NUCLÉOLO: CARACTERÍSTICAS, ESTRUTURA, MORFOLOGIA E FUNÇÕES - BIOLOGIA - 2025

O nucléolo é uma estrutura celular não delimitada por uma membrana, sendo uma das áreas mais proeminentes do núcleo. É observada como uma região mais densa no núcleo e é subdividida em três regiões: o componente fibrilar denso, o centro fibrilar e o componente granular.

É o principal responsável pela síntese e montagem dos ribossomos; no entanto, essa estrutura também tem outras funções. Mais de 700 proteínas foram encontradas no nucléolo que não estão envolvidas nos processos de biogênese do ribossomo. Da mesma forma, o nucléolo está envolvido no desenvolvimento de diferentes patologias.

O primeiro pesquisador a observar a zona do nucléolo foi F. Fontana em 1781, há mais de dois séculos. Então, em meados da década de 1930, McClintock foi capaz de observar essa estrutura em seus experimentos com Zea mays. Desde então, centenas de investigações têm se concentrado em compreender as funções e a dinâmica dessa região do núcleo.

Características gerais

O nucléolo é uma estrutura proeminente localizada dentro do núcleo das células eucarióticas. É uma “região” em forma de esfera, visto que não existe nenhum tipo de biomembrana que a separe dos demais componentes nucleares.

Ela pode ser vista ao microscópio como uma sub-região do núcleo quando a célula está na interface.

É organizado em regiões chamadas NORs (por sua sigla em inglês: cromossômicos nucleolar organizer region), onde se encontram as sequências que codificam os ribossomos.

Esses genes estão em regiões específicas dos cromossomos. Em humanos, eles são organizados em tandem nas regiões satélites dos cromossomos 13, 14, 15, 21 e 22.

No nucléolo ocorre a transcrição, processamento e montagem das subunidades que compõem os ribossomos.

Além de sua função tradicional, o nucléolo está relacionado a proteínas supressoras de tumor, reguladores do ciclo celular e até mesmo proteínas de vírus.

As proteínas do nucléolo são dinâmicas e sua sequência parece ter sido conservada ao longo da evolução. Destas proteínas, apenas 30% foram associadas à biogênese do ribossomo.

Estrutura e morfologia

O nucléolo é dividido em três componentes principais, distinguíveis pela microscopia eletrônica: o componente fibrilar denso, o centro fibrilar e o componente granular.

Geralmente, é circundado por cromatina condensada, chamada heterocromatina. No nucléolo, ocorrem os processos de transcrição do RNA ribossomal, processamento e montagem de precursores ribossômicos.

O nucléolo é uma região dinâmica, onde as proteínas cujos componentes podem rapidamente se associar e se separar dos componentes nucleolares, criando uma troca contínua com o nucleoplasma (substância gelatinosa interna ao núcleo).

Em mamíferos, a estrutura do nucléolo varia com os estágios do ciclo celular. Na prófase, uma desorganização do nucléolo é observada e ele se recompõe ao final do processo mitótico. A atividade transcricional máxima no nucléolo foi observada nas fases S e G2.

A atividade da RNA polimerase I pode ser afetada por diferentes estados de fosforilação, modificando assim a atividade do nucléolo durante o ciclo celular. O silenciamento durante a mitose ocorre devido à fosforilação de diferentes elementos, como SL1 e TTF-1.

No entanto, esse padrão não é comum em todos os organismos. Por exemplo, na levedura, o nucléolo está presente - e ativo - durante todo o processo de divisão celular.

Centros fibrilares

Os genes que codificam para o RNA ribossomal estão localizados nos centros fibrilares. Esses centros são regiões claras rodeadas por componentes fibrilares densos. Os centros fibrilares são variáveis ​​em tamanho e número, dependendo do tipo de célula.

Um certo padrão foi descrito com respeito às características dos centros fibrilares. As células com alta síntese de ribossomo têm um baixo número de centros fibrilares, enquanto células com metabolismo reduzido (como os linfócitos) têm centros fibrilares maiores.

Há casos específicos, como em neurônios com metabolismo muito ativo, cujo nucléolo possui centro fibrilar gigante, acompanhado de centros menores e menores.

Componente fibrilar denso e componente granular

O componente fibrilar denso e os centros fibrilares estão embutidos no componente granular, cujos grânulos têm um diâmetro de 15 a 20 nm. O processo de transcrição (passagem da molécula de DNA para RNA, considerada a primeira etapa da expressão gênica) ocorre nos limites dos centros fibrilares e no componente fibrilar denso.

