Çekirdekçik
(1) Çekirdekçik
(2) Çekirdek
(3) Ribozomlar (küçük noktalar)
(4) Vezikül
(5) Granüllü endoplazmik retikulum (ER)
(6) Golgi aygıtı
(7) Hücre iskeleti
(8) Granülsüz endoplazmik retikulum
(9) Mitokondriler
(10) Koful
(11) Sitoplazma
(12) Lizozom
(13) Sentrozom içindeki Sentriyoller ⓘ
Çekirdekçik ya da nükleolus, ökaryot hücrelerin çekirdeklerinin içinde bulunan zarsız bir yapıdır. ⓘ
Çekirdekçik; bakteriler, arkealar, çekirdek içeren alyuvarlar ve sperm hücreleri dışında bütün canlı hücrelerde bulunan küresel bir cisimdir. Yapısının %10-20 kadarı RNA'dan, %70-80 kadarı proteinin oluşmaktadır. DNA çekirdekçiğin dışında olduğundan çekirdekçik yapısında bulunmaz. Protein kısmının bir bölümü enzim yapısına, çok daha büyük bir bölümü ise ribozomun yapısına girecek olan ribozomal proteine dönüşür. ⓘ
Görevi ribozomal RNA (rRNA) transkripsiyonu yapmak ve hücre içinde bunları birleştirmektir. Hücre çekirdeğinin hacimce %25'ini kaplar. Çekirdekçiklerdeki işlev bozuklukları "nükleolopati" adı altında değerlendirilen çok çeşitli hastalıklara sebep olabilmektedir. ⓘ
| Hücre biyolojisi ⓘ | |
|---|---|
| Hayvan hücresi diyagramı | |
 Tipik bir hayvan hücresinin bileşenleri:
|
Nükleolus (/nuː-, njuːˈkliːələs, -kliˈoʊləs/, çoğul: nucleoli /-laɪ/) ökaryotik hücrelerin çekirdeğindeki en büyük yapıdır. En iyi ribozom biyogenezinin gerçekleştiği yer olarak bilinir. Nükleoller ayrıca sinyal tanıma partiküllerinin oluşumuna katılır ve hücrenin strese verdiği yanıtta rol oynar. Nükleoller proteinler, DNA ve RNA'dan oluşur ve nükleolar organizasyon bölgeleri adı verilen belirli kromozomal bölgelerin etrafında oluşur. Nükleollerin işlev bozukluğu "nükleolopatiler" olarak adlandırılan çeşitli insan hastalıklarının nedeni olabilir ve nükleol kanser kemoterapisi için bir hedef olarak araştırılmaktadır. ⓘ
Tarihçe
Nükleolus 1830'larda parlak alan mikroskopisi ile tanımlanmıştır. John Gurdon ve Donald Brown tarafından Afrika pençeli kurbağası Xenopus laevis'te yapılan bir nükleol çalışması, nükleolün işlevine ve ayrıntılı yapısına olan ilginin artmasına neden olduğu 1964 yılına kadar nükleolün işlevi hakkında çok az şey biliniyordu. Kurbağa yumurtalarının %25'inde nükleolus bulunmadığını ve bu yumurtaların yaşama kabiliyetine sahip olmadığını tespit etmişlerdir. Yumurtaların yarısında bir nükleolus, %25'inde ise iki nükleolus vardı. Nükleolusun yaşam için gerekli bir işlevi olduğu sonucuna vardılar. 1966'da Max L. Birnstiel ve arkadaşları nükleik asit hibridizasyon deneyleriyle nükleol içindeki DNA'nın ribozomal RNA'yı kodladığını gösterdi. ⓘ
Yapı
Nükleolusun üç ana bileşeni olduğu kabul edilmektedir: fibriler merkez (FC), yoğun fibriler bileşen (DFC) ve granüler bileşen (GC). rDNA'nın transkripsiyonu FC'de gerçekleşir. DFC, rRNA'nın işlenmesinde önemli olan fibrillarin proteinini içerir. GC, ribozom biyogenezinde de rol oynayan nükleofosmin proteinini (dış görüntüde B23) içerir. ⓘ
Ancak, bu özel organizasyonun sadece yüksek ökaryotlarda görüldüğü ve anamniyotlardan amniyotlara geçişle birlikte iki parçalı bir organizasyondan evrimleştiği öne sürülmüştür. DNA intergenik bölgesindeki önemli artışı yansıtan orijinal bir fibriler bileşen, FC ve DFC'ye ayrılmış olabilir. ⓘ
