Что находится в ядрышке
Ядрышко в клетке
При световой микроскопии ядрышки в клетках с высоким уровнем белкового синтеза имеют довольно большие размеры и их легко рассмотреть.
Если же ядрышки мелкие и в ядре преобладает гетерохроматин, то их поиск значительно затруднен. Ядрышко — это своеобразный центр ядра, его «штаб», где собираются рибосомы и, таким образом, контролируется степень последующих процессов трансляции белков в клетке.
В ядре может быть от одного до нескольких ядрышек, но если ядрышек одно или два, то они более крупные. Они могут иметь различные размеры, форму, плотность и область распределения в зависимости от функциональной активности клетки. Более крупные ядрышки характерны для дифференцированных клеток с высокой активностью синтеза белков. Малодифференцированные клетки обычно имеют несколько мелких ядрышек. Клетки, в которых активность белкового синтеза невелика, имеют мелкие ядрышки с высокой электронной плотностью и интенсивно окрашивающиеся основными красителями.
Основная функция ядрышка — синтез рРНК и субъединиц рибосом. При исследовании ультратонких срезов в электронном микроскопе видно, что ядрышки не гомогенные структуры, а имеют вид элекронно-плотного вещества, формирующего петли. Промежутки между петлями заполнены более светлым веществом. С помощью электронной микроскопии в ядрышке можно выявить несколько компонентов.
Фибриллярный компонент — это тонкофибриллярная структура, состоящая из тончайших нитей различной электронной плотности. Она образована участками слабо конденсированной ДНК, считывающимися с нее молекулами РНК и белками, осуществляющими транскрипцию. Фибриллярный компонент занимает центральные, небольшие по размерам участки вокруг ядрышковых организаторов. В фибриллярном компоненте ядрышка происходит транскрипция рРНК.
Гранулярный (зернистый) компонент — это образующиеся субъединицы рибосом. При большом увеличении электронного микроскопа в гранулярном компоненте видно множество гранул высокой электронной плотности. Располагается между фибриллярными структурами и по периферии ядрышка.
Зону ядрышкового организатора иногда выявляют в центре фибриллярного компонента в виде светлого участка. Вокруг ядрышкового организатора в интерфазу образуется ядрышко. В период митоза зона ядрышкового организатора соответствует области вторичной перетяжки хромосомы.
Зона неактивной ДНК вокруг ядрышка отличается высокой степенью конденсации в виде околоядрышкового гетерохроматина. Предположительно эти зоны являются частями хромосом, которые образуют ядрышко.
Ядрышки значительно изменяются в различные стадии митоза. В конце профазы митоза они исчезают, а находящийся в ядрышках хроматин начинает конденсироваться. С конца профазы до середины телофазы митоза ядрышко содержит в себе только хроматин ядрышкового организатора, что указывает на его низкую активность. Затем этот хроматин деконденсируется и вокруг него формируется плотный фибриллярный материал, содержащий скопление рРНК. Рост ядрышка продолжается до конца телофазы за счет увеличения содержания фибриллярных структур, а затем вокруг них формируется гранулярный компонент. К концу телофазы строение ядрышка близко к таковому в интерфазном ядре, и проявляются признаки нарастающей синтетической активности с образованием новых рибосом.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Ядрышки – компонент ядра эукариотической клетки
Ядрышки – обязательный компонент ядра эукариотической клетки. Они наблюдаются в ядрах практически всех клеток, но это правило имеет небольшое количество исключений, которые лишь подчеркивают роль ядрышка в жизненном цикле клетки. К таким исключениям относятся клетки яиц, на стадии дробления, здесь ядрышки отсутствуют на ранних этапах эмбриогенеза, и клетки, которые проходят специализацию, как, например, некоторые клетки крови.
Впервые ядрышки были описаны в конце XIX столетия, когда в научных исследованиях стали активно использоваться разнообразные методы окраски ядра. Настоящий прогресс в этом направлении был достигнут при разработке и использовании в цитологии специальных ядрышковых красителей и методов, связанных с применением азотнокислого серебра [1, 2]. В шестидесятых годах прошлого столетия было показано, что ядрышко является основным местом биогенеза рибосом. С этого времени ядрышки стали объектом многих исследований.
