NUCLEOLO

La primera mención del nucléolo fue por Fontana (1781), pero el nombre fue acuñado por Valentin significa literalmente pequeño núcleo. El nucléolo fue identificado por colorantes básicos Y la cromatina en la constricción secundaria fue el elemento genético que organizó el nucléolo ,que ahora se llama la región organizadora nucleolar o NOR .

El nucléolo es un compartimento nuclear formado por cromatina y visible al microscopio óptico donde la célula produce los ribosomas. Además, alrededor de 80 proteínas ribosómicas deben ser sintetizados e importados en el nucléolo para cada ribosoma hecho. Sus dimensiones varían dependiendo de la actividad de la célula y puede llegar a ser muy grande, del orden de micrómetros de diámetro. Normalmente las células que están realizando una gran síntesis proteica poseen nucléolos grandes.

En la actualidad está claro que los nucléolos son orgánulos celulares multifuncionales y participan en la proliferación celular ,estado de reposo , la diferenciación , maduración , envejecimiento y muerte. Por lo tanto el nucléolo participa en la creación de la maquinaria citoplásmica de traducción necesaria para la vida y la función celular.

CARACTERISTICAS GENERALES

El nucléolo es de forma irregular situado al interior del núcleo. Corresponde a una formación densa dentro del núcleo No posee membrana que lo delimite. Se encuentran en todos los núcleos de las células eucariotas que poseen núcleo

definido con excepción de algunos espermatozoides y los núcleos de segmentación de los anfibios .

Es mucho más visible en los momentos de síntesis de ribosomas . Se observa en diferentes tipos celulares principalmente animales y vegetales . Se dan procesos relacionados con la generación de ribosomas No proceden de otros nucléolos preexistentes o que se hayan formado por

división de estas.MORFOLOGÍA:

El nucléolo es aproximadamente esférico y está rodeado por una capa de cromatina condensada. El nucléolo es la región heterocromática más destacada del núcleo. En el nucléolo se distinguen dos partes: zona central de tipo fibrilar, constituida por filamentos de cromatina y se corresponde con el organizador nucleolar; zona externa o granulosa, constituida por gránulos de ribonucleoproteinas que son parecidas a los ribosomas.

ESTRUCTURA:Se distinguen los siguientes componentes:

- Parte amorfa o nucleoplasma: Corresponde a los espacios de escasa densidad a los electrones que forman cavidades intercomunicadas en la parte densa. Contiene gránulos de DNA.- Parte densa o nucleolonema: Se distinguen:

Parte granular: Formada por agrupaciones de gránulos de unos 25 nm de diámetro, que contienen ribonucleoproteínas. · Parte fibrilar: Más densa que la anterior, constituida por fibrillas de unos 8-10 nm, también formadas por ribonucleoproteínas. · Centro fibrilar: Muy evidente en algunos nucléolos, donde puede haber varios centros fibrilares y de densidad inferior a la de las partes granular y fibrilar. Consiste en finas fibrillas de

7-9 nm. Contiene DNA y algo de RNA. Debido al contenido en DNA, se ha considerado que los centros fibrilares corresponden a organizadores nucleolares en fase activa o de transcripción.

*NUCLEOLONEMA: El nucleolonema fue observado al microscopio óptico, en células con tinción histológica.En muchos nucléolos se observa también una masa fibrilar densa que contiene exclusivamente ADN. Es la heterocromatina asociada al nucléolo y corresponde a la heterocromatina telomérica de los organizadores nucleolares.

COMPOSICIÓN QUÍMICA:

.La proporción de RNA en el nucléolo es muy variable y depende del tipo celular y del estado funcional. Se calcula como valor medio un 10 %, aunque en algunascélulas alcanza el 30 %. El componente mayoritario corresponde a las proteínas, queconstituyen prácticamente el resto del nucléolo. Se trata de fosfoproteínas (ácidas) y otras proteínas muy diversas, algunas de las cuales son básicas. El nucléolo es el lugar donde se produce la síntesis, el procesamiento y la modificación del pre-ARN con reunión inicial previa a los ribosomas. El nucléolo está formado por proteínas y ADN ribosomal (ADNr). El ADNr es un componente fundamental ya que es utilizado como molde para la transcripción del ARN ribosómico(ARNr).. Entre las proteínas del nucléolo se encuentran las snRNP (ribonucleoproteínas nucleares pequeñas), que intervienen en la maduración del rRNA y ayudan a la construcción del ribosoma. También se han detectado enzimas principalmente las necesarias para la síntesis de RNA y su procesamiento.El nucléolo comprende tres elementos:

a) Centros fibrilares:

- Son genes de ARNr repetidos que contienen cromatina, ARN polimerasa y SRP.

