Cajalin runko

Cajal -kappale (TC) ( eng.  Cajal body, CB ) on solun ytimessä oleva muodostus , jota esiintyy joissakin ydinorganismeissa . Cajal-kappaleiden tyypillinen koko on 1–2 μm, ja yksi solu voi sisältää 0–10 TC:tä [1] . Monilla solutyypeillä ei ole MC:itä, mutta MC:itä löytyy hermosolujen ja syöpäsolujen ytimistä [2] . Cajal-kappaleiden päätehtävä on pienten tuma- ja pienten nukleolaaristen RNA:iden käsittely sekä ribonukleoproteiinikompleksien kokoaminen .

Cajal-kappaleille on tunnusomaista markkeriproteiini coilin ja pienet Cajal-kehon RNA:t ( pienet Cajal - RNA:t ; scaRNA); koiliinin lisäksi motoristen neuronien selviytymisproteiinilla (SMN) on kriittinen rooli Cajal-kappaleiden rakenteellisen eheyden ylläpitämisessä [3] . Cajal-kappaleet sisältävät suuria pitoisuuksia pieniä tuman ribonukleoproteiineja (snRNP :itä ja muita RNA:n prosessointitekijöitä , mikä osoittaa, että Cajal-kappaleet toimivat ydinsilmukointilaitteiston kokoamis- ja/tai transkription jälkeisen muuntamisen paikkoina . Lisäksi TC:t osallistuvat histoni - mRNA :n prosessointiin ja telomeerien pidentymiseen [4] . MC:t ovat olemassa koko välivaiheen ajan , mutta katoavat mitoosin aikana . Cajal-kappaleiden biogeneesi osoittaa itseorganisoituvan rakenteen ominaisuuksia [5] .   

Opiskeluhistoria

Cajal-korpuskkelin kuvasi ensimmäisenä espanjalainen neuroanatomi Santiago Ramón y Cajal  , joka jakoi vuoden 1906 fysiologian tai lääketieteen Nobelin Camillo Golgin kanssa heidän hermoston solurakenteen tutkimuksistaan . Vuonna 1903 Cajal löysi hopeakyllästystekniikalla pienen pyöreän kappaleen, joka löydettiin eri hermosolujen ytimistä . Hän kutsui sitä lisävasikaksi ( espanjaksi: cuerpo accessorio ). Morfologisten tutkimustensa aikana Cajal pystyi havaitsemaan silmukointipilkkuja ( englanniksi splicing specles ), ydintä ja ydinkalvoa . Ne ruumiit, joita Cajal kutsui cuerpo accessorioksi , on kuvattu itsenäisesti useissa eri organismeissa : nisäkkäissä , sammakkoeläimissä , hyönteisissä ja kasveissa . Heille annettiin erilaisia ​​nimiä: kierretyt kappaleet ( eng. coiled body ) hiiren , rotan ja ihmisen soluissa , endoteeli ( saksa: Binnenkörper ) hyönteisissä, jotka liittyvät kasvien kehon ytimiin. Coilin-proteiinin löytäminen HeLa -solujen kierretyistä kappaleista toi järjestyksen tälle lukuisille nimille . Anti-coilin-vasta- aineet ovat toimineet hyvinä merkkiaineina kiertyneille kappaleille selkärankaisten soluissa ja jopa nukleolaareihin liittyville kappaleille hernesoluissa ( Pisum sativum ). Nyt on selvää, että kelaa sisältäviä homologisia ydinalaosastoja on läsnä monissa eukaryooteissa. Tämän yhteisyyden vahvistamiseksi ja terminologian saattamiseksi yhdeksi kaavaksi ehdotettiin coiliinia sisältäville ydinkappaleille nimeä "Cajal body" [6] . Vuonna 2002 Cajal-kappaleita eristettiin ensimmäistä kertaa elävistä soluista (HeLa-soluista) [7] .     

Komponentit

Cajal-kappaleet ovat pienten tuma-RNA: iden (snRNA:iden) ja pienten nukleolaaristen RNA:iden (snoRNA:iden) modifikaatiopaikkoja ja kokoonpanoa ja osa RNP :n elinkaarta . Cajal-kappaleille on tunnusomaista koiliiniproteiini, pienet tuman ribonukleoproteiinit (snRNP:t), pienet nukleolaariset ribonukleoproteiinit (snRNP:t), telomeraasi - RNP:t ja RNP:n kokoamis- ja kypsymistekijät sekä motoristen hermosolujen selviytymisproteiinin (SMN ) muodostamat kompleksit. ). Moniproteiinikompleksi Integrator, joka käsittelee snRNA:n 3'-päitä ja ylläpitää TA:n eheyttä, voi myös olla TA:n komponentti [8] .

Coilin

Koiliinin löytämisen jälkeen HeLa-soluista tästä proteiinista tuli nopeasti tyypillinen markkeri Cajal-kappaleille nisäkässoluissa. Ihmisillä ja hiirillä coiliini on suunnilleen samankokoinen (62,6 kDa ja 62,3 kDa, vastaavasti), ja niiden aminohapposekvenssien välillä on suuri samankaltaisuus . Xenopus - sammakossa on hieman vähemmän koiliinia (59,6 kDa) ja sen aminohapposekvenssi eroaa merkittävästi näiden kahden nisäkäsproteiinin aminohapposekvenssistä. Selkärankaisten ulkopuolella on äärimmäisen vaikeaa määrittää coiliinin homologit aminohapposekvenssin perusteella. Arabidopsis- ja Drosophila - lajeissa on kuvattu kiistattomia kierukkaortologeja , mutta toistaiseksi niitä ei ole löydetty sukkulamatosta Caenorhabditis elegans , Saccharomyces cerevisiae -hiivasta ja muista tärkeistä ei-selkärankaisista malliorganismeista [9] .