Birçok nükleolde (özellikle bitkilerde) tanımlanan bir başka yapı da yapının merkezinde nükleolar vakuol olarak adlandırılan açık bir alandır. Çeşitli bitki türlerinin nükleollerinin, insan ve hayvan hücre nükleollerinin aksine çok yüksek demir konsantrasyonlarına sahip olduğu gösterilmiştir. ⓘ
Nükleolus üstyapısı elektron mikroskobu ile görülebilirken, organizasyon ve dinamikler floresan protein etiketleme ve fotobozulma sonrası floresan geri kazanımı (FRAP) ile incelenebilir. PAF49 proteinine karşı antikorlar da immünofloresan deneylerinde nükleolus için bir işaretleyici olarak kullanılabilir. ⓘ
Genellikle sadece bir veya iki nükleolus görülebilmesine rağmen, diploid bir insan hücresi on nükleolus düzenleyici bölgeye (NOR) sahiptir ve daha fazla nükleolusa sahip olabilir. Çoğu zaman her bir nükleolusa birden fazla NOR katılır. ⓘ
Çekirdekçikler üç farklı bölgeden oluşmaktadır: ipliksi (fibriler) bölge (FC), yoğun ipliksi bölge (DFC) ve tanecikli (granüler) bölge (GC). Elektron mikroskobu görüntülerine göre ipliksi bölgede uzunluğu çapının yaklaşık olarak iki katı olan fibriler proteinler bulunmaktadır. Tanecikli bölge ise daha çok çekirdekçiğin çevresinde bulunmakta ve granüllü yapılardan oluşmaktadır. Yoğun ipliksi bölge de henüz olgunlaşmamış ribozom alt birimlerinden oluşmaktadır. ⓘ
İşlev ve ribozom montajı
Ribozom biyogenezinde, üç ökaryotik RNA polimerazdan (pol I ve III) ikisi gereklidir ve bunlar koordineli bir şekilde işlev görür. İlk aşamada, rRNA genleri RNA polimeraz I tarafından nükleolus içinde tek bir ünite olarak transkribe edilir. Bu transkripsiyonun gerçekleşmesi için, pol I ile ilişkili birkaç faktör ve DNA'ya özgü trans-etkili faktörler gereklidir. Mayada en önemlileri şunlardır: UAF (upstream activating factor), TBP (TATA-box binding protein) ve core binding factor (CBF)) promotör elementleri bağlar ve preinitiation complex (PIC) oluşturur, bu da RNA pol tarafından tanınır. İnsanlarda benzer bir PIC, SL1, promotör seçicilik faktörü (TBP ve TBP ile ilişkili faktörler veya TAF'lardan oluşur), transkripsiyon başlatma faktörleri ve UBF (yukarı akış bağlama faktörü) ile bir araya getirilir. RNA polimeraz I çoğu rRNA transkriptini (28S, 18S ve 5.8S) transkribe eder ancak 5S rRNA alt birimi (60S ribozomal alt biriminin bileşeni) RNA polimeraz III tarafından transkribe edilir. ⓘ
RRNA'nın transkripsiyonu, hala ITS ve ETS içeren uzun bir öncü molekül (45S pre-rRNA) verir. 18S RNA, 5.8S ve 28S RNA moleküllerini oluşturmak için daha fazla işlem gereklidir. Ökaryotlarda, RNA modifiye edici enzimler, bu spesifik dizileri bağlayan kılavuz RNA'larla etkileşim yoluyla ilgili tanıma bölgelerine getirilir. Bu kılavuz RNA'lar, proteinlerle kompleks oluşturan ve küçük nükleolar-ribonükleoproteinler (snoRNP'ler) olarak var olan küçük nükleolar RNA'lar (snoRNA'lar) sınıfına aittir. rRNA alt birimleri işlendikten sonra, daha büyük ribozomal alt birimlere monte edilmeye hazır hale gelirler. Bununla birlikte, ilave bir rRNA molekülü olan 5S rRNA da gereklidir. Mayada, 5S rDNA dizisi intergenik aralığa lokalize olur ve RNA pol tarafından nükleolusta transkribe edilir. ⓘ