В клеточном цикле ядрышки, присутствуют в течение всей интерфазы; в период митоза, в профазе, во время компактизации хромосом, они постепенно исчезают. В метафазе и анафазе ядрышки отсутствуют. Первые признаки новых ядрышек появляются после стадии средней телофазы, когда уже достаточно разрыхлились хромосомы дочерних ядер. В это время близ хромосом, которые деконденсируются, появляются плотные тельца – первичные ядрышки [3]. Обычно, их количество больше, чем в интерфазе. Позднее, в G1-периоде клеточного цикла первичные ядрышки растут, начинают объединяться одно за другим, их общее количество уменьшается, но возрастает объем. Общий объем ядрышка увеличивается вдвое в S- G2- периодах клеточного цикла [4].
Образование ядрышек топографически связано с определенными зонами на ядрышкообразующих хромосомах. Эти зоны называются ядрышковыми организаторами, или ядрышкообразующими районами (ЯОР) хромосом, которые локализованы в области вторичных перетяжек хромосом. В интерфазных ядрах в структуре ядрышка выделяют следующие составляющие: фибриллярные центры, плотный фибриллярный и гранулярный компоненты, ядрышковые вакуоли, и ассоциированный с ядрышком хроматин [4, 5]. Фибриллярные центры окружены плотными фибриллярными и гранулярными компонентами и содержат расплетенную рДНК и рассматриваются как интерфазные “двойники” митотических ЯОР [6]. Исследования последних лет показали, что число и размеры фибриллярных центров существенно варьирует в клетках, и зависит от их (клеток) функционального состояния, в частности, от интенсивности транскрипции рДНК [5, 7]. Что касается гранулярного компонента ядрышка, то принята точка зрения, что он, прежде всего, представлен дозревающими прерибосомами [4, 5]. В состав ядрышка входят также ферменты: РНК-полимераза-1, РНК-метилаза, топоизомераза-1; ядрышковые протеины, наиболее изученными из которых являются нуклеолин, протеины Р80 и Р105, и фосфопротеины С23 и Р100, все они локализуются преимущественно в зоне фибриллярного центра [4, 7]. На протяжении последних лет в ядрышках идентифицировано более чем 400 белков. Исследования молекулярного строения и содержимого ядрышек продолжаются сегодня и помогают понять широкий спектр ядрышковых функций.
Ядрышко представляет собой комплекс амплифицированных генов рРНК и продуктов – предшественников рибосом, и является источником основной массы цитоплазматической РНК, представленной, главным образом, рибосомной РНК.
Структурная организация ядрышка тесно связана с его функциональной активностью, и зависит от интенсивности транскрипции рДНК, скорости процессинга и выхода зрелых субъединиц рибосом из ядрышка в нуклеоплазму [4]. Поэтому, когда транскрипция и/или обработка рРНК замедлены, ядрышко частично, или полностью теряет структурную целостность. Когда транскрипция блокирована, отмечают сегрегацию ядрышковых компонентов [8]. Когда обработка и созревание рРНК ослаблены, но транскрипция рДНК все еще активна, т.е. когда утрачена связь между транскрипцией рДНК и обработкой рРНК, наблюдают рассеивание ядрышек по всей кариоплазме.
Лабильность морфологических показателей ядрышка (числа, формы, размера, микроскопического строения) считают одним из основных его функциональных свойств [4, 5]. Изменчивость морфологических и химических свойств ядрышек определяется основной их функцией – синтезом клеточной РНК, которая была отмечена Т. Касперсоном [2]. Им было показано, что количество РНК и белка в цитоплазме зависит от объема ядрышка и концентрации в нем РНК. Этот вывод позволяет связать изменения морфологических параметров ядрышек с метаболическими особенностями синтеза РНК и белка в клетке. Так, клетки, которые синтезируют большое количество белка, имеют большое ядрышко или много ядрышек [1, 6]. В малоактивных клетках ядрышко маленькое или его вообще тяжело обнаружить. При обычной функциональной нагрузке, которая отвечает нуждам определенной популяции клеток, структура ядрышка остается практически неизменной. Но в ходе клеточного цикла, в процессе дифференцирования и дедифференцирования, при угнетении или активации синтеза рРНК происходят значительные перестройки ядрышка [4].