Huolimatta siitä, että coilin on helppo käyttää Cajal-kappaleiden merkkiaineena, itse coiliinista proteiinina tiedetään vain vähän: varsinkaan ei ole vielä tietoa siitä, mitä biokemiallisia toimintoja se voi suorittaa Cajal-kehossa. Coilin sitoutuu motoriseen neuronien selviytymisproteiiniin (SMN) ja erilaisiin Sm- ja LSm -ryhmien proteiineihin , joten se voi olla mukana snRNP:iden kokoamisessa tai modifioinnissa. Hiirissä, Arabidopsisissa ja Drosophilassa havaittiin vahvaa näyttöä siitä, että MC-muodostukseen tarvitaan kela. Seeprakalalla morfolinon aiheuttama coilin -geenin katkaisu , mikä johtaa TK:n menetykseen ja snRNP:iden epäsäännölliseen hajoamiseen ytimen ympärillä, aiheuttaa kehityspysähdyksen siirtyessä 15 somiitin vaiheesta 16 somiittivaiheeseen, mikä johtuu luultavasti intronien oikea leikkaus ja normaalin kypsän mRNA:n vähentynyt muodostuminen. Mielenkiintoista on, että tätä vaikutusta voidaan vähentää lisäämällä kypsiä ihmisen snRNP:itä, mutta ei vain snRNA:ita tai snRNP:itä, mikä viittaa siihen, että seeprakalassa tarvitaan coiliinia ja luultavasti Cajal-kappaletta snRNP:n oikeaan kokoamiseen [1] . Coilin-geenin poistaminen hiiristä johtaa puolikuolemaan fenotyyppiin (50 % alkioista kuolee kohdunsisäisen kehityksen vaiheessa). Jotkut homotsygootit kuolevat alkiovaiheessa , ja niillä, jotka selviävät aikuisuuteen asti, on merkittäviä hedelmällisyyteen ja hedelmällisyyteen liittyviä ongelmia . Tällaisista knockout-hiiristä johdetuilla viljellyillä soluilla ei ole tyypillisiä MC:itä. Sen sijaan heillä on kolmen tyyppisiä "jäännöskappaleita", joista jokainen sisältää osan Cajal-kappaleiden komponenteista. Arabidopsiksessa no cajal body 1 (ncb-1) -mutantilla on yksi emässubstituutio coilin -geenissä , vaikka onkin epäselvää, onko siitä todellakin täysin vailla coiliinia. Homotsygootit ncb-1 ovat täysin elinkelpoisia, mutta TK:n muille komponenteille (U2B ja fibrillariini ) vasta-aineiden avulla TK:ta ei havaita niistä elektronimikroskopialla . Drosophilassa kaksi erilaista coilin ovat täysin elinkelpoisia homotsygoottisessa tilassa. Coilin-null-kärpästen soluissa immunovärjäys tai in situ -hybridisaatio ei havainnut MC:itä. Siten näissä kolmessa tutkitussa organismissa koiliinia tarvitaan normaaliin MC:n muodostumiseen, mutta sen enempää coilin kuin normaalit MC:tkaan eivät ole välttämättömiä elinkelpoisuudelle [10] .

Muutokset koiliinin ilmentymisen tasossa liittyvät muutoksiin useiden ei-koodaavien RNA:iden , erityisesti U2 -snRNA:n , RNA-polymeraasi I :n transkriptoiman rRNA : n ja telomeraasin RNA-komponentin sisällössä . Lisäksi koiliini pystyy sitoutumaan erilaisiin ei-koodaaviin RNA:ihin, kuten 47/45S rRNA-prekursoriin, U2-snRNA:han ja telomeraasi-RNA-komponenttiin. Coilinilla on RNaasi - aktiivisuutta, mikä on erityisen tärkeää telomeraasin RNA-komponentin snRNA U2:n 3'-pään prosessoinnissa. Siten coilin pystyy vaikuttamaan monien tärkeiden ei-koodaavien RNA:iden transkriptioon ja/tai prosessointiin solussa [4] .

Vaikka coiliinia on käytetty useiden vuosien ajan Cajal-kappaleiden ja sen ratkaisevan tärkeänä roolina niiden rakenteellisen eheyden ylläpitäjänä, koiliinia on havaittu esiintyvän myös muissa erityisissä ydinkappaleissa, histonilokuksen kappaleissa ,  ssä [11] . ] .

Pienet ydinribonukleoproteiinit (snRNP:t)

Kun Cajal-kappaleet tunnistettiin immunovärjäyksellä anti-coilin-vasta-aineilla, syntyi yksinkertainen tekniikka käyttämällä muita vasta-aineita ja in situ -hybridisaatiota tyypillisten TK-komponenttien luettelon luomiseksi. Pian kävi selväksi, että MC:t sisältävät monia proteiineja ja RNA:ita , jotka osallistuvat RNA:n prosessointiin, erityisesti pienten tuma-RNA:iden (snRNA, englanninkielisten  snRNA ) (U1, U2, U4, U5 ja U6) silmukointiin. Koska todellista silmukointia ei tapahdu Cajal-kappaleissa, on ehdotettu, että TA:lla voi olla jokin rooli silmukoituvien snRNP:iden kokoamisessa tai modifioinnissa. SnRNP:iden silmukoinnin biogeneesi on monimutkainen prosessi, joka sisältää sekä ydin- että sytoplasmiset vaiheet. Lyhyesti sanottuna snRNA:n transkriptio tapahtuu tumassa, minkä jälkeen ne viedään sytoplasmaan. Sytoplasmassa monometyyliguanosiinikorkki 5' -päässä trimetyloituu , ja jokainen snRNA pakataan seitsemän konservoituneen Sm-ryhmän proteiinin kompleksiin. Lopuksi kerätyt snRNP:t palautetaan ytimeen. Koska Cajal-kappaleista löydetyt snRNA:t liittyvät Sm-proteiineihin ja niillä on trimetyyliguanosiinikorkki, niiden uskotaan jo palanneen ytimeen sytoplasmasta. Tämän vahvistavat kineettiset tutkimukset, jotka osoittavat, että juuri ytimeen tulleet snRNP:t lähetetään ensin TC:hen, minkä jälkeen ne näkyvät pilkuina (kromatiinirakeiden klustereina ) ja pääsevät lopulta kromosomeihin , joissa silmukointi itse asiassa tapahtuu. Spesifisten snRNP- nukleotidien modifikaatiota tapahtuu todennäköisesti MC:ssä. Vähemmän selvää on, missä määrin liitoslaitteiston kokoaminen tapahtuu TC:ssä. Oletetaan, että MC:t ovat mukana U2 snRNP:n muodostumisen viimeisissä vaiheissa, ja mahdollisesti U4 / U6 - U5 tri-snRNP:iden kokoonpanoa tapahtuu myös MC:issä. On myös saatu näyttöä siitä, että snRNP:t kierrätetään TK:n kautta. On hyvin mahdollista, että silmukoituvat snRNP:t siirtyvät MC:istä pilkkuihin matkalla RNA- synteesi- ja silmukointikohtiin kromosomeissa. Kuitenkin, missä määrin yksittäiset snRNP:t ovat järjestäytyneet korkeamman asteen pilkullisiksi komplekseiksi, ei tiedetä. Viimeaikaiset tutkimukset sammakkoeläinten munasoluilla ovat osoittaneet , että snRNP : t voidaan värvätä lampunharjakromosomeihin riippumatta siitä , että ne muodostuvat kypsiksi silmukointiosomeiksi . Jos tämä pätee kaikkiin soluihin, Cajal-kappaleilla voi olla vain rajoitettu rooli snRNP:iden kokoamisessa korkeamman asteen komplekseiksi [11] .

