Compartimentação do Núcleo
Alves, Margarida; Duarte, Ana; Ferreira, Carina; Figueiredo, Catarina; Pereira, Mafalda
Serviço de Biologia Celular e Molecular da Faculdade de Medicina da Universidade do Porto
Introdução
Nucléolo
O núcleo celular é um organelo presente nas células eucarióticas que funciona como centro de controlo celular. Contém a
informação genética sendo o local onde ocorre a duplicação do DNA e a sua transcrição. Apresenta invólucro nuclear, nucleoplasma, e
nucléolo. É geralmente único e aproximadamente esférico.
O nucléolo é a subestrutura mais evidente dentro do núcleo celular. Nele ocorre a transcrição dos RNAs ribossómicos
(rRNAs) e o seu processamento, ocorrendo a síntese de ribossomas, necessários em quantidades variáveis, para síntese proteica. Para
satisfazer as necessidades de transcrição de grande número de moléculas de rRNA, todas as células contêm inúmeras cópias dos seus
genes. (no ser humano 250 cópias)
O invólucro nuclear é composto por duas membranas lipoproteicas, que se fundem nos complexos de poro nuclear os quais
controlam o tráfego nuclear, núcleo – citosol. A informação genética encontra-se nas moléculas de DNA, sendo este organizado com a
ajuda de proteínas básicas – histonas, formando a cromatina.
O tamanho do nucléolo é directamente proporcional à taxa de síntese de ribossomas e de proteínas da célula.
A cromatina pode ser classificada em heterocromatina e eucromatina. Os nucléolos são específicos e compostos por cromatina,
grande quantidade de RNA ribossómico e proteínas – a sua função está relacionada com a formação de ribossomas. O nucleoplasma é o
componente mais fluido do núcleo, sendo responsável pela difusão molecular no interior do organelo.
http://www.biochemj.org/bj/356/0297/bj3560297f02.jpg
Morfologicamente os nucléolos possuem 3 regiões distintas:
-componente fibrilar denso onde ocorre a transcriçaõ pela RNA polimerase I e se inicia o
processamento do pré-rRNA;
Matriz nuclear
-centro fibrilar que contem cópias dos genes do rRNA não transcritos activamente;
A matriz nuclear é definida como estrutura residual do núcleo, que se obtém após o processo de extracção e, é responsável pela
forma e tamanho do núcleo.
- componente granular onde o processamento do pré-rRNA continua e se dá a união das
proteínas ribossomais ao pré-rRNA.
Subjacente à membrana nuclear interna, está a lâmina nuclear, uma rede fibrosa, que fornece suporte estrutural para o núcleo e
também faz parte da matriz nuclear. A lâmina nuclear é composta por cerca de cinco proteínas, estruturalmente relacionadas da família
dos filamentos intermediários, designadas por lâminas A, B, C, D e E.
http://spectorlab.cshl.edu/images/NucleusModel.jpg
Cromatina
As moléculas de DNA encontram-se no núcleo, sendo
organizado com a ajuda de proteínas designadas histonas, formando
a cromatina.
Molecular Biology of the cell, 4th ed., Alberts; 2002; Figure 6.63
Uma das propostas para a estrutura do nucleosqueleto, considera que este é constituído não por filamentos, mas por canais
utilizados para o transporte de RNA, em cuja superfície externa ( as lâminas) se ancoraria ao DNA. (1)
Os ribossomas eucarióticos (80S), contêm 4 tipos de rRNA: 5S;
5.8S e 28S que fazem parte da subunidade grande (60S) e o rRNA 18S que
constitui a subunidade pequena (40S).
O nucléolo não é circundado por membrana, organiza-se em
torno dos cromossomas que contêm os genes para os rRNAs 5.8S; 18S e
28S. Forma-se e desagrega-se variando em número e em tamanho ao longo
do ciclo celular.
Existem dois tipos de cromatina:
 Eucromatina – distribui-se por todo o núcleo de forma
descondensada, sendo constituída por genes que codificam
proteínas, ou seja, genes transcricionalmente activos.
O invólucro nuclear
A sua estrutura:
O invólucro nuclear é uma estrutura complexa onde se identificam:
- duas membranas concêntricas: a membrana nuclear externa e a membrana nuclear interna;
http://www.nanomedicine.com/NMI/Figures/8.48.jpg
 Heterocromatina – encontra-se preferencialmente à periferia
do núcleo e, é constituída por sequências de DNA que não
codificam proteínas (genes transcricionalmente inactivos),
permanece altamente condensada, sendo esta porção bem visível em
microscopia.
- a lâmina nuclear fibrosa;
- complexos de poros nucleares.