Yüksek ökaryotlarda ve bitkilerde durum daha karmaşıktır, çünkü 5S DNA dizisi NOR'un dışında yer alır ve nükleoplazmada RNA pol III tarafından kopyalanır, ardından ribozom montajına katılmak için nükleolusa giden yolu bulur. Bu birleşme sadece rRNA'yı değil, ribozomal proteinleri de içerir. Bu r-proteinlerini kodlayan genler nükleoplazmada pol II tarafından "geleneksel" bir protein sentezi yolu ile transkribe edilir (transkripsiyon, pre-mRNA işleme, olgun mRNA'nın nükleer ihracı ve sitoplazmik ribozomlar üzerinde translasyon). Olgun r-proteinleri daha sonra çekirdeğe ve son olarak da nükleolusa aktarılır. rRNA ve r-proteinlerinin birleşmesi ve olgunlaşması, tam ribozomun 40S (küçük) ve 60S (büyük) alt birimlerinin oluşmasıyla sonuçlanır. Bunlar nükleer por kompleksleri aracılığıyla sitoplazmaya ihraç edilir, burada serbest kalırlar veya endoplazmik retikulum ile birleşerek kaba endoplazmik retikulumu (RER) oluştururlar. ⓘ
İnsan endometriyal hücrelerinde bazen bir nükleolar kanal ağı oluşur. Bu ağın kökeni ve işlevi henüz net olarak tanımlanmamıştır. ⓘ
Çekirdekçikler, ilk olarak Barbara McClintock tarafından tanımlanan ve çekirdekçik organizatörü (NOR) olarak adlandırılan özel genetik lokusların etrafında yer almaktadır. Bir NOR, çok çeşitli kromozomlarda bulunabilen rRNA genleriyle dizilidir. Aslında tüm canlıların genomunda çok sayıda rRNA geni bulunmaktadır. Örneğin bir insanda 5.8S, 18S ve 28S rRNA'ları kodlayan 200 kadar gen ve 5S rRNA'yı kodlayan 2000 gen kopyası mevcuttur. Buna rağmen embriyonik gelişim sürecinde hücrenin ihtiyaç duyduğu rRNA ürünleri hızlı bir şekilde karşılanamamaktadır. Dolayısıyla hücre gen amplifikasyonu ile gereksinim duyulan çok fazla sayıdaki rRNA ürününü karşılamaktadır. ⓘ
Gen amplifikasyonu, belli bir gen serisi replikasyon yaptığı halde geri kalan genomun değişmeyip aynı kalmasıdır. Dolayısıyla amplifikasyon, tekrarlayan DNA replikasyon döngülerinin sonucunda oluşmaktadır. Sonuçta amplifiye olan genin birçok kopyası elde edilmektedir ve dolayısıyla gen ifadesi artmaktadır. Böylece hücrenin gereksinim duyduğu fazla miktardaki büyük rRNA'lar sentezlenmektedir. ⓘ
Proteinlerin sekestrasyonu
Ribozomal biyogenezdeki rolüne ek olarak, nükleolusun, nükleolar alıkoyma olarak bilinen bir süreç olan proteinleri yakaladığı ve hareketsizleştirdiği bilinmektedir. Nükleolusta tutulan proteinler yayılamaz ve bağlanma ortaklarıyla etkileşime giremez. Bu post-translasyonel düzenleyici mekanizmanın hedefleri arasında VHL, PML, MDM2, POLD1, RelA, HAND1 ve hTERT ve diğerleri bulunmaktadır. Nükleolusun intergenik bölgelerinden kaynaklanan uzun kodlamayan RNA'ların bu fenomenden sorumlu olduğu artık bilinmektedir. ⓘ
Hücre bölünmesi esnasındaki yapısı
Hücre bölünmesi sırasında çekirdekçik kaybolur. Bölünmeden sonra tekrar oluşur. Bölünmenin başlangıcında kromozomlar oluşmaya başladığında çekirdekçik küçülür, çünkü çekirdekçiği oluşturan kromatin de nükleozom oluşumuyla kısalmaya başlamaktadır. Bölünmenin metafaz evresinde ise DNA ultrastrüktür yapıda başlangıçtaki halinin 10.000 katı kadar kısalma olduğunda çekirdekçik tamamen görünmez olur. Çekirdekçiğin protein kısımları, fibrilli ve granüllü bölgeleri sitoplazmaya dağılır. Bölünmenin telofaz evresinin sonuna doğru ultrastrüktür yapıdaki DNA, sarmallarından kurtulup uzamaya başladığında çekirdek yapıcı kromozomların rRNA genlerini taşıyan DNA bölgeleri bir araya gelerek tekrar çekirdekçiği oluştururlar. ⓘ