo se puede observar mediante un microscopio electrónico , mientras que su organización y dinámica se pueden estudiar mediante el marcaje con proteínas fluorescentes y la recuperación de fluorescencia tras fotoblanqueo ( FRAP ). Los anticuerpos contra la proteína PAF49 también se pueden utilizar como marcador del nucléolo en experimentos de inmunofluorescencia. ^{[ 17 ]}

Aunque normalmente solo se observan uno o dos nucléolos, una célula humana diploide posee diez regiones organizadoras del nucléolo (NOR) y podría tener más. Generalmente, múltiples NOR participan en cada nucléolo. ^{[ 18 ]}

En la biogénesis de los ribosomas , se requieren dos de las tres ARN polimerasas eucariotas ( Pol I y Pol III ), las cuales 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 esta transcripción ocurra, se requieren varios factores asociados a la Pol I y factores trans-activos específicos del ADN. En levaduras , los más importantes son: UAF ( factor activador corriente arriba ), TBP (proteína de unión a la caja TATA) y factor de unión central (CBF), que se unen a los elementos promotores y forman el complejo de preiniciación (PIC), el cual es reconocido por la ARN polimerasa. 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 corriente arriba). La ARN polimerasa I transcribe la mayoría de los transcritos de ARNr ( 28S , 18S y 5.8S ), pero la subunidad de ARNr 5S (componente de la subunidad ribosómica 60S) es transcrita por la ARN polimerasa III. ^{[ 19 ]}

La transcripción del ARNr produce una molécula precursora larga ( pre-ARNr 45S ), que aún contiene el espaciador transcrito interno (ITS) y el espaciador transcrito externo (ETS). Se requiere un procesamiento adicional para generar las moléculas de ARN 18S, 5.8S y 28S. En eucariotas, las enzimas modificadoras de ARN son dirigidas a sus sitios de reconocimiento respectivos mediante la interacción con ARN guía, que se unen a estas secuencias específicas. Estos ARN guía pertenecen a la clase de ARN nucleolares pequeños ( ARNnp ), que se complejan con proteínas y existen como ribonucleoproteínas nucleolares pequeñas ( ARNnpp ). Una vez procesadas 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 es transcrita en el nucléolo por la ARN polimerasa.

En eucariotas superiores y plantas, la situación es más compleja, ya que la secuencia de ADN 5S se encuentra fuera de la región organizadora del ribosoma (NOR) y es transcrita por la ARN polimerasa III (Pol III) en el nucleoplasma , tras lo cual se dirige al nucléolo para participar en el ensamblaje del ribosoma. Este ensamblaje no solo involucra el ARNr, sino también las proteínas ribosómicas . Los genes que codifican estas proteínas ribosómicas son transcritos por la Pol II en el nucleoplasma mediante una vía "convencional" de síntesis de proteínas (transcripción, procesamiento del pre-ARNm, exportación nuclear del ARNm maduro y traducción en los ribosomas citoplasmáticos). Las proteínas ribosómicas maduras se importan al núcleo y, finalmente, al nucléolo. La asociación y maduración del ARNr y las proteínas ribosómicas dan como resultado la formación de las subunidades 40S (pequeña) y 60S (grande) del ribosoma completo. Estas se exportan a través de los complejos de poros nucleares al citoplasma, donde permanecen libres o se asocian con el retículo endoplasmático , formando el retículo endoplasmático rugoso (RER). ^{[ 20 ] [ 21 ]}

En las células endometriales humanas , a veces se forma una red de canales nucleolares. El origen y la función de esta red aún no se han identificado claramente. ^{[ 22 ]}

Además de su función en la biogénesis ribosomal, se sabe que el nucléolo captura e inmoviliza proteínas, un proceso conocido como retención nucleolar. Las proteínas retenidas en el nucléolo no pueden difundirse ni interactuar con sus ligandos. Entre los objetivos de este mecanismo de regulación postraduccional se encuentran VHL , PML , MDM2 , POLD1 , RelA , HAND1 y hTERT , entre muchos otros. Actualmente se sabe que los ARN largos no codificantes originados en las regiones intergénicas del nucléolo son responsables de este fenómeno. ^{[ 23 ]}

• Microscopía de contraste de interferencia diferencial

• Nucleolo bajo microscopio electrónico II en uni-mainz.de
• Base de datos de proteínas nucleares: búsqueda en el compartimento
• Célula+Nucléolo en los Encabezamientos de Materia Médica (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
• Imagen de histología: 20104loa – Sistema de aprendizaje de histología de la Universidad de Boston.