Согласно литературным данным количество ядрышек в клетке может изменяться, но их число зависит от генного баланса клетки. Он определяется числом ядрышковых организаторов и увеличивается согласно плоидности ядра [1, 7]. Чаще всего в клетках количество ядрышек меньше, чем число ядрышковых организаторов. Это связано с тем, что при новообразовании они могут сливаться одно с другим, таким образом, в образовании одного ядрышка принимают участие несколько ядрышкообразующих районов (ЯОР) хромосом.
Ряд авторов [8-10,] считает, что увеличение количества ядрышек свидетельствует об амплификации рибосомной ДНК, а некоторые утверждают, что количество ядрышек может быть критерием дифференцирования клетки. Отмечена значительная корреляция между общим объемом ядрышек в клетках и их митотической активностью. При угнетении синтеза рРНК значительно снижается количество ядрышек на клетку, а сами ядрышки резко уменьшаются в размере и уплотняются. Подобную реакцию наблюдают, как при действии на клетки разных ингибиторов синтеза рРНК, так и в процессе естественной инактивации рыбосомных генов 11.
Чаще всего для визуализации ядрышек используется методика Ховела и Блэка [12] – она отличается от других применением коллоида желатина, который выступает в качестве стабилизатора и катализатора реакции, которая проходит в слабокислой среде. Разработаны многочисленные модификации данного метода, позволяющие использовать его при исследовании клеток и тканей, разнообразных организмов [13].
Экспериментальные исследования показали, что реакция серебрения базируется на выборочном связывании нитрата серебра с негистоновыми белками хромосом, которые образуют рибонуклеопротеиновые комплексы из только что синтезированной рРНК. Считают, что в ходе реакции происходит восстановление ионов Ag + до металлического серебра, однако при этом нет единой точки зрения относительно того, какие компоненты белков осуществляют процесс восстановления ионов. Наибольшую родственность к серебру проявляют сульфгидрильные и карбоксильные группы [14]. Есть мнение, что взаимодействие с серебром может осуществляться за счет фосфатных групп, которые связаны с серином и треонином в фосфорилированных белках [13].
При окраске препаратов интерфазных клеток методом Ховела и Блека, ядрышковые организаторы видны в виде черных точек (гранул) на желтом фоне ядер или слабоокрашенных хромосом. Сами ядрышки в интерфазных ядрах окрашиваются в коричневый цвет. Специфичность окраски достигается лишь при соблюдении определенных условий (рН, температуры, времени окрашивания и концентрации AgNO3). В связи с тем, что родственность к серебру проявляют практически все компоненты хроматина, изменение условий проведения реакции ведет к выявлению, кроме ЯОР, других структур. Так, при более продолжительном крашении азотнокислым серебром проявляются центромеры хромосом и центриоли [15].
Микрофотография. Ядрышки в клетках плавника рыб и в клетках гидры. Увеличение 10х100. Окраска азотнокислым серебром.
Нитратом серебра окрашиваются лишь те ядрышковые организаторы, которые в данный момент активно функционируют [14, 15]. Поэтому данный метод не только позволяет выявить ЯОР, но и дает возможность оценить функциональное состояние рыбосомных генов в клетке.
Степень аргентофильности ядрышек тесно связана с пролиферативным потенциалом клеток и уровнем их дифференцирования. Это дает возможность использовать явление аргентофильности ядрышек для изучения роста, дифференцирования и других клеточных процессов, при которых происходит изменение функционального состояния клетки, опосредствованное вариацией функциональной активности рыбосомных генов [13]. Вывод о том, что азотнокислым серебром окрашиваются лишь активные ЯОР, получил подтверждение в экспериментах по искусственному усилению и угнетению синтеза рРНК, эмбриогенеза у мышей и птиц, гаметогенеза у млекопитающих, в том числе и человека [14]. С помощью иммуноцитогенетических методов показано, что интерфазные ядрышки и хромосомные ЯОР млекопитающих, которые окрашиваются серебром, прямо отражают транскрипционную активность генов рРНК [15]. Показано, что способность определенного сайта данной хромосомы окрашиваться серебром постоянна у данного индивидуума, но существуют индивидуальные вариации в числе и распределении ЯОР, что заметно при крашении азотнокислым серебром. Установлено, что способность данного сайта окрашиваться серебром или, другими словами, способность данной хромосомы образовывать ядрышко передается наследственно. В связи с этим метод окраски азотнокислым серебром успешно применяют в кариосистематике.
