Corpul Cajal

Corpul Cajal (TC) ( ing.  Corpul Cajal, CB ) este o formațiune din nucleul celular , prezentă în unele organisme nucleare . Dimensiunea tipică a corpurilor Cajal este de 1–2 μm, iar o celulă poate conține de la 0 la 10 TC [1] . Multe tipuri de celule nu au MC, dar MC se găsesc în nucleele neuronilor și celulelor canceroase [2] . Funcția principală a corpurilor Cajal este procesarea ARN-urilor nucleare mici și nucleolari mici , precum și asamblarea complexelor ribonucleoproteice .

Corpii Cajal sunt caracterizați prin prezența proteinei marker coilin și a ARN-urilor mici de corp Cajal ( ARN-uri Cajal  mici ; scaRNA); pe lângă coilin, proteina de supraviețuire a neuronilor motori (SMN) joacă un rol critic în menținerea integrității structurale a corpurilor Cajal [3] . Corpii Cajal conțin concentrații mari de ribonucleoproteine ​​nucleare mici (snRNPs și alți factori de procesare a ARN , ceea ce indică faptul că corpurile Cajal servesc ca locații pentru asamblarea și/sau modificarea post-transcripțională a aparatului de splicing nuclear . În plus, TC-urile sunt implicate în procesarea mARN -ului histonelor și alungirea telomerilor [4] . MC există pe parcursul întregii interfaze , dar dispar în timpul mitozei . Biogeneza corpurilor Cajal prezintă proprietățile unei structuri de auto-organizare [5] .  

Istoria studiului

Corpusculul Cajal a fost descris pentru prima dată de Santiago Ramón y Cajal  , un neuroanatomista spaniol care a împărtășit Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină în 1906 cu Camillo Golgi pentru studiile sale asupra structurii celulare a sistemului nervos . În 1903, folosind o tehnică de impregnare cu argint , Cajal a descoperit un corp mic, rotunjit, care a fost găsit în nucleii diferitelor celule nervoase . El l-a numit vițelul accesoriu (în spaniolă: cuerpo accessorio ). În cursul studiilor sale morfologice, Cajal a putut observa pete de îmbinare ( în engleză splicing specles ), nucleol și membrana nucleară . Acele corpuri, pe care Cajal le-a numit cuerpo accessorio , au fost descrise în mod independent într-o mare varietate de organisme : mamifere , amfibieni , insecte și plante . Li s-au dat o varietate de denumiri: corpuri încolăciți ( îng. corpuri încolăcite ) în celulele de șoarece , șobolani și umane , endoteliu ( germană: Binnenkörper ) la insecte, asociat cu nucleolii corpului din plante. Descoperirea proteinei coilin în corpurile spiralate ale celulelor HeLa a adus ordine în această multitudine de nume . Anticorpii anti-coilină au servit drept markeri buni pentru corpurile încolăcite din celulele vertebratelor și chiar pentru corpurile asociate cu nucleul din celulele de mazăre ( Pisum sativum ). Acum este clar că subcompartimentele nucleare omoloage care conțin coilină sunt prezente într-o mare varietate de eucariote. Pentru a confirma această caracteristică comună și a aduce terminologia la un singur model, a fost propusă denumirea de „corp Cajal” pentru corpurile nucleare care conțin coilin [6] . În 2002, corpurile Cajal au fost izolate pentru prima dată din celule vii (celule HeLa) [7] .     

Componente

Corpii Cajal sunt locuri de modificare pentru ARN-uri nucleare mici (ARNs-uri) și ARN-uri nucleolare mici (ARN- uri) și asamblare și fac parte din ciclul de viață al RNP . Corpii Cajal sunt caracterizați prin prezența proteinei coilin, ribonucleoproteine ​​nucleare mici (snRNP), ribonucleoproteine ​​nucleolare mici (snRNP), RNP telomeraze și factori de asamblare și maturare a RNP, precum și complexe formate din proteina de supraviețuire a neuronului motor (SMN ). ). Complexul multiproteic Integrator, care procesează capetele 3’ ale snRNA și menține integritatea TA, poate fi, de asemenea, o componentă a TA [8] .