(2)
THE CELL – A Molecular Approach, 2nd ed.; Cooper, 2000; Figure 8.1 c
Durante a interfase, embora a cromatina pareça
uniformemente distribuída, ela organiza-se em domínios
funcionais distintos, que têm um papel muito importante
na regulação da expressão genética. Esses domínios
perecem ser em forma de ansa, contendo
aproximadamente 50 a 100 Kb do DNA, e funcionam
independentemente. A separação dos domínios
cromossomais é feita por domínios intercromossomais;
estes evitam que haja contacto entre cromatina de
domínios diferenciais e interfiram na actividade uns dos
outros.
A cromatina torna-se muito condensada,
durante a mitose, para formar os cromossomas, que vão
ser distribuídos pelas células-filhas.
THE CELL – A Molecular Approach, 2nd ed.; Cooper, 2000; Figure 8.22
THE CELL – A Molecular Approach, 2nd ed.; Cooper, 2000;
Figure 8.18 b
Os RNAs ribossomais 5.8S; 18S e 28S, são transcritos dentro do nucléolo pela RNA polimerase I a partir de uma única unidade
de transcrição, produzindo um RNA precursor 45S.
A transcrição do rRNA 5S ocorre fora do nucléolo e é catalisada pela RNA polimerase III. Os genes para este rRNA estão presentes no
cromossoma 1.
O gene dos rRNAs 5.8S; 18S e 28S estão organizados em série nos cromossomas 13, 14, 15, 21 e 22, sendo separados uns dos
outros por uma sequência de DNA espaçador não transcrito. O transcrito primário – o rRNA45S – além dos RNAs ribossomais 5.8S; 18S e
28S, contém as regiões espaçadoras transcritas localizadas entre eles e nas extremidades do gene.
(3)
• Domínios OPT (Oct1/ PTF/ Transcrição)
Os domínios OPT são sobretudo locais onde se concentram factores de transcrição necessários à acção das RNA polimerases.
Subjacente à membrana nuclear interna encontra-se a lâmina nuclear fibrosa, rede fibrosa que fornece suporte estrutural ao núcleo e
actua como local de ligação de cromatina. Esta lâmina é constituída por diferentes proteínas, sendo as lâminas A, B e C que se encontram em
maior quantidade. A lâmina B é responsável pela ligação da lâmina nuclear fibrosa às membranas do invólucro nuclear, enquanto que as lâminas A
e C são DNA-binding proteins sendo responsáveis pela estabilização da cromatina periférica no núcleo.
• Corpos Espiralados, Coiled bodies ou Corpos de Cajal
São pequenos bastonetes curvos de natureza ribonucleoproteica e contêm a proteína fibrilharina. São locais de reserva de
componentes do splicing do RNA. Podem organizar e regular a expressão dos genes dos SnRNAs U1 e U2, acumulando os SnRNAs U1 e
U2. Intervêm no processamento do RNAm e no amadurecimento do RNAr.
• GEMS (Gemini of Coiled bodies)
Encontram-se associados aos corpos espiralados. Possuem SMN- uma proteína importante como factor de transcrição. Esta
associa-se à proteína SIP-1 formando complexos com a proteína Sm que intervêm na formação, activação e regeneração do spliceossoma.
Também contêm componentes do splicing. Os GEMS e os corpos espiralados estão juntos por uma proteína de ligação que pode ser a
fibrilharina do corpo espiralado que tem capacidade de se ligar à SMN.
• Corpos de Clivagem
Em determinados pontos, as membranas nucleares interna e externa fundem-se
formando canais de natureza proteica que atravessam o invólucro nuclear que se designam por
complexos de poros nucleares. Estes são os únicos canais por onde pequenas moléculas
polares, iões e macromoléculas são capazes de se deslocar entre o núcleo e o citoplasma.
Assim, o complexo de poro nuclear é responsável pelo trânsito selectivo de proteínas e RNAs
entre núcleo e citoplasma. As pequenas moléculas são capazes de passar através de canais
abertos no complexo de poros nucleares por difusão passiva, já as macromoléculas são
transportadas por um mecanismo selectivo dependente de energia que actua para importar ou
exportar proteínas e RNAs.
As proteínas ribossomais são sintetizadas no citoplasma
sendo os seus genes transcritos pela RNA polimerase II. Estas
proteínas são transportadas do citoplasma para o núcleolo onde são
unidas com os pré-rRNAs para formar partículas pré-ribossomais.
A associação da maioria das proteínas começa enquanto o
pré.rRNA ainda está a ser sintetizado mas algumas, assim como o
rRNA 5S, são incorporadas já durante a clivagem do mesmo.