Имеется много работ посвященных изучению изменения ядрышковых характеристик растительных и животных организмов в разных условиях, при влиянии естественных и антропогенных факторов [16].
Показано изменение структуры ядрышек под воздействием цитостатических препаратов в культуре клеток и в экспериментах на лабораторных животных [18]. Авторы отмечают, что данные эффекты характерны для агентов, которые угнетают транскрипцию и процессинг рРНК, блокируют обособление прерыбосом от ядрышка.
Показано увеличение объема ядрышкового материала в клетках растений при воздействии неблагоприятных экологических условий [19]. Более высокую активность ядрышкового аппарата в условиях естественной и антропогенной нагрузок связывают с действием адаптивных механизмов в условиях экстремальности, вызванной природными и антропогенными факторами.
Отмечено влияние малых доз ионизирующей радиации на ядрышковый аппарат зародышей карпа [20]. Показано стимулирующее свойство низких концентраций некоторых мутагенных факторов на гонады рыб и ооциты млекопитающих, следствием, которого является образование большого количества дополнительных ядрышек и усиление биосинтеза белка [21].
При исследовании влияния растворов солей кадмия и хрома на клетки жабр и гепатоцитов рыб Odontesthes bonariensis, показано значительное изменение объема ядрышек в этих клетках в зависимости от концентрации тяжелых металлов [22]. В экспериментах по влиянию растворов кадмия на клетки представителя миксомицет, Physarum polycephalum, отмечено изменение структуры ядрышка, описана его сегрегация, появление множественных ядрышкоподобных телец в ядре и образование кольцевидного ядрышка, при этом наблюдалось значительное снижение синтеза РНК [23]. Подобные изменения наблюдались и при влиянии кадмия на клетки корневой меристемы лука [24]
Приведенный выше обзор, позволяет заключить, что ядрышко – это обязательная структура ядра интерфазной клетки, оно занимает одно из центральных мест в синтезе белка клеткой, и отображает как уровень биосинтетической активности клетки на разных стадиях клеточного цикла, так и функциональное состояние клетки в нормальных условиях и в условиях патологии, или влияния токсичных веществ и других факторов.
Литература:
Фотоматериалы из личного архива автора.
Веялкина Наталия Николаевна
© Наталия Веялкина, кандидат биологических наук, заведующая лабораторией экспериментальных биологических моделей
Ядрышко
Полезное
Смотреть что такое «Ядрышко» в других словарях:
Ядрышко — в составе ядра человеческой клетки … Википедия
ЯДРЫШКО — (нуклеоль) плотное тельце внутри ядра клетки. Состоит в основном из рибонуклеопротеидов; участвует в образовании рибосом. Обычно в клетке одно ядрышко, реже несколько или много … Большой Энциклопедический словарь
ядрышко — нуклеоль, ядро Словарь русских синонимов. ядрышко сущ., кол во синонимов: 2 • нуклеоль (1) • ядро … Словарь синонимов
ЯДРЫШКО — ЯДРЫШКО, ядрышка, мн. ядровшки, ядровшек, ядровшкам, ср. уменьш. к ядро в 1 и 5 знач. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
ЯДРЫШКО — ЯДРЫШКО, а, ср. 1. см. ядро. 2. Плотное тельце внутри ядра клетки (спец.). Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
ЯДРЫШКО — нуклеола (nucleolus), плотное тельце внутри ядра большинства клеток эукариот. Состоит из рибонуклео протеидов (РНП) предшественников рибосом. Обычно в ядре имеется одно Я., реже несколько или много (напр., в ядрах растущих яйцеклеток рыб). Я.… … Биологический энциклопедический словарь
ядрышко — ядрышко, а, мн. ч. шки, шек … Русский орфографический словарь
ядрышко — Округлая масса в клеточном ядре, содержащая рибонуклеопротеины [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN nucleolus … Справочник технического переводчика