Coilin

După descoperirea coilinei în celulele HeLa, această proteină a devenit rapid un marker caracteristic pentru corpurile Cajal din celulele de mamifere. La oameni și la șoareci, coilina are aproximativ aceeași dimensiune (62,6 kDa și, respectiv, 62,3 kDa) și există un grad ridicat de similitudine între secvențele lor de aminoacizi . Broasca Xenopus are ceva mai puțin coilin (59,6 kDa) și secvența sa de aminoacizi este semnificativ diferită de cea a celor două proteine ​​de la mamifere. În afara vertebratelor, este extrem de dificil să se determine omologii coilinei prin secvența de aminoacizi. Ortologi incontestabil de coilin au fost descriși în Arabidopsis și Drosophila , dar până acum nu s-au găsit ortologi coilin la nematodul Caenorhabditis elegans , drojdia Saccharomyces cerevisiae și alte organisme model nevertebrate importante [9] .

În ciuda confortului utilizării coilinei ca marker al corpurilor Cajal, se știe puțin despre coilina în sine ca proteină: în special, încă nu există informații despre funcțiile biochimice pe care le poate îndeplini în corpul Cajal. Coilina se leagă de proteina de supraviețuire a neuronului motor (SMN) și de diferite proteine ​​din grupele Sm și LSm , astfel încât poate fi implicată în asamblarea sau modificarea snRNP-urilor. La șoareci, Arabidopsis și Drosophila, s-au găsit dovezi puternice că coilina este necesară pentru formarea MC. La peștele zebra, knockout- ul genei coilin de către morfolino , care are ca rezultat pierderea TK și împrăștierea dezordonată a snRNP-urilor în jurul nucleului, provoacă oprirea dezvoltării la trecerea de la stadiul 15 - somit la stadiul 16-somit, probabil din cauza încălcării excizia corectă a intronilor și formarea redusă de ARNm normal matur. Interesant, acest efect poate fi redus prin adăugarea de snRNP-uri umane mature, dar nu numai snRNA-uri sau snRNP-uri, sugerând că coilina și, probabil, un corp Cajal sunt necesare la peștele-zebra pentru asamblarea corectă a snRNP [1] . Knockout-ul genei coilin la șoareci duce la un fenotip semi-letal (50% dintre embrioni mor în stadiul de dezvoltare intrauterină). Unii homozigoți mor în stadiul embrionar , iar cei care supraviețuiesc până la vârsta adultă au probleme semnificative cu fertilitatea și fecunditatea . Celulele cultivate derivate de la astfel de șoareci knockout nu au MC tipice. În schimb, au trei tipuri de corpuri „reziduale”, fiecare dintre ele conţinând o parte din componentele corpurilor Cajal. În Arabidopsis , mutantul no cajal body 1 (ncb-1) are o singură substituție de bază în gena coilin , deși nu este clar dacă este într-adevăr complet lipsit de coilin. Homozigoții ncb-1 sunt complet viabili, totuși, cu ajutorul anticorpilor la alte componente ale TK (U2B și fibrilarină ), TK nu este detectat în ei folosind microscopia electronică . În Drosophila, doi mutanți nuli de diferiți sunt pe deplin viabili în stare homozigotă. În celulele muștelor coilin-null , imunocolorarea sau hibridizarea in situ nu a detectat MC. Astfel, în aceste trei organisme studiate, coilina este necesară pentru formarea normală de MC, dar nici coilina, nici MC normale nu sunt necesare pentru viabilitate [10] .