Small RNA Cajal body (scaRNA)

Voimakas askel eteenpäin Cajal-kappaleiden toimintojen ymmärtämisessä oli pienten RNA-Cajal-kappaleiden (scaRNA) löytäminen. ScaRNA :t ovat läheisesti sukua pienille nukleolaarisille RNA:ille ( snoRNA :ille ) sekä rakenteeltaan että toiminnaltaan. Molemmille RNA-ryhmille on tunnusomaista spesifisten motiivien  , ns. C/D-boxin ja H/ACA-laatikon, läsnäolo, ja molemmat nämä ryhmät ovat mukana muiden RNA:iden transkription jälkeisessä modifikaatiossa. C/D-snoRNA-laatikko ohjaa 2'-O- metyyliryhmien kiinnittymistä spesifisiin riboositähteisiin rRNA:ssa, kun taas H/ACA-laatikko välittää spesifisten uridiinien konversiota pseudouridiiniksi . Fibrillariini toimii metyylitransferaasina ja dyskerin/NAP57/CBF5 toimii pseudouridiinisyntaasina; kukin näistä proteiineista on vuorovaikutuksessa kolmen muun proteiinin kanssa aktiivisen entsyymin muodostamiseksi. ScaRNA:t suorittavat samanlaisia ​​reaktioita pienten tuma-RNA:iden (snRNA:iden) kanssa ja ovat vastuussa niiden metylaatiosta ja pseudouridylaatiosta [1] . Ensimmäinen löydetty ja parhaiten tutkittu scaRNA-luokan RNA on U85. Tämä epätavallinen ohje-RNA välittää kahta modifikaatiota : C45: n 2'-O-metylaatiota ja U46:n pseudouridylaatiota ihmisen U5-snRNA:ssa. Solujen fraktiointi ja in situ -hybridisaatiokokeet ovat osoittaneet, että U85-scaRNA on paikantunut yksinomaan HeLa- ja Drosophila -solujen MC:ihin . Tämän RNA:n lokalisaatio eroaa sen substraatin, U5-snRNA:n, lokalisaatiosta, jota on myös suuria määriä TA:ssa, mutta kuten muutkin snRNA:t, se on laajalti jakautunut ytimeen. U85:n ja muiden scaRNA:iden sijainti eroaa useimpien C/D- ja H/ACA-laatikoita sisältävien ohjaus-RNA:iden sijainnista, jotka ovat keskittyneet tumaan. On osoitettu, että RNA:n sijainti MC:issä selkärankaisten soluissa riippuu lyhyen konsensussekvenssin, jota kutsutaan CAB-laatikoksi, läsnäolosta. Samankaltainen mutta hieman erilainen motiivi on kuvattu Drosophila scaRNA:ssa . Sekä ihmisen että Drosophilan scaRNA:iden CAB-laatikko sitoutuu konservoituneeseen WRAP53-proteiiniin (tunnetaan myös nimellä WD40-repeat , TCAB1 ja WDR79) [4] , jota tarvitaan näiden RNA:iden paikantamiseen Cajal-kappaleissa [12] .   

ScaRNA:n spesifinen sijainti Cajal-kehossa vahvistaa, että snRNA:n metylaatio ja pseudouridylaatio tapahtuvat MC:ssä sen jälkeen, kun kootut snRNP:t on toimitettu ytimeen. Tätä hypoteesia tukevat vahvasti soluviljelykokeet, jotka osoittavat, että keinotekoiset scaRNA-substraatit modifioitiin, kun ne vietiin MC:hen eikä nukleolukseen. Tämä hypoteesi sopii myös hyvin tunnetun fibrillariinin pitoisuuden kanssa MC:ssä. Samanaikaisesti on epätodennäköistä, että snRNA:n modifikaatio rajoittuisi TK:hen, koska coilin-puutteisilla kärpäsillä, joista puuttui TK, oli kuitenkin normaalit scaRNA-tasot ja kaikki niiden snRNA:t modifioituivat oikein. Näyttää todennäköiseltä, että scaRNA ja muut MC-komponentit esiintyvät normaalisti nukleoplasmassa makromolekyylikompleksien muodossa , jotka ovat liian pieniä ollakseen yksilöllisesti erotettavissa tavanomaisessa valomikroskoopissa . Coilin on välttämätön näiden kompleksien kokoamiseen Cajal-kappaleiksi, jotka näkyvät valomikroskopialla, mutta näiden kappaleiden kokoaminen ei ole välttämätön edellytys näiden kompleksien toiminnalle, ainakaan silmukoituvien snRNA:iden scaRNA-riippuvaiselle modifikaatiolle [ 13] . On mahdollista, että TA toimii paikallisena snRNA-prosessointiin tarvittavana reagenssikonsentraationa ja lisää siten sen tehokkuutta. Jos solun metabolisista ominaisuuksista johtuen mistä tahansa snRNP:n kypsymisvaiheesta MC:ssä tulee nopeutta rajoittava (kuten esimerkiksi edellä kuvatun seeprakalan alkion tapauksessa), silloin soluista puuttuu coilin ja siten MC. eivät ole elinkelpoisia [1] .