- Contienen cromatina y factores de transcripción, incluida ADN polimerasa I.b) Un componente fibrilar denso alrededor de los centros fibrilares: Es el lugar de procesamiento del pre-ARN, contiene pequeñas nucleoproteínas implicadas en la modificación del ARN.- Contiene fibrilarina y nucleolina.

c) Un componente granular:

- Son los lugares de ensamblaje de las subunidades ribosomales.- Supone aproximadamente un 75% de la masa del nucléolo. Los gránulos se corresponden con pre ribosomas.

TTF1: Es una proteína nucleolar multifuncional que termina la transcripción del gen ribosómico y regula la transcripción de ARN polimerasa I de la cromatina. Desempeña un doble papel en la regulación del rDNA (DNA-ribosómico), estando implicado tanto en la activación y silenciamiento de la transcripción del rDNA.

ASE1: Se encontró que el ASE-1 contiene dos dominios: un dominio rico en glicina y otro rico en arginina fenilalanina, aparentemente este dominio es de interacción de nucleótidos y una región básica / ácida alterna, se produce en los centros fibrilares del nucléolo en interfase, y durante la división celular se localiza en las regiones organizadoras del nucléolo de los cromosomas. ASE-1 co-localiza la ARN polimerasa I con el factor de iniciación de la transcripción NOR-90 lo largo de todas las etapas del ciclo celular.

NOR-90: Ha sido identificado como un “upstream binding factor” (UBF) el cual se une al promotor del gen de ARN ribosómico y aumenta la actividad transcripcional de la ARN polimerasa 1

La nucleofosmina: Pertenece a la familia de chaperonas de las nucleoplasminas; es una fosfoproteína de localización fundamentalmente nucleolar, que se desplaza constantemente del núcleo al citoplasma. Se ha descrito un gran número de proteínas que interaccionan con la nucleofosmina, juega un papel relevante en diversas funciones celulares, incluidas la duplicación centrosómica, la biogénesis de los ribosomas, la respuesta al daño celular y la reparación del ADN

NOP 52 :está presente en diversas especies de Xenopus laevis a humano. La secuencia de aminoácidos deducida del ADNc de la proteína NO52 define un polipéptido de una masa calculada de 52,8 kDa.Está altamente concentrada en el componente granular del nucleolo .La proteína NO52 ha sido identificado como un constituyente de las partículas pre-ribosomal libres, pero está ausente de los ribosomas citoplasmático. 

MAQUINARIA NUCLEOLAR

. Centros fibrilares y componentes fibrilares poseen principalmente fibrilarina y nucleolina; nucleofosmina es característico para las regiones con componentes granulares .El ARN polimerasa y factor 1 de transcripción nucleolar (UBTF) se almacenan en centros fibrilares pero actuando en su periferia o en las regiones circundantes con fibrilar

Últimos análisis de proteómica nucleolar, han revelado un total de 728 proteínas nucleolares endógenas, algunas de localización permanente y otras transitorias.

Se indican que el 30% de las proteínas nucleolares NO han sido descritas y se desconoce su función.

FIBRILARINA: exclusivamente detectada en el nucleolo y en los cuerpos de Cajal, es una proteína de 34kd, y representan el principal componente las proteínas del complejo nucleolar y participa en el procesamiento de rARN .El retraso en la síntesis de esta proteína puede ser la consecuencia de una alterada organización nucleolar

NUCLEOSTEMINA: Proteína fijadora de el p53 que regula el ciclo celular y tiene un efecto sobre la diferenciación de ésta.Conforme avanza la diferenciación celular, la concentración de ésta disminuye.Su presencia enlas células malignas indica que podría desempeñar algún papel en su proliferación descontrolada

NUCLEOLINA (NCL): Proteína codificada en humanos por el gen NCL. Fosfoproteína nucleolar eucariótica, implicada en la síntesis y maduración de los

ribodomas. Localizado principalmente en regiones fibrilares densas del nucléolo. Consta de 14 exones y 13 intrones.