Modificările nivelului de expresie a coilinei sunt asociate cu modificări ale conținutului mai multor ARN necodificatori , în special ARNsn U2 , ARNr transcris de ARN polimeraza I și componenta ARN a telomerazei . În plus, coilina este capabilă să se lege la diferite ARN-uri necodificatoare, cum ar fi precursorul ARNr 47/45S, ARNsn U2 și componenta ARN telomerazei. Coilina are activitate RNază , care este deosebit de importantă pentru procesarea capătului 3' al ARNsn U2 al componentei ARN a telomerazei. Astfel, coilina este capabilă să influențeze transcripția și/sau procesarea multor ARN-uri necodante importante în celulă [4] .

Deși coilina a fost folosită de mulți ani ca marker al corpurilor Cajal și al rolului critic pe care îl joacă în menținerea integrității lor structurale, s-a descoperit că coilina apare și în alte corpuri nucleare speciale, corpurile locusului  histonelor, HLB ) [11]. ] .

Ribonucleoproteine ​​nucleare mici (snRNPs)

Odată ce corpurile Cajal au fost identificate prin imunocolorare cu anticorpi anti-coilin, a apărut o tehnică simplă folosind alți anticorpi și hibridizare in situ pentru a crea un catalog de componente tipice TK. Curând a devenit clar că MC-urile conțin multe proteine ​​și ARN implicate în procesarea ARN, în special, splicing -ul ARN-urilor nucleare mici (snRNA, snRNA engleză )  (U1, U2, U4, U5 și U6). Deoarece îmbinarea reală nu are loc în corpurile Cajal, s-a sugerat că TA poate juca un anumit rol în asamblarea sau modificarea snRNP-urilor de îmbinare. Biogeneza snRNP-urilor de îmbinare este un proces complex care include atât pași nucleari, cât și citoplasmatici . Pe scurt, transcripția snRNA are loc în nucleu, după care sunt exportate în citoplasmă. În citoplasmă, capacul de monometilguanozină de la capătul 5’ devine trimetilat și fiecare snARN este împachetat într-un complex de șapte proteine ​​din grupul Sm conservate . În cele din urmă, snRNP-urile colectate sunt returnate la nucleu. Deoarece ARNsn găsite în corpurile Cajal sunt asociate cu proteinele Sm și au un capac de trimetilguanozină, se crede că s-au întors deja în nucleu din citoplasmă. Acest lucru este confirmat de studiile cinetice care arată că snRNP-urile care tocmai au intrat în nucleu sunt mai întâi trimise la TC, după care apar în pete (grupuri de granule de intercromatină ) și ajung în cele din urmă la cromozomi , unde, de fapt, are loc splicing. Modificarea nucleotidelor snRNP specifice are loc probabil în MC. Mai puțin clar este măsura în care are loc asamblarea aparatului de îmbinare în TC. Se presupune că MC-urile sunt implicate în ultimele etape ale formării snRNP-urilor U2 și, eventual, asamblarea tri-snRNP-urilor U4 / U6 - U5 De asemenea, au fost furnizate dovezi că snRNP-urile sunt reciclate prin TK. Este foarte posibil ca snRNP-urile de splicing să treacă de la MC la pete în drumul lor către locurile de sinteză a ARN-ului și splicing pe cromozomi. Cu toate acestea, nu se cunoaște măsura în care snRNP-urile individuale sunt organizate în complexe pete de ordin superior. Studii recente pe ovocitele de amfibieni au arătat că snRNP-urile pot fi recrutate la cromozomii lampbrush independent de asamblarea în spliceozomi maturi . Dacă acest lucru este valabil pentru toate celulele, atunci corpurile Cajal pot juca doar un rol limitat în asamblarea snRNP-urilor în complexe de ordin superior [11] .