Erityinen erityisen kiinnostava scaRNA on telomeraasin RNA-komponentti, entsyymi , joka vastaa telomeerin vakiopituuden ylläpitämisestä eukaryoottisoluissa. Telomeraasi-RNA:n läsnäolo MC:ssä osoitettiin in situ -hybridisaatiolla ihmisen syöpäsolulinjoissa , mutta ei-syöpäsoluissa sen tasot MC:ssä olivat alhaisia ​​tai niitä ei ollut havaittavissa. Telomeraasi-RNA:ssa on H/ACA-laatikkomotiivi ja CAB-laatikkomotiivi. Telomeraasin käänteistranskriptaasi [1] kerääntyy myös ihmisen syöpäsolujen MC:ihin . Myös muut telomeraasikompleksin komponentit sijaitsevat TC:ssä: proteiinit dyskerin [en , GAR1 , NHP2 , NOP10, WRAP53 [8] . WRAP53, joka sitoutuu muihin scraRNA :ihin, on osa ihmisen telomeraasiholoentsyymiä ja sitä tarvitaan telomeerisynteesiin HeLa-soluissa [14] (sen puuttuessa pluripotentit solut eivät pystyneet pidentämään telomeereitään [8] ). Mahdollisesti coilin osallistuu telomeraasi-RNA:n prosessointiin [8] .

GEMS- ja SMN-proteiini

Erittäin mielenkiintoinen Cajal-kappaleiden komponentti on selviytymismotorinen neuroniproteiini (SMN )  . Kun SMN:n solunsisäistä lokalisaatiota tutkittiin ensimmäisen kerran immunofluoresenssilla , proteiini oli näkyvissä kaikkialla sytoplasmassa, samoin kuin tumakehossa, joka oli kooltaan samanlainen kuin Cajalin keho, mutta erilainen kuin TK. Tästä syystä avointa kehoa on kutsuttu CB:n kaksosiksi, GEMS . Sattumalta HeLa-solulinja, jossa GEMS kuvattiin, on epätavallinen: muiden linjojen ihmissoluissa, mukaan lukien erilaiset HeLa- kannat , primaarisissa hermosoluissa sekä Drosophila-soluissa, SMN sijaitsee samassa paikassa kuin coilin TK:ssa. Tästä syystä yleisessä tapauksessa SMN:ää voidaan pitää tärkeänä TC:n komponenttina, ei yksittäisen ydinkappaleen merkkinä [14] .  

Todennäköisimmin SMN yhdessä coilinin kanssa osallistuu TC:n rakenteellisen eheyden ylläpitämiseen. On osoitettu, että SMN osallistuu R-silmukoiden tunnistamiseen ja erotteluun transkription lopettamisen aikana , joten TK voi olla mukana transkription säätelyssä [3] .

Vuonna 2017 SMN:n osoitettiin olevan CREBBP - asetyylitransferaasin kohteena . Ihmissoluissa tämä entsyymi asetyloi SMN:n lysiinissä 119 (K119), mikä aiheuttaa proteiinin vapautumisen sytoplasmaan ja MC:iden liukenemisen sekä snRNP:iden kertymisen vähenemisen tuman pilkkuihin . Mutanttisoluissa , joissa lysiinitähde 119 SMN:ssä on korvattu arginiinilla , joka ei ole asetyloitumisen kohteena, päinvastoin stimuloituu TK:n muodostumista, samoin kuin uuden luokan promyelosyyttisiä leukemiakappaleita (PML-kappaleita) rikastettuna . SMN:ssä [15] .

Kuten nimestä voi päätellä, SMN on nisäkkäillä välttämätön motoristen neuronien asianmukaiselle toiminnalle , erityisesti selkäytimessä sijaitseville . Hiirillä ja Drosophilassa nollamutaatiot yhdessä smn -geenin kopiossa ovat tappavia. Ihmisten tapauksessa tilanne on hieman erilainen, koska yksilöllä on kaksi kopiota geenistä, joista toisessa on muuttunut silmukointikohta, mikä johtaa tehottomaan transkriptin käsittelyyn. Sukeltamatta ihmisen smn -geenin melko monimutkaiseen genetiikkaan, tämän geenin mutaatiot johtavat usein tilan kehittymiseen, joka tunnetaan nimellä spinal muscular atrophy (SMA). SMA:ta esiintyy noin yhdellä 6 000 vastasyntyneestä ja se johtaa varhaiseen kuolemaan [16] .

Biokemialliset tutkimukset ovat osoittaneet, että selkärankaisten soluissa SMN sijaitsee makromolekyylikompleksissa, joka tunnetaan kokoonpanosomeina .  Tämä kompleksi koostuu itse SMN:stä, seitsemästä hemiinistä ja useista muista tekijöistä. Tämä kompleksi toimii sytoplasmassa chaperonina , joka osallistuu silmukoituvien snRNA:iden kompleksin kokoamiseen seitsenjäsenisen Sm-proteiinien renkaan kanssa. SMN seuraa koottuja snRNP:itä matkalla takaisin ytimeen ja helpottaa Sm-proteiinien tumaan tuontia [8] , mutta ei tiedetä, onko SMN:llä spesifisiä toimintoja ytimessä [17] .

Vihreällä fluoresoivalla proteiinilla leimatun ihmisen SMN:n ilmentyminen orastuvissa hiivasoluissa osoitti tämän proteiinin spesifisen lokalisoitumisen pieneen rakenteeseen ytimessä, jota tutkimuksen kirjoittajat kutsuivat nukleolaarikappaleeksi ( englanniksi  nucleolar body ). Joitakin U3-snoRNA-kypsymisvaiheita tapahtuu myös tässä kehossa. Sitoutuminen tumaan, SMN:n kertyminen ja U3:n kypsyminen viittaavat kaikki siihen, että hiivan nukleolaarinen runko vastaa monimutkaisempien eukaryoottien Cajal-runkoa [17] .

