Caractéristiques du nucléoplasme, structure et fonctions

Le nucléoplasme c'est la substance dans laquelle sont immergés l'ADN et d'autres structures nucléaires, telles que les nucléoles. Il est séparé du cytoplasme cellulaire par la membrane centrale, mais il peut échanger des matériaux avec lui à travers les pores nucléaires.

Ses principales composantes sont l'eau et une série de sucres, d'ions, d'acides aminés et de protéines et enzymes impliqués dans la régulation des gènes, parmi lesquels plus de 300 protéines autres que les histones. En fait, sa composition est similaire à celle du cytoplasme cellulaire.

On trouve également des nucléotides dans ce fluide nucléaire, qui sont les "blocs" utilisés pour la construction de l'ADN et de l'ARN à l'aide d'enzymes et de cofacteurs. Dans certaines grandes cellules, comme dans acétabulaire, le nucléoplasme est clairement visible.

Auparavant, on pensait que le nucléoplasme consistait en une masse amorphe enfermée dans le noyau, excluant la chromatine et le nucléole. Cependant, à l'intérieur du nucléoplasme se trouve un réseau de protéines chargé d'organiser la chromatine et d'autres composants du noyau, appelés matrice nucléaire.

Les nouvelles techniques ont réussi à mieux visualiser ce composant et à identifier de nouvelles structures telles que les feuilles intranucléaires, les filaments de protéines qui émergent des pores nucléaires et les machines de traitement de l'ARN.

Index

• 1 Caractéristiques générales
  • 1.1 Nucléolos
  • 1.2 Territoires sous-nucléaires
  • 1.3 Matrice nucléaire
  • 1.4 Nucléosquelette
• 2 structure
  • 2.1 Composition biochimique
• 3 fonctions
  • 3.1 Traitement du préARN messenger
• 4 références

Caractéristiques générales

Le nucléoplasme, également appelé "jus nucléaire" ou carioplasme, est un colloïde protoplasmique aux propriétés similaires au cytoplasme, relativement dense et riche en différentes biomolécules, principalement des protéines.

Dans cette substance se trouve la chromatine et un ou deux corpuscules appelés nucléoles. Il existe également d’autres structures immenses dans ce fluide telles que les corps de Cajal, les corps PML, les corps en spirale ou mouchetures le nucléaire, entre autres.

Dans les corps de Cajal sont concentrées les structures nécessaires au traitement des pré-ARN messagers et des facteurs de transcription.

Le mouchetures Les cellules nucléaires semblent être similaires aux corps de Cajal, elles sont très dynamiques et se déplacent vers des régions où la transcription est active.

Les corps PML semblent être des marqueurs des cellules cancéreuses, car ils augmentent incroyablement leur nombre dans le noyau.

Il existe également une série de corps nucléolaires de forme sphérique de diamètre compris entre 0,5 et 2 µm, composés de globules ou de fibrilles dont la fréquence, bien que rapportée dans les cellules saines, est beaucoup plus élevée dans les structures pathologiques.

Les structures nucléaires les plus pertinentes incorporées dans le nucléoplasme sont décrites ci-dessous:

Nucléole

Le nucléole est une structure sphérique exceptionnelle située à l'intérieur du noyau des cellules et n'est délimitée par aucun type de biomembrane qui les sépare du reste du nucléoplasme.

Il est constitué dans des régions appelées NORs (régions organisatrices chromosomiques nucléolaires) où se trouvent les séquences codant pour les ribosomes. Ces gènes se trouvent dans des régions spécifiques des chromosomes.

Dans le cas particulier des humains, ils sont organisés dans les régions satellites des chromosomes 13, 14, 15, 21 et 22.

Dans le nucléole, une série de processus indispensables se produit, tels que la transcription, le traitement et l'assemblage des sous-unités qui constituent les ribosomes.

En revanche, en dehors de sa fonction traditionnelle, des études récentes ont montré que le nucléole est lié aux protéines suppressives des cellules cancéreuses, aux régulateurs du cycle cellulaire et aux protéines des particules virales.

Territoires sous-nucléaires

La molécule d'ADN n'est pas dispersée au hasard dans le nucléoplasme cellulaire, elle est organisée de manière hautement spécifique et compacte avec un ensemble de protéines hautement conservées tout au long de l'évolution, appelées histones.

Le processus d'organisation de l'ADN permet d'introduire près de quatre mètres de matériel génétique dans une structure microscopique.

Cette association de matériel génétique et de protéines s'appelle la chromatine. Celui-ci est organisé en régions ou domaines définis dans le nucléoplasme, pouvant distinguer deux types: l'euchromatine et l'hétérochromatine.

L'eucromatine est moins compacte et englobe les gènes dont la transcription est active, car les facteurs de transcription et autres protéines y ont accès contrairement à l'hétérochromatine, qui est très compacte.

Les régions de l'hétérochromatine sont situées à la périphérie et l'euchromatine plus au centre du noyau, et également à proximité des pores nucléaires.

De même, les chromosomes sont répartis dans des zones spécifiques du noyau appelées territoires chromosomiques. En d'autres termes, la chromatine ne flotte pas de manière aléatoire dans le nucléoplasme.

Matrice nucléaire

L'organisation des différents compartiments nucléaires semble être dictée par la matrice nucléaire.

Il s'agit d'une structure interne du noyau composée d'une feuille couplée à des complexes de pores nucléaires, de résidus nucléolaires et d'un ensemble de structures fibreuses et granulaires réparties dans tout le noyau en occupant un volume important.

Les études qui ont tenté de caractériser la matrice ont conclu qu’elle était trop diverse pour définir sa constitution biochimique et fonctionnelle.