Corpi mici de ARN Cajal (scaRNA)

Un pas puternic înainte în înțelegerea funcțiilor corpurilor Cajal a fost descoperirea corpurilor Cajal cu ARN mici (scaRNA). ScaRNA-urile sunt strâns legate de ARN-urile nucleolare mici ( snoRNAs ) atât în ​​​​structură, cât și în funcție. Ambele grupuri de ARN sunt caracterizate prin prezența unor motive specifice  , așa-numita cutie C/D și cutie H/ACA, și ambele grupuri sunt implicate în modificarea post-transcripțională a altor ARN. Cutia snoRNA C/D direcționează atașarea grupărilor 2’-O-metil la resturi specifice de riboză din ARNr, în timp ce cutia H/ACA mediază conversia uridinelor specifice în pseudouridină . Fibrilarina funcționează ca o metiltransferază , iar diskerina/NAP57/CBF5 funcționează ca o pseudouridin sintază; fiecare dintre aceste proteine ​​interacționează cu trei proteine ​​suplimentare pentru a forma o enzimă activă. ScaRNA-urile desfășoară reacții similare cu ARN-urile nucleare mici (snRNAs) și sunt responsabile de metilarea și pseudouridilarea lor [1] . Primul ARN descoperit și cel mai bine studiat din clasa scaRNA este U85. Acest ARN ghid neobișnuit mediază două modificări : 2'-O-metilarea C45 și pseudouridilarea U46 în snRNA U5 uman. Experimentele de fracţionare celulară şi hibridizare in situ au arătat că scaRNA U85 este localizat exclusiv în MC ale celulelor HeLa şi Drosophila . Localizarea acestui ARN diferă de localizarea substratului său, ARNsn U5, care se găsește și în cantități mari în TA, dar, ca și alte ARNs, este larg distribuit în întregul nucleu. Localizarea U85 și a altor scaRNA-uri diferă de cea a majorității ARN-urilor ghid care conțin cutii C/D și H/ACA, care sunt concentrate în nucleol. S-a demonstrat că localizarea ARN-ului în MC din celulele vertebratelor depinde de prezența unei secvențe consens scurte numită caseta CAB. Un motiv înrudit, dar oarecum diferit, a fost descris în scaRNA de Drosophila . Cutia CAB a scaRNA-urilor umane și Drosophila se leagă de proteina conservată WRAP53 (cunoscută și ca WD40-repeat , TCAB1 și WDR79) [4] , care este necesară pentru localizarea acestor ARN-uri în corpurile Cajal [12] .   

Localizarea specifică a scaRNA în corpul Cajal confirmă că metilarea și pseudouridilarea snRNA au loc în MC după livrarea snRNP-urilor asamblate la nucleu. Această ipoteză este susținută puternic de experimentele de cultură celulară care arată că substraturile artificiale de scaRNA au fost modificate atunci când au fost introduse în MC și nu în nucleol. Această ipoteză este de asemenea în acord cu binecunoscuta concentrație de fibrilarină în MC. În același timp, este puțin probabil ca modificarea snRNA să fie limitată la TK, deoarece muștele lipsite de coilină care nu au TK aveau totuși niveluri normale de scaRNA și toate snRNA-urile lor au fost modificate corect. Se pare că scaRNA și alte componente MC există în mod normal în nucleoplasmă sub formă de complexe macromoleculare care sunt prea mici pentru a fi distinse individual la un microscop cu lumină convențională . Coilina este necesară pentru asamblarea acestor complexe în corpuri Cajal, care sunt vizibile prin microscopie luminoasă, dar asamblarea acestor corpuri nu este o condiție necesară pentru funcționarea acestor complexe, cel puțin pentru modificarea dependentă de scaRNA a snRNA-urilor de splicing . 13] . Este posibil ca TA să joace rolul unei concentrații locale de reactivi necesari procesării snRNA și astfel să-și mărească eficiența. Dacă, datorită caracteristicilor metabolice ale celulei, orice etapă de maturare a snRNP în MC devine limitatoare de viteză (ca, de exemplu, în cazul embriogenezei peștelui zebra descris mai sus), atunci celulele lipsite de coilin și, în consecință, MC nu sunt viabile [1 ] .