Muut Cajalin kehon proteiinit

WRAP53 -proteiini (tunnetaan myös nimellä TCAB1 tai WDR79), kuten SMN, löytyy sytoplasmasta ja TC:stä. Ensimmäistä kertaa tämä proteiini tunnistettiin proteiiniksi, joka sitoutuu CAB- motiiviin joissakin scaRNA :issa sekä telomeraasi-RNA: ssa ja varmistaa näiden RNA:iden lokalisoinnin MC:ssä. WRAP53:n tason alentaminen solussa RNA-interferenssin avulla johtaa MC:n tuhoutumiseen ja coiliinin liikkumiseen tumaan , joten WRAP53:lla on tärkeä rooli MC:n rakenteellisen eheyden ylläpitämisessä. Lisäksi WRAP53 osallistuu scaRNA :n biogeneesiin [18] .

CRM1 löytyy nukleoplasmasta ja MC:stä. Se on osa kompleksia, joka siirtää vasta syntetisoituja pieniä tuma-RNA:ita ytimestä sytoplasmaan, jossa tapahtuu useita näiden RNA:iden kypsymisvaiheita. Matkalla sytoplasmaan tämä kompleksi kulkee todennäköisimmin MC:n läpi. CRM1 osallistuu myös pienten nukleolaaristen ribonukleoproteiinien (snoRNP:iden) toimittamiseen ytimeen, jotka snRNP:iden tavoin kulkevat MC:n läpi kypsymisensä aikana. CRM1:n toiminnan estyminen johtaa TC:n rakenteen ja dynamiikan häiriintymiseen [18] .

DAXX toimii transkription ydinpressorina . Tämä proteiini löytyy sytoplasmasta ja tumasta, nimittäin PML-elimistä. On myös osoitettu, että DAXX voi sijaita MC:ssä ja sen sijainti MC:ssä riippuu solusyklin vaiheesta saavuttaen maksimin varhaisessa ja keskimmäisessä S-vaiheessa . Samana solusyklin ajanjaksona TC:ssä havaitaan käänteiskopioijaentsyymin , joka on osa telomeraasia ( TERT ), lisääntynyt pitoisuus TC:ssä, kun telomeraasiholoentsyymin kokoaminen tapahtuu TC:ssä, joten TC, DAXX voivat stimuloida telomeraasin muodostumista olemalla vuorovaikutuksessa sen alayksiköiden kanssa sekä siirtämällä telomeraasia telomeereihin [18] .

Dyskerin ( englanniksi  Dyskerin ) löytyy tumasta ja TC:stä. Dyskerin sisällytetään telomeraasikompleksiin sen muodostumisen varhaisessa vaiheessa, ja se sisältyy myös joihinkin snoRNP:ihin ja scaRNP:ihin. On osoitettu, että dyskeriini on vuorovaikutuksessa coiliinin ja SMN:n kanssa, joten sen liittymistä telomeraasikompleksiin ja RNP:hen voidaan säädellä vuorovaikutuksella muiden TK-proteiinien kanssa [18] .

Fam118B tunnetaan proteiinina, joka on vuorovaikutuksessa coiliinin kanssa, ja sekä tämän proteiinin ilmentymisen lisääntyminen että väheneminen johtavat häiriöihin TC:iden rakenteessa ja koostumuksessa. Fam118B-puutos vaikuttaa myös silmukoitumisnopeuteen ja johtaasolujen lisääntymisen suppressioon [18] .

Fibrillariini tunnetaan nukleoluksen tiheän säikeisen komponentin markkeriproteiinina. Se havaitaan myös TK:ssa ja on osa joidenkin snoRNP:iden ja scaRNP:iden komponentteja. Fibrillariini on vuorovaikutuksessa suoraan scaRNA:n ja snRNA:n kanssa ja toimii metyylitransferaasina , joka metyloi snRNA:ta ja rRNA :ta . Fibrillariinin GAR- domeeni ( glysiini- ja arginiinirikas domeeni) on myös vuorovaikutuksessa SMN:n kanssa [18] .

GAR1 , kuten fibrillariini, on lokalisoitu ytimeen ja TC:hen. Tämä proteiini osallistuu telomeraasin biogeneesiin ja on läsnä kypsässä telomeraasissa RNP. Lisäksi se on jäsen useissa snoRNP:issä ja scaRNP:issä. GAR1 on vuorovaikutuksessa SMN:n kanssa toisen GAR-domeeninsa kautta, joista toinen sijaitseeproteiinin N-päässä ja toinen C-päässä [18] .

Nopp140:tä on runsaasti nukleoluksessa ja MC:ssä, ja sillä on tärkeä rooli ribosomien muodostumisessa . Se muodostaa kompleksin dyskeriinin kanssa, jota löytyy myös nukleoluksesta ja MC:stä. Lisäksi se on vuorovaikutuksessa coilinin sekä snoRNP:iden ja scaRNP:iden kanssa, joten on mahdollista, että Nopp140 toimii snoRNP- kaperonina , joka tarjoaa linkin nukleoluksen ja TA:n välille. On mahdollista, että Nopp140 osallistuu myös scaRNP:n biogeneesiin MC:ssä. On näyttöä siitä, että Nopp140:n toiminta TK:ssa riippuu SMN:stä [18] .

PA28γ on hyvin tutkittu proteasomiaktivaattori . Stressiolosuhteissa , kuten ultraviolettisäteilyssä , TA:t tuhoutuvat ja PA28y kolokalisoituu coiliinin kanssa. Normaalitilassa olevissa soluissa PA28y:ta ei kuitenkaan löydy MC:stä ja se on satunnaisesti hajallaan nukleoplasmassa. PA28y:n yli-ilmentyminen johtaa MC:iden hajoamiseen, joten tämä proteiini on todennäköisesti mukana MC:iden eheyden ylläpitämisessä [18] .

PHAX , kuten CRM1, osallistuu silmukointiosomaalisen snRNA:n vientiin ja sijaitsee MC:ssä ja nukleoplasmassa. PHAX on vuorovaikutuksessasnRNA:n 5'-päässä olevan korkin kanssa ja muodostaa vientikompleksin, joka sisältää myös CRM1:n. Jonkin aikaa kompleksi on MC:ssä, ja sitten se tulee sytoplasmaan. PHAX-tason lasku RNA-häiriön seurauksena tuhoaa MA:ita, mikä osoittaa, että snRNP:n biogeneesi on välttämätöntä MA:iden rakenteen ylläpitämiseksi [18] .

