Nukleolus (dalam biologi sel) adalah struktur terbesar dalam inti sel eukariotik. Ini juga dikenal sebagai situs biogenesis ribosom. Nukleolus juga bergabung dalam pembentukan partikel pengenalan dan memainkan peran penting dalam respons sel terhadap stres. Mereka terbuat dari protein, DNA dan RNA dan membentuk daerah kromosom tertentu yang disebut daerah pengorganisasian nukleolar. Nukleolopati dapat disebabkan pada beberapa manusia karena malfungsi nukleolus dan nukleolus sedang diselidiki sebagai target untuk kemoterapi kanker.
Sejarah
Selama tahun 1830-an nukleolus diidentifikasi dengan mikroskop medan terang. Sampai tahun 1964, sangat sedikit yang menyadari fungsi nukleolus, ketika studi tentang nukleolus oleh John Gurdon dan Donald Brown pada katak cakar Afrika Xenopuslaevis membuat minat pada fungsi dan detail mendalam dari struktur nukleolus. Dalam studi tersebut, mereka menemukan bahwa 25% dari telur katak tidak memiliki nukleolus dan telur tersebut tidak mampu untuk hidup. Sebagian telur memiliki satu nukleolus dan 25% memiliki dua. Singkatnya, nukleolus memiliki fungsi yang diperlukan untuk kehidupan. Menurut Birnstiel pada tahun 1966, dan kolaborator lain menunjukkan melalui percobaan hibridisasi asam nukleat bahwa DNA dalam kode nukleolus untuk RNA ribosom.
Struktur RNA
Ada tiga komponen utama nukleolus yang dikenali: pusat fibrilar (FC), komponen fibrilar padat (DFC), dan komponen granular (GC). Transkripsi rDNA jatuh di FC. DFC mengandung protein fibrillarin, yang diperlukan untuk pemrosesan rRNA. GC mengandung protein nukleofosmin, (B23 pada gambar eksternal) yang juga bercampur dengan biogenesis ribosom. Namun demikian, telah direncanakan bahwa organisasi khusus ini hanya diamati pada eukariota yang lebih tinggi dan berkembang dari organisasi bipartit dengan transisi dari anamniota ke amniota. Mencerminkan peningkatan ekstensif di wilayah intergenik DNA, komponen fibrilar baru akan terbagi menjadi FC dan DFC.
Struktur yang berbeda telah diidentifikasi dalam banyak nukleolus (terutama pada tumbuhan) adalah area bening di tengah struktur yang menunjuk sebagai vakuola nukleolus. Ini memiliki berbagai spesies tanaman yang memiliki konsentrasi zat besi yang sangat tinggi dibandingkan dengan inti sel manusia dan hewan.
Dengan bantuan mikroskop elektron, ultra struktur nukleolus dapat dengan mudah dilihat, sedangkan organisasi dan dinamika dapat dipelajari melalui penandaan protein fluoresen dan pemulihan fluoresen setelah photobleaching (FRAP). Antibodi terhadap protein PAF49 juga dapat digunakan sebagai penanda nukleolus dalam eksperimen fluoresensi imun. Meskipun biasanya hanya satu atau dua nukleolus yang terlihat, sel manusia diploid memiliki sepuluh nucleolus organizer region (NORs) dan dapat memiliki lebih banyak nukleolus. Paling sering beberapa NOR berpartisipasi dalam setiap nukleolus.
Fungsi dan Perakitan Ribosom
Dalam biogenesis ribosom, dua dari tiga RNA polimerase eukariotik diperlukan, dan fungsi-fungsi ini dilakukan secara bertahap. Pada tahap pertama, gen rRNA ditranskripsi sebagai satu unit di dalam nukleolus oleh RNA polimerase I. Agar transkripsi ini terjadi, diperlukan beberapa faktor terkait uji pol I dan faktor trans-acting penting DNA. Pada manusia, PIC serupa telah dirakit dengan SL1, faktor selektivitas promotor (terdiri dari TBP dan faktor terkait TBP, atau TAF), faktor awal transkripsi, dan UBF (faktor pengikat hulu). RNA polimerase I mentranskripsikan sebagian besar transkrip rRNA 28S, 18S, dan 5.8S) tetapi subunit 5S rRNA (komponen subunit ribosom 60S) ditranskripsi oleh RNA polimerase III.