Associam-se aos corpos espiralados em algumas fases do ciclo celular. São enriquecidos em factores de clivagem da
extremidade 3’ dos RNAs.
• Grânulos intercromatínicos
Surgem à periferia das regiões de cromatina condensada em associações de 30 a 50 grânulos ligados por fibrilas
pericromatínicas; têm marcação autorradiográfica muito intensa.
THE CELL – A Molecular Approach, 2nd ed.; Cooper, 2000; Figure 85
• Focos de transcrição
O complexo de poro nuclear é constituído por oito complexos
proteicos de sustentação ligados a anéis nas faces citoplasmática e nuclear
do invólucro nuclear. O conjunto rodeia um canal central onde se situa o
transportador central, através do qual ocorre o transporte molecular. O
anel citoplasmático possui prolongamentos filamentosos os quais
desempenham uma função no reconhecimento das moléculas a
transportar. Também o anel nuclear estende filamentos que formam uma
estrutura com forma de cesto nuclear.
São locais de associação de enzimas (RNA polimerase II) em actividade e dos seus transcritos; localizam-se na área extranucleolar.
• Focos de replicação
Estão distribuídos uniformemente pelo núcleo agrupando componentes da replicação do DNA (Factores de replicação, DNA
polimerase α, DNA primase, Topoisomerase II, RNA polimerase II).
Agradecimentos:
THE CELL – A Molecular Approach, 2nd ed.; Cooper, 2000; Figure 8.7
- Profª Dra. Delminda Neves pelo apoio prestado na elaboração deste trabalho.
Inicialmente ocorre a clivagem dentro do espaçador transcrito
externo (ETS) próximo da extremidade 5’ do pré-rRNA 45S. Esta
clivagem é feita pelo snoRNA U3, o snoRNA mais abundante do
nucléolo. Segue-se a remoção do ETS da extremidae 3’. Depois,
ocorre a clivagem na extremidade 5’ da região 5.8S que separa
2precursores, 1 para o rRNA 18S e outro para o rRNA 5.8S + 28S.
O snoRNA U8 é responsável pela clivagem do pré-rRNA que
forma os rRNAs 5.8S e 28S; o snoRNA é responsável pela
clivagem do pré-rRNA que forma o rRNA 18S.
THE CELL – A Molecular Approach, 2nd ed.; Cooper, 2000; Figure 8.26
Outros domínios funcionais do núcleo
O espaço entre a membrana nuclear externa e interna designa-se por cisterna perinuclear, o qual está em continuidade com as
cisternas do retículo endoplasmático. Deste modo, a membrana nuclear externa apresenta na sua face citoplasmática ribossomas sendo
funcionalmente similar às membranas do retículo endoplasmático. As membranas nucleares funcionam como barreira de separação dos
componentes nucleares do citoplasmáticos.
No processamento do pré-rRNA intervêm proteínas
ribossomais e snoRNAs – pequenos RNAs nucleolares.
As partículas pré-ribossomais depois amadurecem, sendo
transportadas para o citoplasma como subunidade grande (rRNAs
5S, 5.8S e 28S) e pequena do ribossoma ( rRNA 18S), sendo que a
segunda amadurece mais rapidamente. A sua exportação a partir do
núcleo, parece ser devida a sinais de exportação presentes nas
proteínas ribossomais.
THE CELL – A Molecular Approach, 2nd ed.; Cooper, 2000; Figure 8.28
Bibliografia:
- Tese de doutoramento de Prof.a Dra. Delminda Neves apresentada à Universidade do Porto em 2001;
- "The Cell. A Molecular approach."- 3rd ed. G.M. Cooper, AMS Press, U.S.A. 2004”;
- "Molecular Biology of the Cell." – 4th ed., Alberts, Bray, Lewis, Raff, Roberts and Watson, Garland Publishing, Inc. New York, 2002.
(1) Razin e Gromova (1995) The channels model of nuclear matrix structure. Bio Essays 17, 443 - 450
(2)http://images.google.com/imgres?imgurl=http://cellbio.utmb.edu/cellbio/nucleus2.jpg&imgrefurl=http://cellbio.utmb.edu/cellbio/nucleus.htm&h=604&w=437&sz=62&tbnid=AwVlMdOIvrMJ:&tbnh=133&tbnw=96&hl=en&start=7&prev=/images%3Fq%3DNucleus%26hl
%3Den%26lr%3D
(3)http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.cbs.dtu.dk/staff/dave/roanoke/fg16_05a.jpg&imgrefurl=http://www.cbs.dtu.dk/staff/dave/roanoke/genetics980218.html&h=480&w=560&sz=36&tbnid=1_B6l61iIcgJ:&tbnh=112&tbnw=131&hl=en&start=12&prev=/im
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