SART3  on snRNP:n kokoamistekijä, joka on vuorovaikutuksessa U6 snRNA:n kanssa ja kerääntyy MC:hen. Oletetaan, että tämä proteiini kompleksina SART3:n kanssa osallistuu MC:ssä tapahtuvaan silmukoimien kokoamisvaiheeseen. Lisäksi SART3 on vuorovaikutuksessa coiliinin kanssa ja sitä vaaditaan indusoimaan MA:n muodostuminen solulinjoissa , joissa on vähän MA:ta, sekä epäkypsien snRNP:iden kerääntyminen coiliinin kanssa MA:ssa [18] .

SmD1 on snRNP:iden ydinkomponentti. SnRNP:iden kypsymisen aikana näiden kompleksien sisällä oleva SmD1 tulee TC:hen, jossa se on vuorovaikutuksessa coiliinin ja SMN:n kanssa [18] .

Telomeraasin käänteistranskriptaasia (TERT) löytyy myös TC:stä, koska siellä telomeraasiholoentsyymi kootaan [18] .

Trimetyyliguanosiinisyntaasi I ( TGS1 ), kuten SMN, löytyy sytoplasmasta ja MC:stä. TGS1 on suoraan vuorovaikutuksessa SMN:n kanssa ja muodostaa silmukointiosomaalisen snRNA-korkin sytoplasmaan. TGS1 :n katkaistu isoformi toimii MC:ssä, joka muodostaa snoRNA-korkin [18] .

TOE1 (tunnetaan myös nimellä hCaf1z) löytyy ytimestä ja TC:stä. Tämä proteiini osallistuu solujen kasvun suppressioon, mikä vaikuttaa p21 -proteiinin  , sykliinistä riippuvaisten kinaasien estäjän, tasoon solussa . Se muodostaa myös kompleksin hCcr4d-proteiinin kanssa, jota löytyy myös MC:stä, ja tällä kompleksilla on deadenyloivaa aktiivisuutta. TOE1 on vuorovaikutuksessa sekä coiliinin että SMN:n kanssa, ja TOE1:n tason lasku johtaa TK:n tuhoutumiseen, hidastaen pre - mRNA :n silmukointia ja tukahduttaa solujen lisääntymisen. TK:ssa TOE1 on todennäköisesti mukanaerilaisten RNA:iden prosessoinnissa [18] .

USPL1 on äskettäin tunnistettu MC-komponentti, jota tarvitaan normaalien MC:iden muodostumiseen. Tämän proteiinin tason lasku solussa johtaa snRNA-transkription vähenemiseen, snRNP:n kokoonpanon hidastumiseen ja pre-mRNA-silmukoitumiseen. Todennäköisesti USPL1:llä on tärkeä rooli RNA-polymeraasi II :n snRNA-geenien transkriptiossa [18] .

Cajal-kappaleiden ja tiettyjen lokusten välinen suhde

Koska nukleolit ​​liittyvät tiettyihin kromosomien lokuksiin , herää oikeudenmukainen kysymys: onko samanlaisia ​​assosiaatioita Cajal-kappaleissa ja muissa ydinorganelleissa? MC:iden tapauksessa ei ole vielä todisteita siitä, että transkriptio tapahtuisi itse kehossa, ja siksi ei ole syytä uskoa, että MC:t, kuten nukleolit, vastaisivat aktiivisia geenilokuksia. MC:t voivat kuitenkin muodostua tiettyihin lokuksiin tai siirtyä sinne toimien näille lokuksille välttämättömien tekijöiden kantajana. Tällaisten assosiaatioiden läsnäolon vahvistaa se tosiasia, että MC:t selkärankaisten soluviljelmässä osoittavat ensisijaisen yhteyden snRNA:ta koodaaviin geenilokuksiin. Näissä soluissa MC:t eivät liity ainoastaan ​​U1 -, U2 - ja U4-geeniklustereihin, vaan myös U11 - ja U12-pieniin snRNA-lokuksiin. On ehdotettu, että snRNA:t MC:issä säätelevät jotenkin snRNA:iden transkriptiota näissä lokuksissa takaisinkytkentätavalla . Riippumatta tämän yhdistymisen syystä, TK:n ja snRNA-lokusten välinen suhde on dynaaminen ja transkriptiosta riippuvainen, kuten äskettäisessä kokeellisessa analyysissä osoitetaan. Segmentti indusoituvia U2-snRNA-geenejä vietiin soluviljelmään yhdessä fluoresoivasti leimatun coiliinin kanssa. Niin kauan kuin U2-segmentti oli transkriptionaalisesti inaktiivinen, sen ja TK:n välillä ei ollut erityistä suhdetta. Kuitenkin transkription induktion aikana U2-segmentti siirtyi hyvin lähelle TK:ta ja lopulta otti fyysisen kosketuksen sen kanssa. Tämä näkyvä translokaatio häiriintyi hallitsevassa β-aktiininegatiivisessa mutantissa , mikä vahvistaa ydinaktiinin roolin kromosomaalisten lokusten translokaatiossa vasteena transkription aktivaatiolle [17] .

Toinen erityinen suhde on olemassa Cajal-kehon ja telomeerien välillä. Suurimman osan solusyklistä telomeraasi-RNA:ta löytyy vain MC:istä. Lisäksi havaittiin, että S-vaiheen aikana MC:t muodostavat tilapäisiä sidoksia telomeerien kanssa. Nämä tulokset vahvistavat spesifisten vuorovaikutusten olemassaolon TK:n ja telomeerien välillä telomeerien pidentymisen aikana. Tämän ilmiön toiminnallinen merkitys on vielä selvittämättä [17] .

