Denucleolus (meervoud:nucleoli) is een amorfe structuur in decelkern vaneukaryotischecellen. De nucleolus bestaat uitRNA,DNA en eiwitten en bevat de moleculaire machinerie die nodig is voor de vorming vanribosomen.[1] Ribosomen zijn grote complexen die opgebouwd zijn uitribosomaal RNA (rRNA) enr-eiwitten. In de nucleolus worden deze moleculen gesynthetiseerd en in de juiste structuur samengebracht. De ribosomen verlaten de celkern viakernporiën en verzorgen in het cytoplasma deeiwitsynthese.
Nucleoli vormen zich rond specifieke delen van hetchromatine in de celkern, de zogenaamdenucleolus organizer regions. In deze chromatinegebieden bevinden zichrDNA-sequenties: genen die coderen voor de eiwitten en RNA-moleculen waaruit ribosomen zijn opgebouwd. Stoornissen van de nucleolus zijn in verband gebracht met een aantalerfelijke aandoeningen die "nucleolopathieën" worden genoemd. De nucleolus is ook in de belangstelling gekomen als mogelijk doelwit voorchemotherapie.[2]
Het bestaan van de nucleolus werd ontdekt rond 1835.[1] Er was weinig bekend over de functie van de nucleolus tot er in 1964 een onderzoek vanJohn Gurdon en Donald Brown over verscheen. In het onderzoek werd de structuur en functie van de nucleolus – met gebruikmaking van cellen van de klauwkikkerXenopus laevis – in groot detail beschreven. Ze maakten bekend dat de kikkereieren waarin de nucleolus afwezig was, niet in staat waren levende kikkervisjes voort te brengen. De onderzoekers concludeerden daaruit dat de nucleolus een essentiële functie had in normale celprocessen.[3] In 1966 werd aangetoond dat het DNA in nucleoli codeert voorribosomaal RNA, en dus betrokken was bij ribosoomsynthese.[4]
Een elektronenmicroscopische opname van een celkern. De donkere vlek is de nucleolus.
De nucleolus is de meest opvallende structuur in de celkern en kan zichtbaar gemaakt worden met behulp van delichtmicroscoop. In tegenstelling tot veel andereorganellen in de cel is de nucleolus niet omsloten door eenmembraan: het is een groot aggregaat van macromoleculen, waaronderrDNA, rRNA-precursors, rijprRNA,snoRNA's,ribosomale eiwitten (r-eiwitten) en verschillendeenzymen. Doordat de RNA-moleculen en eiwitten dicht bij elkaar liggen kunnen stofwisselingsreacties snel plaatsvinden en worden ribosomen efficiënt gesynthetiseerd.
De drie hoofdcomponenten van de nucleolus zijn hetfibrillaire centrum (FC), hetdense fibrillaire component (DFC) en hetgranulaire component (GC). Transcriptie van rDNA vindt waarschijnlijk plaats in de FC.[5] De DFC is voornamelijk opgebouwd uit het eiwitfibrillarine, dat betrokken is bij deprocessing van rRNA. De GC bevat het eiwit nucleofosmine, dat eveneens een belangrijke rol speelt inribosoomvorming.[5]
De ultrastructuur van de nucleolus kunnen bestudeerd worden door middel vanelektronenmicroscopie. De processen van een organisatie en dynamica kan gevolgd worden metfluorescente eiwitlabeling enFRAP-technieken. Ook antilichamen tegen het eiwit PAF49 kunnen worden gebruikt als een marker voor de nucleolus (immunofluorescentie).[6]
De nucleolus is voornamelijk gericht op het synthetiseren vanribosoomdelen. Het assembleren vanribosomaal RNA metribosomale eiwitten is een complex proces waarbij veel enzymen en functionele RNA-moleculen zijn betrokken (met namesnoRNA). Naast ribosomen worden ook andere niet-coderende RNA-moleculen in de nucleolus gevormd en verwerkt, zoalstransfer RNA (tRNA).Telomerase is een eiwit-RNA-complex dat eveneens in de nucleolus wordt samengesteld.
De synthese van ribosomen in de nucleolus begint mettranscriptie vanrDNA door het enzymRNA-polymerase I. Om de transcriptie te laten plaatsvinden, zijn verschillende pol I-geassocieerde factoren en DNA-specifieke factoren vereist. Nadat de transcriptie voltooid is ontstaat een lange rRNA-keten (45S pre-rRNA) dat nog veel onnodige sequenties bevat. De keten wordt in een aantal delen (subunits) gesplitst door enzymen. Dit proces wordt begeleid door korte RNA-moleculen genaamdsmall nucleolar RNA (snoRNA). Nadat de rRNA-subunits zijn verwerkt, kan assemblage plaatsvinden tot ribosoomdelen.
In planten en hogere eukaryoten worden deribosomale eiwitten in het cytoplasma gevormd en viakernporiën naar de nucleolus getransporteerd. Assemblage van rRNA en r-eiwitten levert de 40S (kleine) en 60S (grote) ribosoomdelen van het complete ribosoom. Deze worden geëxporteerd via de kernporiën naar het cytoplasma, waar ze vrij in het cytoplasma blijven of een binding aangaan met hetendoplasmatisch reticulum.[7]
↑(en)Brown DD, Gurdon JB (1964). Absence of ribosomal rna synthesis in the anucleolate mutant of xenopus laevis.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America51: 139–46.PMID14106673.DOI:10.1073/pnas.51.1.139.
↑(en)Birnstiel ML, Wallace H, Sirlin JL, Fischberg M (1966). Localization of the ribosomal DNA complements in the nucleolar organizer region of Xenopus laevis.National Cancer Institute Monograph23: 431–47.PMID5963987.
↑ab(en)Sirri V, Urcuqui-Inchima S, Roussel P, Hernandez-Verdun D (2008). Nucleolus: the fascinating nuclear body.Histochemistry and Cell Biology129 (1): 13–31.PMID18046571.PMC2137947.DOI:10.1007/s00418-007-0359-6.