Un scaRNA special de interes excepțional este componenta ARN a telomerazei, o enzimă responsabilă pentru menținerea unei lungimi constante a telomerilor în celulele eucariote. Prezența ARN-ului telomerazei în MC a fost demonstrată prin hibridizare in situ în liniile de celule canceroase umane , dar în celulele necanceroase, nivelurile sale în MC au fost scăzute sau nedetectabile. ARN-ul telomerazei are un motiv cutie H/ACA și un motiv cutie CAB. Reverse transcriptaza telomerazei [1] se acumulează, de asemenea, în celulele canceroase umane MC . Alte componente ale complexului telomerazei sunt de asemenea localizate în TC: proteinele diskerine , GAR1 , NHP2 , NOP10, WRAP53 [8] . WRAP53, care se leagă de alte scaRNAs, face parte din holoenzima telomerazei umane și este necesar pentru sinteza telomerilor în celulele HeLa [14] (în absența sa, celulele pluripotente nu au putut să-și lungească telomerii [8] ). Posibil, coilina este implicată în procesarea ARN-ului telomerazei [8] .

GEMS și proteina SMN

O componentă extrem de interesantă a corpurilor Cajal este proteina neuronului motor de supraviețuire (SMN )  . Când localizarea intracelulară a SMN a fost studiată pentru prima dată prin imunofluorescență , proteina a fost vizibilă în întreaga citoplasmă, precum și într-un corp nuclear similar ca dimensiune cu corpul lui Cajal, dar diferit de TK. Din acest motiv, corpul deschis a fost numit Gemenii CB, GEMS . Întâmplător, linia celulară HeLa pe care au fost descrise GEMS este neobișnuită: în celulele umane din alte linii, inclusiv diferite tulpini HeLa , în neuronii primari, precum și în celulele Drosophila, SMN este localizat în același loc cu coilina în TK. Din acest motiv, în cazul general, SMN poate fi considerat ca o componentă importantă a TC, și nu ca un marker al unui corp nuclear individual [14] .  

Cel mai probabil, SMN, împreună cu coilin, participă la menținerea integrității structurale a TC. S-a demonstrat că SMN este implicat în recunoașterea și rezoluția buclelor R în timpul încheierii transcripției , prin urmare, TK poate fi implicat în reglarea transcripției [3] .

În 2017, SMN sa dovedit a fi ținta CREBBP acetiltransferazei . În celulele umane, această enzimă acetilează SMN la lizina 119 (K119), provocând eliberarea proteinei în citoplasmă și dizolvarea MC, precum și o scădere a acumulării de snRNP în petele nucleare . În celulele mutante , în care restul de lizină 119 din SMN este înlocuit cu arginină , care nu este supusă acetilării, dimpotrivă, este stimulată formarea TK, precum și o nouă categorie de corpi de leucemie promielocitară (corpi PML) îmbogățiți. în SMN [15] .

După cum sugerează și numele, la mamifere SMN este esențial pentru buna funcționare a neuronilor motori , în special a celor localizați în măduva spinării . La șoareci și Drosophila, mutațiile nule dintr-o singură copie a genei smn sunt letale. În cazul oamenilor, situația este oarecum diferită, deoarece individul are două copii ale genei, dintre care una are un site de îmbinare alterat, rezultând o procesare ineficientă a transcripției. Fără să ne aprofundăm în genetica destul de complicată a genei smn umane , mutațiile acestei gene conduc adesea la dezvoltarea unei afecțiuni cunoscute sub numele de atrofie musculară spinală (SMA). SMA apare la aproximativ 1 din 6000 de nou-născuți și are ca rezultat moartea timpurie [16] .

Studiile biochimice au arătat că în celulele vertebrate SMN este situat într-un complex macromolecular cunoscut sub numele de assemblysome .  Acest complex este format din SMN în sine, șapte hemine și alți câțiva factori. Acest complex funcționează în citoplasmă ca o însoțitoare implicată în asamblarea unui complex de snRNA de îmbinare cu un inel cu șapte membri de proteine ​​Sm. SMN însoțește snRNP-urile asamblate pe drumul înapoi spre nucleu și facilitează importul nuclear al proteinelor Sm [8] , cu toate acestea nu se știe dacă SMN are funcții specifice în nucleu [17] .