Cajal-runko ja ydin

Cajal-kehot liittyvät läheisesti toisiinsa fyysisesti. Alkuperäisten ultrarakennetietojen mukaan MC voi olla täysin fuusioitunut ytimeen, irrotettu siitä tai olla täysin vapaana nukleoplasmassa. Vihreiden fluoresoivien proteiinien fuusioproteiinien käyttö on osoittanut, että MC:t voivat irrota toisistaan ​​tai fuusioitua keskenään, mutta eivät koskaan fuusioitua nukleoluksen kanssa. Kuitenkin monissa soluissa MC:t havaitaan tumasolujen välittömässä läheisyydessä. Myöhemmin kuitenkin nukleolien sisältä tunnistettiin rakenteita, jotka sisältävät proteiineja, joita löytyy myös MC:stä (esimerkiksi CRM1). Näitä pieniä kappaleita kutsutaan intranukleolaariseksi kappaleeksi .  Ne sisältävät vähän coiliinia ja ovat ultrarakenteellisesti erilaisia ​​kuin tyypilliset MC:t, joten ne eivät todennäköisesti ole intranukleolaarisia MC:itä. MC:n ja nukleoluksen läheistä suhdetta osoittaa biokemiallinen yhteisyys: MC:stä löytyy monia nukleolaarisia proteiineja, kuten fibrillariini, nukleoliini , Nopp140 ja NAP57, jotka molemmat liittyvät nukleolukseen ja sijaitsevat vapaasti nukleoplasmassa. Monet MC:ssä asuvat proteiinit vuorostaan ​​liikkuvat ytimen läpi ja kulkevat tumasolujen läpi, ja monet nukleolaariset RNA:t kulkevat MC:n läpi samalla tavalla. Lisäksi koiliini kerääntyy monien solujen tumaan. Kaikki tämä todistaa läheisestä rakenteellisesta ja toiminnallisesta suhteesta MC:n ja tuman välillä [19] .

Cajal-kehot ja stressivaste

On todettu, että virusinfektiot , altistuminen ultraviolettisäteilylle , ionisoivalle säteilylle sekä hoito sisplatiinilla ja etoposidilla , DNA :ta  vaurioittavilla aineilla, häiritsevät Cajalin ruumiiden toimintaa eri tavoin. Esimerkiksi ultraviolettivalo ja adenovirusinfektio laukaisevat coiliinia sisältävien mikrofocien muodostumisen. On mielenkiintoista, että MC:iden vaurioituminen ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta vaatii PA28y- proteasomin aktivaattorialayksikön , joka, vaikka se ei sisälly MC:ihin, vaikuttaa MC:iden muodostumiseen vuorovaikutuksen kautta nukleoplasman sisältämän koiliinin kanssa. Herpesvirusinfektiossa päinvastoin, coilin -mikrofokuja ei muodostu, ja koiliini siirtyy vaurioituneisiin sentromeereihin prosessissa, jota kutsutaan interfaasisen sentromeerivauriovasteeksi (iCDR ) . Ionisoivan säteilyn sekä sisplatiinin tai etoposidin vaikutuksesta TC:t tuhoutuvat ja koiliini lokalisoituu uudelleen nukleoluksessa. Näiden aineiden yksityiskohtaisia ​​vaikutusmekanismeja MC:ihin ei ole vielä selvitetty, mutta nämä tiedot viittaavat siihen, että MC:t voivat olla mukana stressireaktioreitissä [4] .  

Joitakin tietoja TA:n osallistumisen mekanismeista stressireaktioihin saatiin coilin-tutkimuksessa. Kävi ilmi, että coilin määrittää soluvasteen sisplatiinin vaikutukselle ja säätelee RNA-polymeraasi I:n sitoutumista rRNA-geenin promoottoriin . Sisplatiini tai etoposidi muutti koiliinin sitoutumista joihinkin ei-koodaaviin RNA:ihin. Siten kokeelliset tiedot viittaavat siihen, että TA:t (erityisesti coilin) ​​ovat mukana stressivasteen reiteissä, jotka säätelevät RNP:n biogeneesiä sekä rRNA:n transkriptiota ja prosessointia [4] .

Useiden muiden olosuhteiden tiedetään vaikuttavan TC:hen. Ympäristötekijät (esim. lämpötila ), kehitysmuutokset (esim. alkion ja aikuisten solujen ytimen organisoituminen), sairaustilat (kuten normaalin solun muuntuminen syöpäsoluksi) vaikuttavat TC:hen. On mielenkiintoista, että paikallinen voimavaikutus solun pintaan integriinien kautta aiheuttaa häiriöitä joidenkin proteiinien sitoutumisessa TA:han (erityisesti koiliinin sitoutuminen SMN:ssä on heikentynyt) [4] .

Muodostaminen ja säätely

Transkription, translaation , tuman viennin, kinaasi- ja fosfataasiaktiivisuuden estäjien on havaittu aiheuttavan Cajal-kappaleiden hajoamista ja/tai koiliinin siirtymistä muihin kohtiin. Lisäksi MC, joka on dynaaminen ydinkappale, puretaan mitoosin aikana ja muodostuu uudelleen solusyklin G1-vaiheessa , samoin kuin tuma ja tuma. Koska fosforylaatiolla on avainrooli ytimen ja ytimen purkamisessa mitoosin aikana , on hyvin todennäköistä, että tämä modifikaatio ohjaa myös MC:n kokoamista ja purkamista solusyklin aikana. Itse asiassa ainakin 20 TK-proteiinia voidaan fosforyloida. Coiliinin ja SMN:n fosforylaatio vaikuttaa näiden proteiinien vuorovaikutukseen keskenään ja snRNP:iden kanssa. Todennäköisesti WRAP53-fosforylaatio säätelee tämän proteiinin vuorovaikutusta coiliinin ja SMN:n kanssa, ja nämä reaktiot ovat välttämättömiä MC:n oikean kokoamisen kannalta [4] .

Fosforylaatio ei voi vain muuttaa proteiini-proteiinivuorovaikutuksia MC:ssä, vaan myös vaikuttaa sen aktiivisuuteen. Mutanteissa, joilla oli puutteellinen fosforylaatio, coiliinin RNaasi-aktiivisuus väheni. Lisäksi coiliinin hyperfosforylaatio muutti sen sitoutumista erilaisiin ei-koodaaviin RNA:ihin. Tälle tilolle on myös tunnusomaista koiliinin vähentynyt itseassosioituminen, mikä johtaa TK:n hajoamiseen, vaikka tämä tapahtuma liittyy yleensä mitoosiin. Siten CB:n eri komponenttien fosforylaatio ja defosforylaatio on lopputulos signalointireiteistä, jotka kertovat solun proteiinien tarpeesta. Nämä reitit todennäköisesti säätelevät snRNP:n biogeneesin ydin- ja sytoplasmavaiheita . Lisäksi PRMT5 ja 7, jotka dimetyloivat symmetrisesti arginiinijäännöksiä, voivat muokata coiliinia ja muita TA-komponentteja. Kuten fosforylaatio, tämä modifikaatio vaikuttaa proteiini-proteiini-vuorovaikutuksiin ja proteiinien lokalisoitumiseen, mikä vaikuttaa MC:iden muodostumiseen ja toimintaan. Lopuksi sumolaation voi olla mukana TC:n säätelyssä . Posttranslationaalisten modifikaatioiden lisäksi jotkut signalointiproteiinit voivat vaikuttaa TC:iden muodostumiseen ja koostumukseen [4] .

