0105; 23.03.2009, ćwiczenia nr 5., - Jąderko, budowa, funkcja, upakowanie DNA w chromosomy, metody badan cytogenetycznych .
Jąderko
najlepiej widoczne w interfazie
odkryte już dawno
chromatyna jąderkowa jest elementem najbardziej stałym (jedyny stały element jąderka)
kuliste, owalne, rozpłaszczone, nieregularne
w ludzkiej komórce można znaleźć do 10 jąderek
jest wysoce wyspecjalizowaną wewnątrzkomórkową organellą
jedna z najmniej stabilnych struktur komórki
liczba jąderek determinowana jest przez liczbę chromosomów z NOR (nuclear organisacion regions) (może być od niej mniejsza zmienia się znacznie, zależnie od organizmu, typu komórki oraz jej stanu fizjologicznego)
wielkość jąderek zależy od aktywności metabolicznej komórki
jeśli komórka jest aktywna metabolicznie to i wielkość jąderka będzie większa
co jakiś czas dochodzi do eksportu tych „ziarenek” czyli prekursorów z jąderka
miejsce syntezy rybosomowych prekursorów pre-rRNA oraz montażu prerybosomowych cząstek RNP(pre-RNP)
Składniki ultrastrukturalne jąderka:
centra fibrylarne, inaczej włókniste (FC, fibrillar centers)
gęsty składnik fibrylarny, inaczej: włóknisty (DFC, dense fibrillar component)
składnik granularny, inaczej: ziarnisty (GC, granular component)
wakuole jąderkowe (NI, nucleolar interstices)
chromatyna zasocjowana z jąderkiem (NAC, nucleolus assiociated chromatin)
nukleolonema
organizator jąderkowy (NOR)
macierz jąderkowa
Charakterystyka niektórych struktur jąderkowych:
Element strukturalny |
Lokalizacja |
Funkcje |
FC
DFC
GC
RNM
NAC |
strefa centralna jąderek zanurzona w DFC
otoczenie FC
strefa korowa jąderka
warstwa korowa i nukleoplazma
strefa peryferyjna i śródjąderkowa |
montowanie i rozmontowywanie chromatyny zawierającej rDNA
transkrypcja rDNA i produkowanie włókien pre-rRNP zawierających pre-rRNA
przetwarzanie prerybosomów w duże i małe cząstki rRNP
konstrukcja strukturalnej podpory
oddziaływanie z otaczającą chromatyną |
Chromatyna jąderkowa:
zdekondensowana forma chromosomów 13,14, 15, 21,22 pary, a ściślej ich satelitów i przewężeń wtórnych, któe są regionami organizuyjaącymi jąderko - NOR
Postaci Chromatyny jąderkowej:
chromatyna okołojąderkowa (odpowiedzialna za przepływ informacji)
chromatyna wewnątrzjąderkowa (tkz. przegrodowa - żeby w poszczególnych częściach jąderka mogły zachodzić rożne procesy; tworzy przedziały w jąderku)
chromatyna transkrypcyjna (duży potencjał transkrypcyjny)
Centra fibrylarne:
przestrzenie wypełnione mniej lub bardziej skondensowanymi fibrylami chromatynowymi
zawierają rDNA i wykazują aktywność polimerazy RNA I
są obszarami nieaktywnymi transkrypcyjnie ponieważ nie wykazano w nich obecności RNA ani włączenie radioaktywnych prekursorów RNA
Gęsty składnik fibrylarny:
zawiera RNA i stanowi miejsce intensywnej transkrypcji rRNA
otacza w formie muszli centra fibrylarne
występuje w postaci pasm lub zajmuje centralną część (w jąderkach tkz. Zwartych)
Składnik granularny:
ziarnistości o średnicy ok. 15-20 nm
zbudowane z rybonukloprotein
są prekursorami rybosomów cytoplazmatycznych
zawierają one rRNA i białka rybosomowe
Wakuola jąderkowa:
występuje w jąderkach, w których nastąpił gwałtowny eksport składnika granularnego, nie zrekompensowany przez odpowiednio szybką syntezę nowych prekursorów rybosomów
stanowi jasną przestrzeń o kształcie zbliżonym do kulistego
znajdują się tam luźno rozmieszczone fibryle i ziarenka
Macierz (matriks) jąderkowa:
materiał budulcowy, podporowy
składa się z białek szkieletowych
zanurzone są tam wymienione wyżej składniki jąderka
Białka jąderka:
jąderko jest zbudowane głównie z białek, które stanowi 80-90% jego masy, 3-13% RNA i 3-18% DNA
białka swoiste i nieswoiste, te pierwsze związane są z wytwarzaniem rybosomów: polimeraza RNA I, nukleolina, białko B23 (numatryna), fibrylarna, białka Ag-NOR
Najważniejsze białka jąderkowe.