O processamento do pré-RNA ribossomal ocorre no componente fibrilar denso e o processo se estende ao componente granular. Os transcritos se acumulam no componente fibrilar denso e as proteínas nucleolares também estão localizadas no componente fibrilar denso. É nesta região que ocorre a montagem dos ribossomos.

Após a conclusão desse processo de montagem do RNA ribossomal com as proteínas necessárias, esses produtos são exportados para o citoplasma.

O componente granular é rico em fatores de transcrição (SUMO-1 e Ubc9 são alguns exemplos). Normalmente, o nucléolo é cercado por heterocromatina; Acredita-se que esse DNA compactado desempenhe um papel na transcrição do RNA ribossomal.

Em mamíferos, o DNA ribossomal nas células é compactado ou silenciado. Esta organização parece ser importante para a regulação do DNA ribossomal e para a proteção da estabilidade genômica.

Região de organização nucleolar

Nesta região (NOR), os genes (DNA ribossômico) que codificam para o RNA ribossômico são agrupados.

Os cromossomos que compõem essas regiões variam de acordo com as espécies em estudo. Em humanos, eles são encontrados nas regiões satélites dos cromossomos acrocêntricos (o centrômero está localizado próximo a uma das extremidades), especificamente nos pares 13, 14, 15, 21 e 22.

As unidades de DNA do ribossomo consistem na sequência transcrita e um espaçador externo necessário para a transcrição pela RNA polimerase I.

Em promotores de DNA ribossomal, dois elementos podem ser distinguidos: um central e um elemento localizado a montante (a montante).

Recursos

Máquinas formadoras de RNA ribossomal

O nucléolo pode ser considerado uma fábrica com todos os componentes necessários para a biossíntese dos precursores do ribossomo.

O RNA ribossomal ou ribossômico (ácido ribonucléico), comumente abreviado como rRNA, é um componente dos ribossomos e participa da síntese de proteínas. Este componente é vital para todas as linhagens de seres vivos.

O RNA ribossomal associa-se a outros componentes de natureza proteica. Essa ligação resulta em pré-subunidades ribossomais. A classificação do RNA ribossômico é geralmente fornecida acompanhada da letra "S", que indica as unidades de Svedberg ou coeficiente de sedimentação.

Organização dos ribossomos

Os ribossomos são compostos de duas subunidades: a maior ou grande e a pequena ou secundária.

O RNA ribossomal de procariotos e eucariotos é diferenciável. Em procariotos, a subunidade grande é 50S e é composta por RNAs ribossômicos 5S e 23S, da mesma forma que a subunidade pequena é 30S e é composta apenas por RNA ribossômico 16S.

Em contraste, a subunidade principal (60S) é composta por RNAs ribossômicos 5S, 5.8S e 28S. A pequena subunidade (40S) é composta exclusivamente por RNA ribossomal 18S.

No nucléolo estão os genes que codificam para os RNAs ribossômicos 5.8S, 18S e 28S. Esses RNAs ribossômicos são transcritos como uma única unidade dentro do nucléolo pela RNA polimerase I. Esse processo resulta em um precursor de RNA 45S.

O referido precursor de RNA ribossômico (45S) deve ser clivado em seus componentes 18S, pertencentes à subunidade pequena (40S) e a 5,8S e 28S da subunidade grande (60S).

O RNA ribossômico ausente, 5S, é sintetizado fora do nucléolo; Ao contrário de suas contrapartes, o processo é catalisado pela RNA polimerase III.

Transcrição de RNA ribossomal

Uma célula precisa de um grande número de moléculas de RNA ribossômico. Existem várias cópias dos genes que codificam esse tipo de RNA para atender a esses requisitos elevados.

Por exemplo, com base em dados encontrados no genoma humano, existem 200 cópias para RNAs ribossômicos 5.8S, 18S e 28S. Para o RNA ribossômico 5S, existem 2.000 cópias.

O processo começa com o RNA ribossomal 45S. Ele começa com a remoção do espaçador próximo à extremidade 5 ′. Quando o processo de transcrição é concluído, o espaçador restante localizado na extremidade 3 'é removido. Após as deleções subsequentes, o RNA ribossomal maduro é obtido.

Além disso, o processamento do RNA ribossomal requer uma série de modificações importantes em suas bases, como processos de metilação e conversão de uridina em pseudouridina.

Posteriormente, ocorre a adição de proteínas e RNAs localizados no nucléolo. Entre eles estão os pequenos RNAs nucleolares (pRNA), que participam da separação dos RNAs ribossomais nos produtos 18S, 5.8S e 28S.

Os PRNAs possuem sequências complementares aos RNAs ribossômicos 18S e 28S. Portanto, eles podem modificar as bases do RNA precursor, metilando certas regiões e participando da formação da pseudouridina.

