Nucléolo Caractéristiques, Structure, Morphologie et Fonctions

Le nucléole est une structure cellulaire non délimitée par une membrane, l'une des zones les plus importantes du noyau. Il est observé comme une région plus dense dans le noyau et se subdivise à son tour en trois régions: le composant fibrillaire dense, le centre fibrillaire et le composant granulaire.

Il est principalement responsable de la synthèse et de l'assemblage des ribosomes; Cependant, cette structure a également d'autres fonctions. Plus de 700 protéines ont été trouvées dans le nucléole qui ne sont pas impliquées dans les processus de biogenèse des ribosomes. De la même manière, le nucléole est impliqué dans le développement de différentes pathologies.

Le premier chercheur à observer la zone du nucléole fut F. Fontana en 1781, il y a plus de deux siècles. Au milieu des années 1930, McClintock a pu observer cette structure dans ses expériences avec Zea Mays. Depuis lors, des centaines d’enquêtes se sont concentrées sur la compréhension des fonctions et de la dynamique de cette région centrale.

Index

• 1 Caractéristiques générales
• 2 Structure et morphologie
  • 2.1 Centres fibrillaires
  • 2.2 Composant fibrillaire dense et composant granulaire
  • 2.3 Région organisatrice nucléolaire
• 3 fonctions
  • 3.1 Machines de formation d'ARN ribosomal
  • 3.2 Organisation des ribosomes
  • 3.3 Transcription de l'ARN ribosomal
  • 3.4 Assemblage des ribosomes
  • 3.5 Autres fonctions
• 4 Le nucléole et le cancer
• 5 Nucleolus et virus
• 6 références

Caractéristiques générales

Le nucléole est une structure importante située à l'intérieur du noyau des cellules eucaryotes. C'est une "région" sous la forme d'une sphère, puisqu'il n'y a aucun type de biomembrane qui le sépare du reste des composants nucléaires.

Il peut être observé au microscope comme une sous-région du noyau lorsque la cellule est à l'interface.

Il est organisé en régions appelées NORs (pour son acronyme en anglais: régions organisatrices chromosomiques nucléolaires), où se trouvent les séquences codant pour les ribosomes.

Ces gènes se trouvent dans des régions spécifiques des chromosomes. Chez l'homme, ils sont organisés en tandem dans les régions satellites des chromosomes 13, 14, 15, 21 et 22.

Dans le nucléole se produit la transcription, le traitement et l'assemblage des sous-unités qui constituent les ribosomes.

Outre sa fonction traditionnelle, le nucléole est lié aux protéines suppressives de tumeurs, aux régulateurs du cycle cellulaire et même aux protéines dérivées des virus.

Les protéines du nucléole sont dynamiques et, apparemment, leur séquence a été préservée au cours de l'évolution. Parmi ces protéines, 30% seulement ont été associés à la biogenèse des ribosomes.

Structure et morphologie

Le nucléole est divisé en trois composants principaux, différenciables par microscopie électronique: le composant fibrillaire dense, le centre fibrillaire et le composant granulaire.

En général, il est entouré de chromatine condensée, appelée hétérochromatine. Les processus de transcription de l'ARN ribosomal, le traitement et l'assemblage des précurseurs ribosomiques se produisent dans le nucléole.

Le nucléole est une région dynamique où les protéines que les composants peuvent associer et séparer rapidement des composants nucléolaires, créant un échange continu avec le nucléoplasme (substance gélatineuse interne du noyau).

Chez les mammifères, la structure du nucléole varie avec les étapes du cycle cellulaire. Dans la prophase, on observe une désorganisation du nucléole et on l'assemble à la fin du processus mitotique. L'activité maximale de transcription dans le nucléole a été observée dans les phases S et G2.

L'activité de l'ARN polymérase I peut être affectée par différents états de phosphorylation, modifiant ainsi l'activité du nucléole pendant le cycle cellulaire. Le silence pendant la mitose se produit en raison de la phosphorylation de différents éléments tels que SL1 et TTF-1.

Cependant, ce schéma n'est pas commun à tous les organismes. Par exemple, chez la levure, le nucléole est présent - et actif - tout au long du processus de division cellulaire.

Centres fibrillaires

Les gènes codant pour l'ARN ribosomal sont situés dans les centres fibrillaires. Ces centres sont des régions claires entourées de composants fibrillaires denses. Les centres fibrillaires sont de taille et de nombre variables en fonction du type de cellule.