Nazwa |
Funkcja |
polimeraza RNA I
B23; NO38
numatryna
C23
fibrylaryna
rybocharyna |
transkrypcja rDNA
dojrzewanie rRNP
regulacja komórkowej mitogenezy
aktywacja transkrypcji rDNA, pakowanie pre-rRNA, montowanie rybosomów
dojrzewanie pre-rRNA
dojrzewanie podjednostek 60S i transport jądrowo-cytoplazmatyczny |
Funkcja jąderka:
miejsce syntezy rybosomowych prekursorów pre-rRNA jego dojrzewania oraz montażu, rRNA syntetyzowany jest na matrycy DNA (rDNA)chromatyny jąderek
zawiera ono maszynerię wymaganą do transkrypcji wielokrotnych kopii prekursorów genów rybosomowych (ok,. 45S u ssaków 40S u płazów)
ponadto posiada molekularne wyposażone niezbędne do przetworzenia tych prekursorów w ostateczne cząsteczki 18S; 5,8S i 28S rRNA
zawiera również białka, które łączą się z pre-rRNA i rRNA, w tym 5SrRNA tworząc RNPs będące prekursorami mniejszej większej podjednostki dojrzałego rybosomu
Typy morfologiczne jąderek:
jąderka zwarte
jąderka siateczkowate (występują w większości komórek nowotworowych)
jąderka spoczynkowe (zahamowanie aktywności transkrypcyjnej)
jąderka segregowane (zahamowanie aktywności transkrypcyjnej)
W formowaniu się jąderka uczestniczą pętla chromatyny, zawierające geny rRNA, a pochodzące z 10 różnych chromosomów interfazowych.
Chromosomy
Budowa chromosomu:
ramiona chromosomu
przewężenie pierwotne
przewężenie wtórne
satelita
chromatydy
chromomery
telomery
Podział chromosomów ze względu na występowanie przewężenie pierwotnego (centromeru):
metacentryczne
submetacentryczne
akrocentryczne
telocentryczne (nie występują u ludzi)
Grupy chromosomów:
Grupa A - duże, metacentryczne (pary 1-3)
Grupa B - duże, submetacentryczne (pary 4 i 5)
Grupa C - średnie, submetacentryczne (pary 6-12 oraz chromosom X)
Grupa D - średnie, akrocentryczne (pary 13-15)
Grupa E - małe, submetacentryczne (pary 16-18)
Grupa F - małe, metacentryczne (pary 19-20)
Grupa G - małe, akrocentryczne (pary 21-22 oraz chromosom Y)
Metody prążkowe:
GTG (z udziałem barwnika Giemsy)
RHG (z udziałem barwnika Giemsy)
CBG (z udziałem barwnika Giemsy)
THG (z udziałem barwnika Giemsy)
NOR (wysrebrzanie; wybarwiają się białka Ag-NOR)
Metody prążkowe posiadają pewną niedogodność - jest zbyt małą rozdzielczość żeby rozstrzygnąć niektóre sytuację jak na przykład mikrodelecje.
Inne rodzaje chromosomów:
chromosomy olbrzymie, genetyczne chromosomy powstające w wyniku wielu kolejnych replikacji zespołu chromosomów bez rozejścia się replik do nowych komórek (jak to odbywa się w mitozie). Zob. też politeniczne chromosomy.
chromosomy politeniczne (ang. polytene chromosomes) - chromosomy, które powstają w wyniku kilkakrotnej replikacji chromosomowego DNA, po której nie następują zwyczajowe podziały komórkowe. Powstałe w ten sposób chromatydy nie rozchodzą się (nie ulegają dekondensacji). Chromosomy politeniczne zostały pierwotnie zaobserwowane przez Balbianiego w 1881 roku w gruczołach ślinowych ochotek Chironomus ale ich prawdziwa natura została odkryta dopiero w latach 30. podczas badań nad genetyką drozofili. Tkz. Pierścienie Balbianiego czy „puffy Balbianiego”
chromosomy szczoteczkowe - duże chromosomy zawierające liczne pętle boczne, będące miejscem intensywnej syntezy RNA, pętle nadają chromosomom wygląd "szczoteczki", występują podczas rozwoju oocytów niektórych zwierząt (ryb, płazów, gadów, ptaków).
Metoda Feulgena:
wynaleziona przez Roberta Feulgena
pozwala na selektywne barwienie DNA lub materiału chromosomowego
oparta na kwasowej hydrolizie DNA, które barwi się na czerwono.
wykorzystywana do półilościowego lub ilościowego oznaczania DNA w tkankach
reakcja przebiega w dwóch etapach
najpierw badaną próbkę poddaje się działaniu HCl przez 8-10 min. w podwyższonej temperaturze. następnie natychmiast traktuje się ją odczynnikiem Schiffa w temperaturze pokojowej przez co najmniej 30 min
do momentu gdy tkanka nabierze purpurowego zabarwienia
dalej materiał jest ugniatany w obecności acetoorceiny
Kolchicyna
organiczny związek chemiczny z grupy alkaloidów o silnie trującym działaniu
dawka śmiertelna to ok. 1 mg/kg masy ciała.
w dawkach terapeutycznych wykazuje działanie przeciwzapalne, antymikrotubularne
zatrzymując podział komórki na etapie metafazy poprzez uniemożliwienie wytworzenia mikrotubul wrzeciona kariokinetycznego i zmniejszające wytwarzanie kwasu moczowego
oddziaływanie na cytoszkielet
upośledzanie segregacji chromosomów podczas podziału komórki co doprowadza do powstania komórek o zduplikowanym garniturze chromosomów
W ten sposób daje się stosunkowo łatwo uzyskać rośliny poliploidalne, interesujące zarówno ze względów użytkowych jak i teoretycznych. Kolchicyna jest stosowana w leczeniu napadów zapalenia stawów w przebiegu dny moczanowej oraz w leczeniu rodzinnej gorączki śródziemnomorskiej