TEMA 26:

EL NUCLEOLO


1. Concepto, estructura y características generales

1.1. Composición química

1.2. Ciclo del nucléolo. Etapas

2. Cromatina asociada al nucléolo. Organizador nucleolar 2.1. Amplificación genética 3. Transcripción en el nucléolo

4. ARNs ribosómicos


1. Concepto, estructura y características generales

    El nucléolo puede definirse como la expresión morfológica de la transcripción del RNA prerribosómico por los organizadores nucleolares (o sus copias) y de la maduración posterior de ese RNA hasta convertirse en los rRNA. Por eso, el nucléolo es mucho más visible en los momentos de mayor síntesis de ribosomas, y cuando no hay transcripción desaparece, como durante la mitosis.

    Se corresponde con una formación densa dentro del núcleo, observada en diversos tipos celulares animales y vegetales, principalmente.

    Se distinguen los siguientes componentes:

    En muchos nucléolos se observa también una masa fibrilar densa que contiene exclusivamente DNA. Es la heterocromatina asociada al nucléolo y corresponde a la heterocromatina telomérica de los organizadores nucleolares.

1.1. Composición química

    La proporción de RNA en el nucléolo es muy variable y depende del tipo celular y del estado funcional. Se estima como valor medio un 10%, aunque en algunas células puede alcanzar el 30%.

    Siempre se encuentra entre un 1-3% de DNA, que corresponde al centro fibrilar y a la heterocromatina asociada al nucléolo.

    El componente mayoritario son proteínas, que constituyen prácticamente el resto del nucléolo, se trata de fosfoproteínas (ácidas) y otras proteínas muy diversas, algunas de las cuales son básicas. 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.

1.2. Ciclo del nucléolo. Etapas

    Igual que ocurre con los cromosomas, el comportamiento del nucléolo es muy diferente según se consideren células interfásicas o mitóticas. En la interfase no se observan grandes cambios en el nucléolo: Suele aumentar su volumen y hay tendencia a la fusión de nucléolos, lo que ocurre cuando dos organizadores nucleolares se sitúan próximos.

    Durante la división celular, el nucléolo muestra una serie de cambios que determinan un tipo de conducta nucleolar: el ciclo mitótico típico del nucléolo. Este consiste fundamentalmente en tres procesos:

    Avanzada la telofase, los cuerpos prenucleolares se hacen mayores y comienzan a formar un nucléolo interfásico, por coalescencia y fusión.

    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.


2. 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 telomérica, 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).

2.1. Amplificación genética

    En los ovocitos de muchas especies de anfibios, peces, moluscos, insectos y gusanos, que necesitan una activa síntesis proteíca para acumular sustancias de reserva. El DNA de los organizadores nucleolares se replica muchas veces (amplificación genética). Estas dobles hélices emigran hacia la periferia nuclear donde formarán nucléolos. Pudiendo fusionarse y originar otros mayores. Al final de la ovogénesis cesa la transcripción y los nucléolos desaparecen. El DNA organizador nucleolar amplificado es liberado al citoplasma en la metafase I, donde se degrada.

    El DNA organizador nucleolar se replica por el mecanismo de anillos rodantes. Esta doble hélice de DNA sufre un corte en una sola hebra. Empieza a replicarse por el punto roto y la nueva hebra en formación va dando la vuelta alrededor del anillo y empujando la hebra rota, que se sale del anillo y forma una cola. Como la replicación se da también en la cola, está tiene también dos hebras. De esta forma, la replicación puede dar varias vueltas, amplificándose el DNA.


3. Transcripción en el nucléolo

    En los ribosomas de eucariotas se encuentran presentes 4 tipos de rRNA: un RNA de 18S en la subunidad menor, y tres RNA de 28S, 5,8S y 5S en la subunidad mayor.

    Sin embargo, la mayoría de los RNA del nucléolo son RNA de 45S en la parte fibrilar y 32S en la granular Los rRNA de la subunidad ribosómica mayor se localizan en menor cantidad en la parte fibrilar, mientras que no se encuentra apenas rRNA de la subunidad ribosómica menor dentro del nucléolo. Esto indica que el rRNA es sintetizado a partir de un precursor que por maduración y empalme dará lugar a los rRNA.

    La unidad de transcripción del RNA precursor del rRNA corresponde a un gen de copias múltiples, que forma el organizador nucleolar.