Número y tamaño

el número de nucléolos no se puede determinar con precisión, ya que estos se fusionan en células humanas poco después de la entrada de la celula a interfase. Este fenómeno ha sido ilustrada mediante videos de microscopía durante otros periodos de interfase .Los nucleolos varían en forma , capacidad detinción, y su comportamiento ,lo que hace difícil su clasificación por solo microscopía optica. La forma de los nucléolos puede diferir notablemente de un tipo de célula a otra, e incluso dentro de una sola célula . Ellos se tiñen generalmente por colorantes ácidos son de 0,5 um de diámetro en los linfocitos maduros de 3-9 um en la proliferación de células.

CROMATINA ASOCIADA AL NUCLÉOLO: ORGANIZADOR NUCLEOLAR

El organizador nucleolar es una estructura del cromosoma similar a una constricción secundaria del cromosoma metafásico, que en la interfase formará un nucléolo en torno a ella. Aparece como una constricción telomerica, constituyendo una región de fibrillas poco densas, más laxas que las de la cromatina. Esta constricción posee proteínas semejantes a las del nucléolo. Son fibras de cromatina empaquetadas de forma diferente a las del resto del cromosoma. El organizador nucleolar se encuentra separado del resto de la cromatina por heterocromatina telomérica. No aparece en todos los cromosomas del cariotipo de una especie, sólo en algunos (Cromosomas 13, 14, 15, 21 y 22 del cariotipo humano)..

CICLO DEL NUCLEOLO:

Etapas del ciclo nucleolar.-

Durante la interfase, no hay cambios en el nucléolo, solo aumenta su volumen y tiene tendencia a la fusión .Igual que ocurre con los cromosomas, el comportamiento del nucléolo es muy diferente según se consideren células interfásico o mitóticas.Durante la división celular, el nucléolo experimenta una serie de cambios que determinan un tipo de conducta nucleolar,el ciclo mitótico típico del nucléolo, que ocurre en la mayoría de las células. Este consiste fundamentalmente en tres procesos:

1. Desorganización profásica: Es un proceso en el que el nucléolo presenta las siguientes características: disminución de tamaño, forma irregular (polilobulada o estrellada), disminución de la afinidad tintorial y aparición de pequeñas masas de material nucleolar libres entre los cromosomas profásicos.

2. Transporte metafásico y anafásico: : En esta etapa el nucléolo ha perdido su individualidad. Sus constituyentes se han dispersado por el núcleo profásico y terminan incorporándose a los cromosomas metafásicos. No se puede observar porque se ha desorganizado.

3. Reorganización telofásica: En la primera mitad de la telofase aparecen cuerpos laminares (cada vez son mas grandes) entre los cordones cromosómicos en vías de descondensación. Al mismo tiempo, se observan cuerpos más esféricos, resultado de la aglomeración y fusión de los más pequeños. Estos cuerpos presentan todas las características morfológicas y reactivas propias del nucléolo interfásico, denominándose cuerpos prenucleolares. Dan origen al nucleolo interfásico propiamente dicho.

El ciclo nucleolar aparece ligeramente retrasado en sus fases morfológicas respecto al ciclo cromosómico. La desorganización profásica comienza después de iniciada la profase y termina después de iniciada la prometafase. La reorganización telofásica comienza después de iniciada la telofase y termina después de iniciada la interfase.

FUNCION PRINCIPAL: BIOGENESIS DE RIBOSOMAS

La función principal del nucléolo es la biosíntesis de ribosomas desde sus componentes de ADN para formar ARN ribosomal. Aunque el nucléolo desaparezca en división, algunos estudios actuales aseguran que regula el ciclo celular.