Kliininen merkitys

Vaikka TK:n toimintahäiriön ja tiettyjen ihmisten sairauksien välillä ei ole osoitettu selkeää yhteyttä, tiettyjen TK-komponenttien mutaatioiden tiedetään nyt johtavan tiettyjen häiriöiden kehittymiseen. Siten toiminnallisen SMN1- proteiinin puuttuminen johtaa spinaaliseen lihasatrofiaan, selkäytimen motoristen hermosolujen rappeuttavaan häiriöön. Telomeraasikompleksin jäseniä koodaavien geenien mutaatiot johtavat ennenaikaiseen ikääntymiseen ja synnynnäiseen dyskeratoosiin [8] . TC:n eri komponenttien heikkeneminen voi liittyä syöpään [4] [20] .

Muistiinpanot

  1. ↑ 1 2 3 4 5 Mao YS , Zhang B. , Spector DL ​​​​Biogeneesi ja ydinkappaleiden toiminta.  (eng.)  // Trends in genetics : TIG. - 2011. - Voi. 27, nro. 8 . - s. 295-306. - doi : 10.1016/j.tig.2011.05.006 . — PMID 21680045 .
  2. ↑ Sawyer IA , Sturgill D. , Sung MH , Hager GL , Dundr M. Cajal kehon toiminta genomin organisoinnissa ja transkription monimuotoisuudessa.  (englanniksi)  // BioEssays : uutisia ja arvosteluja molekyyli-, solu- ja kehitysbiologiasta. - 2016. - Vol. 38, nro. 12 . - s. 1197-1208. - doi : 10.1002/bies.201600144 . — PMID 27767214 .
  3. ↑ 1 2 Neugebauer KM Erityistä huomiota Cajal-runkoon.  (englanniksi)  // RNA-biologia. - 2017. - Vol. 14, ei. 6 . - s. 669-670. doi : 10.1080 / 15476286.2017.1316928 . — PMID 28486008 .
  4. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Hebert M. D. Signaalit, jotka ohjaavat Cajalin kehon kokoonpanoa ja toimintaa.  (englanniksi)  // Kansainvälinen biokemian ja solubiologian aikakauslehti. - 2013. - Vol. 45, nro. 7 . - s. 1314-1317. - doi : 10.1016/j.biocel.2013.03.019 . — PMID 23583661 .
  5. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 235.
  6. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 235-236.
  7. ↑ Lam YW , Lyon CE , Lamond AI Cajal-kappaleiden laajamittainen eristäminen HeLa-soluista.  (englanniksi)  // Solun molekyylibiologia. - 2002. - Voi. 13, ei. 7 . - P. 2461-2473. - doi : 10.1091/mbc.02-03-0034 . — PMID 12134083 .
  8. ↑ 1 2 3 4 5 6 Morimoto M. , Boerkoel CF Tumakappaleiden rooli geenien ilmentymisessä ja sairauksissa.  (englanniksi)  // Biologia. - 2013. - Vol. 2, ei. 3 . - s. 976-1033. - doi : 10.3390/biology2030976 . — PMID 24040563 .
  9. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 236.
  10. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 236-237.
  11. ↑ 1 2 The Nucleus, 2011 , s. 237.
  12. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 237-238.
  13. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 238-239.
  14. ↑ 1 2 The Nucleus, 2011 , s. 239.
  15. ↑ Lafarga V. , Tapia O. , Sharma S. , Bengoechea R. , Stoecklin G. , Lafarga M. , Berciano MT CBP-välitteinen SMN-asetylaatio moduloi Cajal-kehon biogeneesiä ja SMN:n sytoplasmista kohdistusta.  (englanti)  // Cellular and molecular life sciences : CMLS. - 2017. - doi : 10.1007/s00018-017-2638-2 . — PMID 28879433 .
  16. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 239-240.
  17. ↑ 1 2 3 4 The Nucleus, 2011 , s. 240.
  18. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Hebert MD , Poole AR Kohti Cajal-kehon toiminnan säätelyn ymmärtämistä proteiinin modifioinnilla.  (englanniksi)  // RNA-biologia. - 2017. - Vol. 14, ei. 6 . - s. 761-778. doi : 10.1080 / 15476286.2016.1243649 . — PMID 27819531 .
  19. ↑ Trinkle-Mulcahy L. , Sleeman JE  Cajal Body and the Nucleolus: "Suhteessa" vai "Se on monimutkaista"?  (englanniksi)  // RNA Biology. - 2017. - Vol. 14, ei. 6 . - s. 739-751. doi : 10.1080 / 15476286.2016.1236169 . — PMID 27661468 .
  20. ↑ Henriksson S. , Farnebo M. Matkalla WRAP53β:n kanssa: Cajalin ruumiiden ja genomin eheyden vartija.  (englanti)  // Genetiikan rajat. - 2015. - Vol. 6. - P. 91. - doi : 10.3389/fgene.2015.00091 . — PMID 25852739 .

Kirjallisuus

Kirjat

Artikkelit

 solu nucleus.svg solun ydin
Ydinkalvo /
Ydinlamina
  • Ydinhuokoset : Nukleoporiinit ( NUP35
  • NUP37
  • NUP43
  • NUP50
  • NUP54
  • NUP62
  • NUP85
  • NUP88
  • NUP93
  • NUP98
  • NUP107
  • NUP133
  • NUP153
  • NUP155
  • NUP160
  • NUP188
  • NUP205
  • NUP210
  • NUP214 )
  • AAAS
nucleolus
Muut
PML-elimet
SMC-proteiinit
Siirtymävaiheen
ydinproteiinit