Conjunto ribossomo

A formação de ribossomos envolve a ligação do RNA ribossômico pai, junto com as proteínas ribossômicas e 5S. As proteínas envolvidas no processo são transcritas pela RNA polimerase II no citoplasma e devem ser transportadas para o nucléolo.

As proteínas ribossomais começam a se associar aos RNAs ribossômicos antes que ocorra a clivagem do RNA ribossômico 45S. Após a separação, as proteínas ribossômicas restantes e o RNA ribossômico 5S são adicionados.

A maturação do RNA ribossomal 18S ocorre mais rapidamente. Finalmente, as "partículas pré-fibrossômicas" são exportadas para o citoplasma.

Outras funções

Além da biogênese dos ribossomos, pesquisas recentes descobriram que o nucléolo é uma entidade multifuncional.

O nucléolo também está envolvido no processamento e maturação de outros tipos de RNA, como os snRNPs (complexos de proteína-RNA que se combinam com o RNA pré-mensageiro para formar o spliceossomo ou complexo de splicing) e certos RNAs de transferência., microRNAs e outros complexos de ribonucleoproteína.

Por meio da análise do proteoma do nucléolo, foram encontradas proteínas associadas ao processamento do RNA pré-mensageiro, ao controle do ciclo celular, à replicação e reparo do DNA. A constituição proteica do nucléolo é dinâmica e muda sob diferentes condições ambientais e estresse celular.

Da mesma forma, existe uma série de patologias associadas ao funcionamento incorreto do nucléolo. Estes incluem anemia Diamond - Blackfan e doenças neurodegenerativas, como Alzheimer e doença de Huntington.

Em pacientes com Alzheimer, ocorre uma alteração nos níveis de expressão do nucléolo, em comparação com pacientes saudáveis.

O nucléolo e o câncer

Mais de 5000 estudos demonstraram a relação entre a proliferação de células malignas e a atividade do nucléolo.

O objetivo de algumas investigações é quantificar as proteínas do nucléolo para fins de diagnóstico clínico. Em outras palavras, o objetivo é avaliar a proliferação do câncer utilizando essas proteínas como marcador, especificamente as subunidades B23, nucleolina, UBF e RNA polimerase I.

Por outro lado, verificou-se que a proteína B23 está diretamente relacionada ao desenvolvimento do câncer. Da mesma forma, outros componentes nucleolares estão envolvidos no desenvolvimento de patologias como a leucemia promielocítica aguda.

O nucléolo e vírus

Existem evidências suficientes para afirmar que os vírus, tanto de plantas quanto de animais, precisam de proteínas do nucléolo para atingir o processo de replicação. Há alterações no nucléolo, em termos de sua morfologia e de sua composição protéica, quando a célula sofre uma infecção viral.

Um número significativo de proteínas foram encontradas que vêm de sequências de DNA e RNA que contêm vírus e estão localizadas no nucléolo.

Os vírus possuem diferentes estratégias que permitem sua localização nessa região subnuclear, como proteínas virais que contêm “sinais” que os levam ao nucléolo. Essas marcas são ricas nos aminoácidos arginina e lisina.

A localização dos vírus no nucléolo facilita sua replicação e, além disso, parece ser um requisito para sua patogenicidade.

Referências

1. Boisvert, FM, van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, AI (2007). O nucléolo multifuncional. Nature reviews Molecular cell biology, 8 (7), 574–585.
2. Boulon, S., Westman, BJ, Hutten, S., Boisvert, F.-M., & Lamond, AI (2010). O Nucleolus sob Stress. Molecular Cell, 40 (2), 216–227.
3. Cooper, CM (2000). The Cell: A Molecular Approach. 2ª edição. Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Nucléolo: o fascinante corpo nuclear. Histochemistry and Cell Biology, 129 (1), 13–31.
4. Horký, M., Kotala, V., Anton, M., & WESIERSKA - GADEK, J. (2002). Nucléolo e apoptose. Annals of the New York Academy of Sciences, 973 (1), 258-264.
5. Leung, AK e Lamond, AI (2003). A dinâmica do nucléolo. Critical Reviews ™ in Eucaryotic Gene Expression, 13 (1).
6. Montanaro, L., Treré, D., & Derenzini, M. (2008). Nucleolus, Ribosomes, and Cancer. The American Journal of Pathology, 173 (2), 301–310.
7. Pederson, T. (2011). The Nucleolus. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 3 (3), a000638.
8. Tsekrekou, M., Stratigi, K., & Chatzinikolaou, G. (2017). The Nucleolus: In Genome Maintenance and Repair. International Journal of Molecular Sciences, 18 (7), 1411.