Nucleolus

Il nucleolo è la struttura più grande presente all'interno del nucleo delle cellule eucariotiche. Il suo ruolo principale è la produzione dei ribosomi, ma contribuisce anche all'assemblaggio delle particelle di riconoscimento del segnale ed è coinvolto nella risposta della cellula allo stress. È composto da proteine, DNA e RNA e si forma attorno a specifiche regioni cromosomiche note come regioni organizzatrici del nucleolo. Quando il nucleolo non funziona correttamente, può portare a diverse patologie umane chiamate nucleolopatie, e i ricercatori lo stanno studiando come bersaglio per la chemioterapia antitumorale.

Il nucleolo fu osservato per la prima volta al microscopio ottico a campo chiaro negli anni Trenta dell'Ottocento. Nel 1839, Theodor Schwann scrisse che Matthias Schleiden aveva notato piccoli corpuscoli all'interno dei nuclei cellulari, che chiamò "Kernkörperchen". Una traduzione inglese del 1947 definì questa struttura "nucleolus". Per molti anni la sua funzione rimase sconosciuta. La situazione cambiò nel 1964, quando John Gurdon e Donald Brown studiarono i nucleoli in uova di xenopo. Scoprirono che le uova prive di nucleolo non sopravvivevano, mentre quelle con uno o due nucleoli sì. Ciò dimostrò che il nucleolo è essenziale per la vita. Nel 1966, Max L. Birnstiel e il suo team usarono l'ibridazione degli acidi nucleici per dimostrare che il DNA all'interno del nucleolo codifica per l'RNA ribosomiale.

Al microscopio elettronico, il nucleolo mostra tre parti principali: il centro fibrillare (FC), la componente fibrillare densa (DFC) e la componente granulare (GC). Il DNA ribosomiale viene trascritto nel FC. La DFC contiene la proteina fibrillarina, che aiuta a processare l'rRNA. La GC contiene la nucleofosmina, un'altra proteina coinvolta nell'assemblaggio dei ribosomi.

Questa struttura tripartita è tipica degli eucarioti superiori e potrebbe essersi evoluta da una disposizione bipartita più semplice quando gli anamni hanno lasciato il posto agli amnioti. Alcuni nucleoli, specialmente nelle piante, presentano anche un'area centrale chiara chiamata vacuolo nucleolare. I nucleoli vegetali contengono spesso alti livelli di ferro, a differenza di quelli delle cellule umane e animali. I ricercatori possono studiare la struttura e la dinamica del nucleolo utilizzando il marcatore fluorescente di proteine e la FRAP, o marcare il nucleolo con anticorpi contro la proteina PAF49.

Sebbene una tipica cellula umana abbia dieci regioni organizzatrici del nucleolo, di solito sono visibili solo uno o due nucleoli alla volta, e più NOR spesso si combinano per formare ciascun nucleolo.

L'assemblaggio dei ribosomi nel nucleolo richiede due delle tre RNA polimerasi eucariotiche: Pol I e Pol III. In primo luogo, l'RNA polimerasi I trascrive i geni dell'rRNA come un'unica unità. Questa trascrizione dipende da diversi fattori, come UAF, TBP e CBF nel lievito, o SL1, UBF e altri fattori di inizio nell'uomo. La Pol I produce la maggior parte dei trascritti di rRNA (28S, 18S e 5.8S), mentre la Pol III trascrive separatamente l'rRNA 5S.

Il trascritto iniziale è un lungo pre-rRNA 45S che include spaziatori interni ed esterni trascritti. Questi spaziatori vengono rimossi attraverso un processamento guidato da piccoli RNA nucleolari (snoRNA), che si legano a sequenze specifiche e funzionano come parte di piccole ribonucleoproteine nucleolari (snoRNP). Dopo il processamento, le subunità di rRNA sono pronte per essere assemblate in subunità ribosomiali più grandi. Nel lievito, il rDNA 5S si trova nello spaziatore intergenico ed è trascritto dalla Pol III all'interno del nucleolo.

Negli eucarioti superiori e nelle piante, il DNA 5S si trova al di fuori della regione organizzatrice del nucleolo e viene trascritto dalla Pol III nel nucleoplasma prima di unirsi agli altri componenti ribosomiali.