Transkripsi rRNA menghasilkan molekul originator panjang (45S pra-rRNA) yang masih memegang ITS dan ETS. Pada tahap selanjutnya, diperlukan lebih banyak pemrosesan untuk menghasilkan molekul RNA 18S, 5.8S dan 28S RNA. Pada eukariota, enzim pembaruan RNA dibawa ke situs pengenalan masing-masing melalui komunikasi dengan RNA pemandu, yang bergabung dengan urutan yang tepat ini. Panduan RNA termasuk dalam kelompok RNA nukleolar kecil (snoRNAs) yang rumit dengan protein dan ada sebagai ribonukleoprotein kurang nukleolar (snoRNPs). Setelah subunit rRNA dilewatkan, mereka siap untuk diatur menjadi subunit ribosom yang lebih besar. Di sisi lain, sepasang molekul rRNA tambahan, 5S rRNA, juga diperlukan.
Dalam ragi, seri 5S rDNA dilokalisasi di spacer intergenik dan ditranskripsi dalam nukleolus oleh RNA Pol.
Semakin tinggi tingkat eukariota dan tumbuhan, kondisinya lebih rumit, karena urutan DNA 5S terletak di luar Nucleolus Organizer Region (NOR) dan ditranskripsi oleh RNA pol III di dalam nukleoplasma, setelah itu ia menemukan jalannya untuk masuk ke dalam nukleolus untuk berkontribusi dalam perakitan ribosom. Perakitan ini tidak hanya mencakup rRNA tetapi juga protein ribosom. Gen yang mengkode protein-r ini ditranskripsi oleh pol II dalam nukleoplasma melalui jalur sintesis protein “konvensional” (transkripsi, pemberian pra-mRNA, ekspor inti mRNA matang dan translasi pada ribosom sitoplasma). Protein-r matang dibawa, “diimpor” kembali ke dalam nukleus dan akhirnya ke dalam nukleolus.
Asosiasi dan pematangan rRNA dan protein r menghasilkan pembentukan subunit 40S (kecil) dan 60S (besar) dari ribosom lengkap.
Ini diekspor melalui kompleks pori nuklir ke sitoplasma, di mana mereka tetap bebas atau menjadi terhubung dengan retikulum endoplasma, membentuk retikulum endoplasma kasar.
Konsep Kunci
- Nukleolus, yang fungsi utamanya adalah untuk menyatukan ribosom, adalah struktur utama dalam inti sel.
- Daerah pengontrol nukleolus pada kromosom, yang menyimpan faktor genetik untuk pra-rRNA, adalah dasar untuk nukleolus.
- Semua nukleolus aktif terdiri dari dua konstituen ultrastruktur, konstituen demam tebal nukleolus yang mewakili kompleks pra-ribosom awal dan konstituen granular yang memiliki beberapa partikel pra-ribosom dewasa tambahan.
- Sebagian besar nukleolus pada eukariota yang lebih tinggi juga memiliki pusat fibrilar, yang merupakan interfase yang sama dengan area pengatur nukleolus.
- Nukleolus dibongkar pada awal mitosis dan muncul untuk berkumpul kembali pada telofase.
- Perakitan ribosom dimulai dengan transkripsi pra-rRNA oleh RNA polimerase I.
- Protein ribosomal dan non-ribosomal dan RNA 5S terhubung dengan pra-rRNA selama dan setelah transkripsi.
- Pra-rRNA diubah dan diproses menjadi rRNA dengan bantuan protein non-ribosom dan RNA nukleolar minor.
- Nukleolus memiliki banyak fungsi lain yang mengandung kumpulan partikel pengenal sinyal, perubahan RNA transfer, dan penginderaan stres seluler.