Ядрышко — * ядзерка * nucleolus or plasmosome сферическая или глобулярная полуядерная (subnuclear) органелла, связанная с ядрышковым организатором (см.) хромосомы. Я. состоит в основном из первичных рДНК транскриптов, рибосомных белков и набора др. белков … Генетика. Энциклопедический словарь
ядрышко — а; мн. род. шек, дат. шкам; ср. 1. к Ядро (1, 4 зн.). 2. Биол. Небольшое шаровидное плотное тело, находящееся в ядре растительных и животных клеток. * * * ядрышко (нуклеоль), плотное тельце внутри ядра клетки. Состоит в основном из… … Энциклопедический словарь
Что находится в ядрышке
• Ядерные субкомпартменты не окружены мембраной
• В ядрышках образуются рРНК и субъединицы рибосом
• Ядрышки содержат ДНК, которая кодирует рРНК и которая присутствует во многих хромосомах
• Факторы сплайсинга иРНК хранятся в ядерных сайтах и мигрируют к местам транскрипции, где проявляют свои функции
• Прочие ядерные тельца могут быть обнаружены с помощью антител, однако функции большинства их неизвестны
Происходящие в ядре ключевые события включают такие этапы экспрессии генов, как транскрипция и процессинг РНК. Эти процессы локализованы в различных ядерных сайтах. Больше всего мы знаем о функциях ядрышек. Описаны и другие субкомпартменты, однако функции их по большей части неизвестны.
Наиболее изученными субкомпартментами ядра являются ядрышки. Большинство клеток содержит по одному ядрышку, однако иногда в клетках находятся по нескольку ядрышек. Ядрышко представляет собой место синтеза и процессинга рРНК, а также сборки субъединиц рибосом. Размеры ядрышек варьируют и определяются особенностями биогенеза рибосом в данной клетке.
Ядрышко содержит все компоненты, необходимые для формирования субъединиц рибосом, и является сайтом эффективной сборки этих структур. К числу необходимых компонентов относятся гены рРНК многих хромосом, сами рРНК, ферменты синтеза и процессинга рРНК, и рибосомные белки, импортируемые из цитоплазмы.
В пределах ядрышка находятся много морфологически-различных областей, что согласуется с представлением о существовании в этом субкомпартменте разных сайтов для транскрипции генов рРНК, ее процессинга и сборки субъединиц.
Хотя ядрышко не имеет мембраны, большая часть белков и РНК, характерных для этой структуры, находится только там и не обнаруживается в других местах ядра. Ядрышко присутствует только в момент сборки субъединиц рибосом. Оно исчезает при ингибировании транскрипции рРНК и появляется вновь при ее возобновлении. Таким образом, считается, что ядрышко образуется в результате объединения генов рРНК, транскрипционных факторов, связанных с промоторами генов рРНК, и молекул РНК-полимеразы I, которая появляется под влиянием факторов транскрипции.
Субкомпартменты ядрышка, видимые в электронном микроскопе.
В свою очередь, вновь синтезированные молекулы рРНК вызывают последовательное появление рибосомальных белков и многих факторов необходимых для сборки субъединиц рибосом. В каком порядке происходят эти процессы, мы не знаем. При вступлении клетки в митоз ядрышко исчезает, а после его завершения снова появляется. Все это также происходит по неизвестному механизму.
Функция ядрышка не ограничивается участием в биогенезе субъединиц рибосом. В ядрышке расположены гены тРНК, происходит их транскрипция и начинается процессинг тРНК. Там также находится много белков, которые не участвуют в образовании субъединиц рибосом. Во многих случаях мы не знаем, почему белки локализованы в ядрышке.
Иногда белки, локализованные в ядре, могут собираться в ядрышке и затем быстро высвобождаться в нуклеоплазму для выполнения своих функций. К числу таких белков относятся некоторые белки, регулирующие клеточный цикл.
Протеомика белков ядрышек культур клеток человека показала, что они содержат более 400 различных полипептидов, и 30% из них представляют собой новые, неохарактеризованные белки.