El nucléolo es el lugar donde tiene lugar la transcripción y el procesamiento del RNAr y del ensamblaje de las pre-subunidades de los ribosomas, el nucléolo es pues la fábrica de producción de los ribosomas. Los ribosomas de las células eucariotas contienen cuatro diferente moléculas de RNA ribosómico (RNAr): 28 S, 18 S, 5.8 S, y 5 S. La subunidad mayor

60S del ribosoma contiene los RNA ribosómicos 28 S, 5.8 S y 5 S, mientras que la subunidad menor 40S contiene el RNAr 18 S. Las tres RNAr moléculas, 18 S, 5.8 y 28 S son sintetizadas en el nucleolo, mientras que el 5S ARNr es sintetizado por la RNA polimerasa III fuera del mismo en otra región del nucleoplasma.

. El genoma humano por ejemplo contiene aproximadamente unas doscientas copias del gen que codifica para los RNAr 28 S, 18 S, 5.8 S dispuestas de manera secuencial (en tándem)

Síntesis y procesamiento de los RNAr

Los RNAr nucleolares 18 S, 5.8 y 28 S son sintetizados (transcriptos) por la RNA polimerasa I a partir de los genes (DNAr) que codifican los RNAr.

. Este procesamiento del pre-RNAr requiere de la intervención de un numerosas grupos de proteínas (unas 300) y RNAs localizados en el nucléolo, denominados RNAs nucleolares pequeños (RNAsno), los cuales al unirse a proteínas constituyen unas partículas denominadas proteínas ribonucleares pequeñas (abreviadamente RNPsno). Cada RNPsno está constituida por un único RNAsno asociado a ocho o diez proteínas.

Para alcanzar la madurez funcional los RNAr sufren una extensiva modificaciones covalentes, metilaciones de ciertas bases nitrogenadas y de residuos de ribosa (los grupos hidroxilos 2' (2'-O-metilación) o la conversión de uridina en pseudouridina (Ψ). Estas modificaciones que requieren de la actividad de las RNPsno, la mayoría de los RNAsno contienen secuencias cortas de 15 nucleótidos que son complementarias a las secuencias de los RNAr 18s y 28s que sirven para reconocer, seleccionar (e.g.los sitios de metilación) y dirigir a las enzimas que catalizan las modificaciones al sitio adecuado de las secuencias del pre-RNA. En las células animales el procesamiento de pre-RNAr 47S implica la metilación de aproximadamente cien restos de ribosa y 10 bases, además de la formación de cien pseudouridina. La mayoría de estas modificaciones ocurre durante o inmediatamente después de la síntesis de pre-RNAr aunque algunas tienen lugar en etapas posteriores del procesamiento del pre-RNAr.

 ENSAMBLAJE DE LOS RIBOSOMAS

32 proteínasribosomales y 1798nucleótidos que contiene la forma ARNr 18S en la subunidad menor,mientras quela subunidad mayor sehizohastade46proteínasribosomales ytres especiesde ARNr:

25S ARNr - 3392nucleótidos 5.8S ARNr - 158nucleótidos 5S ARNr- 121nucleótidos

El ARNpolimerasa( PolI)que proporciona25S ,5.8S ,y18SARNr ;ARNpolimerasaII( PolII )transcribelos genesde proteínasribosómicas,y ARN polimerasa III (PolIII)ofrece5S ARNr.

El uso de colorantes específicos de ADN tales como DAPI y de epifluorescencia muestra al nucleolo que generalmente aparece como una región oscura ,lo que sugiere que carece de ADN.De hecho, el nucléolo es la región más transcripcionalmente activo del núcleo , y por lo tanto, debe contener un número sustancial de genes activos .

NOR: Región organizadora nucleolar:Después de cada división celular, los nucléolos se forman alrededor de las regiones cromosómicas que contienen los genes para los ARNr 5.8S, 18S y 28S, y que por esta razón se denominan regiones organizadoras nucleolares.

La región organizadora nucleolar (NOR) es el sitio cromosómico donde se localizan los clusters de genes ribosómicos que codifican para el ARN ribosómico y que está asociado a una constricción secundaria. Se localizan en un número de cromosomas que varía dependiendo de

la especie. La existencia de una constricción secundaria en esa región cromosómica hace que al segmento cromosómico existente entre la constricción secundaria y el extremo del cromosoma se le denomine satélite cromosómico, de ahí la denominación de cromosomas SAT a aquellos cromosomas donde se encuentran las NORs.