Un certain schéma a été décrit en ce qui concerne les caractéristiques des centres fibrillaires. Les cellules à haute synthèse de ribosomes ont un faible nombre de centres fibrillaires, alors que les cellules à métabolisme réduit (comme les lymphocytes) ont des centres fibrillaires plus importants.

Il existe des cas spécifiques, comme dans les neurones à métabolisme très actif, dont le nucléole a un centre fibrillaire géant, accompagné de centres plus petits et plus petits.

Composant fibrillaire dense et composant granulaire

Le composant fibrillaire dense et les centres fibrillaires sont incorporés dans le composant granulaire, dont les granules ont un diamètre de 15 à 20 nm. Le processus de transcription (passage de la molécule d'ADN à l'ARN, considérée comme la première étape de l'expression génique) se produit aux limites des centres fibrillaires et du composant fibrillaire dense.

Le traitement de l'ARN pré-ribosomal se produit dans le composant fibrillaire dense et le processus s'étend au composant granulaire. Les transcrits s'accumulent dans le composant fibrillaire dense et les protéines nucléolaires sont également situées dans le composant fibrillaire dense. C'est dans cette région que se produit l'assemblage des ribosomes.

Après ce processus d'assemblage de l'ARN ribosomal avec les protéines nécessaires, ces produits sont exportés dans le cytoplasme.

Le composant granulaire est riche en facteurs de transcription (SUMO-1 et Ubc9 en sont des exemples). Typiquement, le nucléole est entouré par l'hétérochromatine; On pense que cet ADN compacté pourrait jouer un rôle dans la transcription de l'ARN ribosomal.

Chez les mammifères, l'ADN ribosomal dans les cellules est compacté ou réduit au silence. Cette organisation semble être importante pour la régulation de l'ADN ribosomal et pour la protection de la stabilité génomique.

Région organisatrice nucléolaire

Dans cette région (NOR) sont regroupés des gènes (ADN ribosomal) qui codent pour l'ARN ribosomal.

Les chromosomes qui composent ces régions varient en fonction de l'espèce étudiée. Chez l'homme, ils se trouvent dans les régions satellites des chromosomes acrocentriques (le centromère est situé près de l'une des extrémités), en particulier dans les paires 13, 14, 15, 21 et 22.

Les unités de ribosomes d'ADN sont constituées de la séquence transcrite et d'un espaceur externe nécessaire à la transcription par l'ARN polymérase I.

Dans les promoteurs de l’ADN ribosomal, on peut distinguer deux éléments: un élément central et un élément situé en amont (en amont)

Fonctions

Machines formant un ARN ribosomal

Le nucléole peut être considéré comme une usine avec tous les composants nécessaires à la biosynthèse des précurseurs du ribosome.

L'ARN ribosomal ou ribosomal (acide ribosomal), généralement abrégé en ARNr, est un composant des ribosomes et participe à la synthèse des protéines. Cette composante est vitale pour toutes les lignées d'êtres vivants.

L'ARN ribosomal est associé à d'autres composants de nature protéique. Cette union se traduit par des presubonités ribosomiques. La classification de l'ARN ribosomal est généralement donnée avec une lettre "S", qui indique les unités de Svedberg ou le coefficient de sédimentation.

Organisation des ribosomes

Les ribosomes sont formés de deux sous-unités: la plus grande ou la plus grande et la plus petite ou la plus petite.

L'ARN ribosomal des procaryotes et des eucaryotes est différentiable. Chez les procaryotes, la grande sous-unité est 50S et se compose d'ARN ribosomal 5S et 23S, de même la petite sous-unité est 30S et est composée uniquement d'ARN ribosomal 16S.

En revanche, la sous-unité majeure (60S) est composée d'ARN ribosomal 5S, 5.8S et 28S. La petite sous-unité (40S) est composée exclusivement d'ARN ribosomal 18S.

Les gènes codant pour les ARN ribosomiques 5.8S, 18S et 28S se trouvent dans le nucléole. Ces ARN ribosomiques sont transcrits en une seule unité dans le nucléole par l'ARN polymérase I. Ce procédé conduit à un précurseur d'ARN 45S.

Ledit précurseur d'ARN ribosomal (45S) doit être excisé dans ses composants 18S, appartenant à la petite sous-unité (40S) et à la 5.8S et à la 28S de la grande sous-unité (60S).

L'ARN ribosomal manquant, 5S, est synthétisé à l'extérieur du nucléole; contrairement à ses homologues, le processus est catalysé par l'ARN polymérase III.

Transcription de l'ARN ribosomal

Une cellule a besoin d'un grand nombre de molécules d'ARN ribosomal. Il existe plusieurs copies des gènes codant pour ce type d'ARN afin de répondre à ces exigences très élevées.