Также в ядре было обнаружено несколько других небольших дискретных субкомпартментов. Для этого использовали антитела, выделенные из сыворотки больных с аутоиммунными заболеваниями или полученные к специфическим ядерным белкам. Эти антитела позволяют визуализировать дискретные субкомпартменты с помощью флуоресцентных методов и в некоторых случаях при иммуноэлектронной микроскопии, поскольку они невидимы в световом микроскопе. Иногда эти субкомпартменты присутствуют во многих типах эукариотических клеток, они не ограничены мембранами и называются ядерные тельца.
К числу их относятся точкообразные тельца («спеклы»), тельца Кахаля, тельца Джемини и тельца PML. Одна из функций ядерных телец может заключаться в повышении эффективности биологических процессов за счет концентрации в определенном месте всех макромолекул, необходимых для протекания какого-либо процесса.
Факторы сплайсинга сосредоточены в ядерных спеклах.
Более диффузные сайты, в которых можно обнаружить эти факторы, представляют собой сайты процессинга пре-иРНК (слева).
Добавление актиномицина вызывает блок транскрипции (справа).
Спеклы визуализировались методом непрямой иммунофлуоресценции с использованием антител к b-компоненту фактора сплайсинга U2мяРНП.
Факторы сплайсинга РНК в ядре пространственно организованы в спеклы. На рисунке ниже видно, что факторы сплайсинга не только концентрируются в клетке примерно в 20-50 спеклах, но и расположены во многих местах диффузно. Места диффузного расположения называются интерхроматиновые гранулы. Поскольку спеклы не содержат пре-иРНК, считается, что они служат лишь хранилищами факторов сплайсинга, но не осуществляют сам процесс.
Сплайсинг происходит в диффузных областях, в которых наряду с факторами сплайсинга обнаружена полиаденилированная РНК. На рисунке ниже представлены результаты эксперимента, подтверждающего эту точку зрения Если блокировать транскрипцию ингибитором РНК-полимеразы II, то не наблюдается диффузного распределения факторов сплайсинга, поскольку они перемещаются в спеклы. Когда транскрипция с участием РНК-полимеразы II возобновляется, факторы вновь появляются в областях диффузного распределения.
Некоторые факторы сплайсинга локализованы в других структурах, тельцах Кахаля или спирализованных тельцах. Обычно в ядре находится лишь одно или несколько телец Кахаля, которые часто расположены вблизи ядрышек. Эти тельца содержат белок, который называется коилин и не присутствует в спеклах. Мы знаем, что тельца Кахаля не участвуют в ферментативном сплайсинге, поскольку не содержат пре-иРНК, однако они содержат малые ядерные и малые ядрышковые РНК (мяРНК и мякРНК) и представляют собой сайты посттранскрипционной модификации этих РНК и сборки РНП комплексов.
На рисунке ниже также видно еще одно ядерное тельце Джемини или тельце GEM. Тельца Джемини не обнаружены во всех клетках, и некоторые их компоненты также присутствуют в тельцах Кахаля, что позволяет предполагать, что они могут выполнять сходные функции.
К числу ядерных субкомпартментов относятся тельца PML. Они получили свое название потому, что содержат белок, близкий к впервые обнаруженному у больных промиелоцитарным лейкозом (PML). Впервые PML-тельца были идентифицированы с помощью антител, выделенных из сыворотки крови лейкозных больных. Белок PML, вместе со многими другими белками, образует PML тельца, однако их функция остается невыясненной. Они не участвуют в репликации ДНК, транскрипции и процессинге РНК, а также не являются хранилищем факторов сплайсинга.
Многие из этих небольших ядерных телец, вероятно, отсутствуют в мелких ядрах таких одноклеточных эукариот, как дрожжи. Однако в клетках дрожжей находятся ядерные тельца, напоминающие тельца Кахаля. Возможно, что также присутствуют и другие тельца, однако, поскольку они по размерам существенно меньше, чем в ядрах клеток млекопитающих, их гораздо труднее обнаружить.
Тельца Кахаля и тельца GEM можно обнаружить методом непрямой иммунофлуоресценции с применением антител.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021