La feuille est une sorte de couche composite protéique qui s'étend de 10 à 20 nm et est juxtaposée à la face interne de la membrane centrale. La constitution en protéines varie en fonction du groupe taxonomique étudié.

Les protéines qui composent la feuille sont similaires aux filaments intermédiaires et, en plus de la signalisation nucléaire, elles ont des régions globulaires et cylindriques.

Quant à la matrice nucléaire interne, elle contient un nombre élevé de protéines avec un site de liaison pour l'ARN messager et d'autres types d'ARN. Dans cette matrice interne se produit la réplication de l'ADN, la transcription non nucléolaire et le traitement des pré-ARN messagers après la transcription.

Nucléosquelette

À l'intérieur du noyau se trouve une structure comparable au cytosquelette dans les cellules appelées nucléosquelette, constituée de protéines telles que l'actine, l'αII-spectrine, la myosine et la protéine géante appelée titine. Cependant, l’existence de cette structure est encore débattue par les chercheurs.

Structure

Le nucléoplasme est une substance gélatineuse dans laquelle vous pouvez distinguer différentes structures nucléaires mentionnées ci-dessus.

Les ribonucléoprotéines, composées de protéines et d'ARN constituées d'une région riche en acides aminés aromatiques avec une affinité pour l'ARN, constituent l'un des principaux composants du nucléoplasme.

Les ribonucléoprotéines présentes dans le noyau sont spécifiquement appelées petites ribonucléoprotéines nucléaires.

Composition biochimique

La composition chimique du nucléoplasme est complexe, comprenant des biomolécules complexes telles que des protéines et des enzymes nucléaires, ainsi que des composés inorganiques tels que des sels et des minéraux tels que le potassium, le sodium, le calcium, le magnésium et le phosphore.

Certains de ces ions sont des cofacteurs indispensables des enzymes qui répliquent l'ADN. Il contient également de l'ATP (adénosine triphosphate) et de l'acétyl coenzyme A.

Dans le nucléoplasme sont intégrées une série d'enzymes nécessaires à la synthèse d'acides nucléiques, tels que l'ADN et l'ARN. Parmi les plus importants, on peut citer l'ADN polymérase, l'ARN polymérase, la NAD synthétase, la pyruvate kinase.

Une des protéines les plus abondantes dans le nucléoplasme est la nucléoplastie, qui est une protéine acide et pentamérique qui a des domaines inégaux sur la tête et la queue. Sa caractéristique acide parvient à protéger les charges positives présentes dans les histones et parvient à s'associer au nucléosome.

Les nucléosomes sont des structures similaires aux billes d'un collier, formées par l'interaction de l'ADN avec les histones. De petites molécules de nature lipidique ont également été détectées flottant dans cette matrice semi-aqueuse.

Fonctions

Le nucléoplasme est la matrice où se déroulent une série de réactions essentielles au bon fonctionnement du noyau et de la cellule en général. C'est l'endroit où se produit la synthèse de sous-unités d'ADN, d'ARN et de ribosomes.

Il fonctionne comme une sorte de "matelas" qui protège les structures immergées et fournit un moyen de transport des matériaux.

Il sert d'intermédiaire de suspension pour les structures subnucléaires et contribue en outre à maintenir la forme du noyau stable, ce qui lui confère rigidité et dureté.

L'existence de plusieurs voies métaboliques dans le nucléoplasme a été démontrée, comme cela se produit dans le cytoplasme cellulaire. Dans ces voies biochimiques, il y a la glycolyse et le cycle de l'acide citrique.

La voie du phosphate de pentose a également été rapportée, ce qui donne du pentose au noyau. De même, le noyau est une zone de synthèse de NAD⁺, qui fonctionne comme des coenzymes de déshydrogénases.

Traitement du préARN messenger

Le traitement du pré-ARNm a lieu dans le nucléoplasme et nécessite la présence de petites ribonucléoprotéines nucléolaires, en abrégé snRNP.

En effet, l'une des activités actives les plus importantes dans le nucléoplasme eucaryote est la synthèse, le traitement, le transport et l'exportation des ARN messagers matures.

Les ribonucléoprotéines sont regroupées pour former le complexe épiceosome ou épissage, qui est un centre catalytique responsable de l'élimination des introns de l'ARN messager. Une série de molécules d'ARN à haute teneur en uracile est responsable de la reconnaissance des introns.

Le spliciosome est composé d'environ cinq petits ARN nucléolaires snARNs U1, U2, U4 et U5, en plus de la participation d'autres protéines.

Rappelons que chez les eucaryotes, les gènes sont interrompus dans une molécule d’ADN par des régions non codantes appelées introns qui doivent être éliminées.

La réaction de épissage intègre deux étapes consécutives: l'attaque nucléophile dans la zone de coupure 5 'par interaction avec un résidu d'adénosine contigu à la zone 3' de l'intron (passage qui libère l'exon), suivie de l'union des exons.

Références

1. Brachet, J. (2012). Cytologie Moléculaire V2: Interactions Cellulaires. Elsevier
2. Guo, T. et Fang, Y. (2014). Organisation fonctionnelle et dynamique du noyau cellulaire. Frontières en phytologie, 5, 378.
3. Jiménez García, L. F. (2003). Biologie cellulaire et moléculaire. Pearson Education du Mexique.
4. Lammerding, J. (2011). Mécanique du noyau. Physiologie complète, 1 (2), 783-807.
5. Pederson, T. (2000). Un demi-siècle de "The Nuclear Matrix". Biologie Moléculaire De La Cellule, 11(3), 799-805.
6. Pederson, T. (2011). Le noyau introduit. Perspectives de Cold Spring Harbor en biologie, 3(5), a000521.
7. Welsch, U. et Sobotta, J. (2008). Histologie. Ed. Panamericana Medical.