    Cada unidad de transcripción nucleolar consiste en dos segmentos de DNA, uno mudo (no se transcribe) y otro que se transcribe. En este último se ven unos abultamientos en la cadena de DNA, constituidos por la RNA polimerasa I, de cada uno de los cuales parte una cadena de RNA asociada a proteínas.

    La cadena transcrita de RNA se dispone perpendicularmente a la cadena de DNA y su longitud aumenta conforme se llega al final del DNA que se transcribe, porque, a medida que la RNA polimerasa I va recorriendo el gen, copia la cadena de DNA y añade al RNA los nucleótidos complementarios del DNA copiado. De esta manera, todas las cadenas de RNA que forman son iguales, aunque hasta el final del gen no están completas. Una vez completas constituyen el RNA prerribosómico, que es el primer transcrito y que dará lugar a tres de los rRNA.

    La parte muda del gen delimita el final de la transcripción. Al finalizar un gen comienza otra copia idéntica del mismo gen, y así puede haber hasta 800 copias. En cada una de ellas hay unas 100 RNA polimerasas que trabajan en cadena. Por tanto, en un momento dado, pueden estar formándose a la vez 80.000 moléculas idénticas de RNA. Puede decirse, por tanto, que el origen del rRNA (excepto el rRNA de 5S) está en un único gen y repetitivo. Esta multiplicidad de copias responde a una gran necesidad de síntesis de ribosomas en poco tiempo. Por eso, el organizador nucleolar puede fabricar multitud de copias cuando no basta él solo para producir el suficiente rRNA. Es más, es posible que no sea el organizador nucleolar, sino sus copias las que se transcriban, de modo que las posibilidades de deterioro del organizador nucleolar sean mucho menores.


4. ARNs ribosómicos

    Todos los RNA originados en el nucléolo provienen del transcrito primario de 45S, que debe sufrir un procesamiento.

    El RNA de 45S se transcribe en unos pocos minutos en relación con los organizadores nucleolares. Se transcribiría en el centro fibrilar, de donde pasaría inmediatamente a formar las fibrillas ribonucleoproteícas que constituyen la parte fibrilar del nucléolo. Este RNA de 45S se encuentra asociado a diversas proteínas, nucleolina y snRNP, formando partículas de 80S. Estas proteínas son importadas del citoplasma. En las partículas de 80S se encuentra también incluido otro tipo de RNA de 5S, de origen no nucleolar; pues no se hibrida con el DNA del organizador nucleolar. En su síntesis interviene la RNA polimerasa III, que también sintetiza el tRNA.

    Las partículas ribonucleoproteícas de RNA de 45S permanecen unos 15 minutos en la parte fibrilar del nucléolo. A continuación, este RNA va a sufrir una serie de cambios. Principalmente, metilación activa en las ribosas, pérdida de bases no metiladas y ruptura de la hebra, para dar lugar a los otros tipos de RNA mencionados. Las proteínas sufren también algunos cambios.

    Lo primero que ocurre es que el RNA de 45S pierde parte de la cadena y se transforma en RNA de 41S. Parte de este RNA de 41S va a transformarse en RNA de 20S y, finalmente, en RNA de 18S. Este último y sus proteínas forman partículas de 40S que constituyen las subunidades ribosómicas menores, las cuales emigran al citoplasma. Todo este proceso es muy rápido y apenas puede detectarse RNA de 20S y de 18S en el nucléolo.

    Parte del RNA de 41S va a transformarse en RNA de 32S, que permanecerá durante unos 40 minutos en la parte granular del nucléolo, formando partículas ribonucleoproteícas de 65S. En estas partículas está el RNA de 5S. Seguidamente, este RNA de 32S se transforma en un RNA de 28S y otro de 5,8S que permanece unido a él. Ambos, junto con sus proteínas asociadas y el RNA de 5S, forman partículas ribonucleoproteícas de 60S. Estas partículas están durante unos 30 minutos en el nucléolo y forman las subunidades mayores de los ribosomas. Después emigran al citoplasma. En los procesos madurativos mencionados no sólo hay cambios en el RNA: se producen también cambios en las proteínas asociadas, pero no hay cambios fuera del núcleo.

    Así, al finalizar los procesos de maduración del rRNA se obtienen las subunidades ribosómicas de 60S y 40S terminadas y libres en nucléolo. Los diferentes tipos de RNA (18S, 28S, 5,8S y 5S) sólo son transportados al citoplasma bajo la forma de subunidades ribosómicas maduras. En el citoplasma se ensamblan ambas subunidades en presencia de mRNA y los factores de iniciación, formando los ribosomas funcionales y comenzando la síntesis de proteínas.


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