ESTRUCTURAAparece ocupando una posición subterminal en los brazos cortos de 5 cromosomas acrocéntricos en humanos (13, 14, 15,21 y 22), donde se Función En eucariotas, las regiones NORs están implicadas en la organización de los nucléolos (ARN ribosómico y proteínas), relacionados con la formación de los ribosomas que, a su vez, están implicados en la síntesis proteica.

MODIFICACIONES DEL NUCLÉOLO

La actinomicina D, el bromuro de etidio y otros fármacos que se intercalan en el DNA inhibiendo la transcripción provocan una inhibición de la síntesis del RNA de 45 S y originan una separación neta y masiva entre los componentes granulares y fibrilares (segregación nucleolar).La 8-azaguanina y el antibiótico toyocamicina bloquean el paso del RNA de 45 S a 32 S, por lo que se produce una hipertrofia de la parte fibrilar y una disminución de la granular.La tiocetamida bloquea el paso del RNA 32 S al RNA 28 S, y por ello el primero se acumula en el núcleo, ocasionándose una hipertrofia de la parte granular.Las temperaturas superiores a los 45 °C causan la pérdida de la parte granular

POLARIDAD:Los nucleolos están fuertemente involucrados en polaridad. Son tradicionalmente limites celulares , y también hay evidencia de polaridad entre diferentes nucléolos , entre el nucléolo y la envoltura nuclear , y entre los nucléolos y centrómeros ,En la placa metafísica , los NOR delos cromosomas están más cerca unos de otros,esto se podría esperar si la distribución cromosómica fuera al azar . Esta observación indica que sin duda hay una disposición polarizada de los cromosomas que portan los NOR en los núcleos interfásicos.En los núcleos con nucleolos ubicados centralmente, la envoltura nuclear se pliega para formar el canal nucleolar que está en contacto directo con los nucléolos así como la estrecha relación entre los nucléolos y la envoltura nuclear, constituyen especializaciones envoltura nuclear que favorecen los intercambios núcleo-citoplasma .

TIPOS DE ORGANIZACIÓN nucleolar:Los tres dominios del nucléolo; centro fibrilar (FC), componente fibrilar denso (DFC), y componente granular (GC) se encuentran en todos los nucléolos de células de mamíferos, excepto los de los ovocitos, espermatocitos y embriones de células en sus primeras etapas de desarrollo.:. el tipo de organización nucleolar se correlaciona con la actividad de las células respecto a la biogénesis de ribosomas: nucléolos compactos y reticuladas se encuentran en las células de la transcripción de manera activa, de forma segregada y el anillo nucléolos se encuentran en células en reposo o células tratadas con fármacos que inhiben la transcripción,

1. Nucléolo reticulado: está caracterizado por una red de hilos de igual espesor que se compone de cualquiera del componente fibrilar denso(DFC) o del componente granular( GC). La red ha sido llamado el nucleolonema. Los nucléolos reticulados se encuentran en células muy activas y en células de cáncer

2. Nucléolo compacto: se caracterizan por una organización compacta de la componente granular

3. Nucléolos segregados: se caracterizan por la separación del componente de nucleolar

4.Nucléolos en forma de anillo: se caracterizan por un componente fibrilar ( FC) rodeado de

una pequeña cantidad de componente fibrilar densoNUCLEOLOS Y PATOLOGÍA :Los nucléolos son indicadores de la actividad de las células.. La droga, actinomicina D, inhibe la actividad de ARN polimerasa I. Esta inhibición se refleja por el desorganización de nucleolos: se convierten en segregados. Por lo tanto un nucléolo segregado indica que la transcripción de ADNr se ha detenido. La actividad celular elevada se asocia con grandes nucléolos. Esto se evidencia en muchas células cancerosas cuyos nucléolos son generalmente más grandes que en las células normales. Esto se puede utilizar para reconocer las células cancerosas en un tejido .Ademas, los nucléolos de células de cáncer también contienen altas concentraciones de proteínas nucleolares dobles incluyendo proteínas Ag-NORs y los marcadores proliferantes nucleolar Ki-67 y p120.. Las proteínas nucleolares son los objetivos para los anticuerpos autoinmune en (Tan, 1989).