Par exemple, selon les données trouvées dans le génome humain, il existe 200 copies pour les ARN ribosomiques 5.8S, 18S et 28S. Pour l'ARN ribosomal 5S, il existe 2000 copies.

Le processus commence avec l'ARN ribosomal 45S. Il commence par l'enlèvement de l'entretoise près de l'extrémité 5 '. Lorsque le processus de transcription est terminé, l'espaceur restant situé à l'extrémité 3 'est retiré. Après des éliminations ultérieures, on obtient un ARN ribosomal mature.

De plus, le traitement de l'ARN ribosomal nécessite une série de modifications importantes de ses bases, telles que les processus de méthylation et la conversion de l'uridine en pseudouridine.

Par la suite, l'addition de protéines et d'ARN situés dans le nucléole se produit. Parmi ceux-ci figurent les petits ARN nucléolaires (ARNn), qui participent à la séparation des ARN ribosomiques dans les produits 18S, 5.8S et 28S.

Les ARNn possèdent des séquences complémentaires aux ARN 18S et 28S des ribosomes. Par conséquent, ils peuvent modifier les bases de l'ARN précurseur, méthyler certaines régions et participer à la formation de pseudouridine.

Assemblage de ribosomes

La formation des ribosomes comprend la liaison du précurseur de l'ARN ribosomal, ainsi que des protéines ribosomales et du 5S. Les protéines impliquées dans le processus sont transcrites par l'ARN polymérase II dans le cytoplasme et doivent être transportées vers le nucléole.

Les protéines ribosomales commencent à s'associer à l'ARN ribosomal avant la séparation de l'ARN ribosomal 45S. Après séparation, les protéines ribosomiques restantes et l'ARN ribosomal 5S sont ajoutés.

La maturation de l'ARN ribosomal 18S est plus rapide. Enfin, les "particules préribosomales" sont exportées vers le cytoplasme.

Autres fonctions

En plus de la biogenèse des ribosomes, des recherches récentes ont montré que le nucléole est une entité multifonctionnelle.

Le nucléole est également impliqué dans le traitement et la maturation d'autres types d'ARN, tels que les snRNP (protéine complexe et d'ARN qui sont combinés avec le pré-ARNm pour former le complexe de spliceosome ou une épissure) et un certain transfert d'ARN , microARN et autres complexes ribonucléoprotéiques.

En analysant les protéines du protéome nucléolaires trouvés associés à la transformation de l'ARN pré-messager, le contrôle du cycle cellulaire, la réplication et la réparation de l'ADN. La constitution des protéines de nucléole est dynamique et change sous différentes conditions environnementales et stress cellulaire.

En outre, il existe une série de pathologies associées au mauvais fonctionnement du nucléole. Parmi celles-ci figurent l'anémie de Diamond-Blackfan et des maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer et la maladie de Huntington.

Chez les patients atteints de la maladie d'Alzheimer, les taux d'expression du nucléole sont modifiés par rapport aux patients en bonne santé.

Le nucléole et le cancer

Plus de 5000 études ont montré la relation entre la prolifération maligne des cellules et l'activité du nucléole.

L'objectif de certaines investigations est de quantifier les protéines du nucléole à des fins de diagnostic clinique. Autrement dit, est d'évaluer la prolifération du cancer en utilisant ces protéines comme marqueur, en particulier B23, nucléoline, UBF et sous-unités de l'ARN polymérase I

D'autre part, il a été constaté que la protéine B23 est directement liée au développement du cancer. De même, d'autres composants nucléolaires sont impliqués dans le développement de pathologies telles que la leucémie aiguë promyélocytaire.

Le nucléole et les virus

Il existe suffisamment de preuves pour affirmer que les virus, provenant à la fois des plantes et des animaux, ont besoin des protéines du nucléole pour réaliser le processus de réplication. Il y a des changements dans le nucléole, en termes de morphologie et de composition en protéines, lorsque la cellule subit une infection virale.

Un grand nombre de protéines provenant de séquences d'ADN et d'ARN contenant des virus et situées dans le nucléole ont été trouvées.

Les virus ont des stratégies différentes qui leur permettent de se trouver dans cette région subnucléaire contenant des protéines virales comme des « signaux » qui mènent au nucléole. Ces étiquettes sont riches en acides aminés arginine et lysine.

La localisation du virus dans le nucléole facilite sa réplication et, en outre, il semble qu’il soit nécessaire à sa pathogénicité.

Références

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