Exprimarea SMN umană marcată cu proteină verde fluorescentă în celulele de drojdie în devenire a arătat localizarea specifică a acestei proteine ​​într-o structură mică din nucleol, pe care autorii studiului au numit-o corpul nucleolar (corp nucleolar în engleză  ). Unele etape ale maturizării snoRNA U3 apar și în acest organism. Legarea la nucleol, acumularea SMN și maturarea U3 sugerează că corpul nucleolar al drojdiei este echivalent cu corpul Cajal al eucariotelor mai complexe [17] .

Alte proteine ​​din corp Cajal

Proteina WRAP53 (cunoscută și ca TCAB1 sau WDR79), precum SMN, se găsește în citoplasmă și TC. Pentru prima dată, această proteină a fost identificată ca o proteină care se leagă de motivul CAB în unele scaRNA -uri , precum și ARN-ul telomerazei și asigură localizarea acestor ARN-uri în MC. Scăderea nivelului de WRAP53 în celulă prin interferența ARN duce la distrugerea MC și la mișcarea coilinei în nucleol , astfel încât WRAP53 joacă un rol important în menținerea integrității structurale a MC. În plus, WRAP53 este implicat în biogeneza scaRNA [18] .

CRM1 se găsește în nucleoplasmă și MC. Face parte dintr-un complex care transferă ARN-uri nucleare mici nou sintetizate de la nucleu la citoplasmă, în care au loc o serie de etape de maturare a acestor ARN. Pe drumul către citoplasmă, acest complex trece cel mai probabil prin MC. CRM1 este, de asemenea, implicat în livrarea ribonucleoproteinelor nucleolare mici (snoRNPs) către nucleol, care, ca și snRNPs, trec prin MC în timpul maturării lor. Inhibarea activității CRM1 duce la perturbări în structura și dinamica TC [18] .

DAXX funcționează ca un corepresor transcripțional . Această proteină se găsește în citoplasmă și nucleu, și anume, în corpurile PML. De asemenea, a fost demonstrat că DAXX poate fi localizat în MC, iar localizarea lui în MC depinde de stadiul ciclului celular , atingând un maxim în faza S timpurie și mijlocie . În aceeași perioadă a ciclului celular, în TC se observă o concentrație crescută de revers transcriptază , care face parte din telomerază ( TERT ), când asamblarea holoenzimei telomerazei are loc în TC, prin urmare, în TC. TC, DAXX poate stimula asamblarea telomerazei prin interacțiunea cu subunitățile sale , precum și mutarea telomerazei în telomeri [18] .

Dyskerin ( engleză  Dyskerin ) se găsește în nucleol și TC. Diskerina este încorporată în complexul telomerazei în stadiile incipiente ale formării sale și este, de asemenea, inclusă în unele snoRNP-uri și scaRNP-uri. S-a demonstrat că diskerina interacționează cu coilina și SMN; prin urmare, încorporarea sa în complexul de telomeraze și RNP poate fi reglată prin interacțiunea cu alte proteine ​​TK [18] .

Fam118B este cunoscută ca o proteină care interacționează cu coilina, iar atât o creștere, cât și o scădere a expresiei acestei proteine ​​duc la tulburări în structura și compoziția TC. Deficiența Fam118B afectează, de asemenea, rata de splicing și duce la suprimarea proliferării celulare [18] .

Fibrilarina este cunoscută ca o proteină marker pentru componenta fibrilă densă a nucleolului. De asemenea, este detectat în TK și este o componentă a unor snoRNP-uri și scaRNP-uri. Fibrilarina interacționează direct cu scaRNA și snRNA și funcționează ca o metiltransferază care metilează snRNA și ARNr . Domeniul GAR ( domeniul bogat în glicină și arginină) al fibrilarinei interacționează, de asemenea, cu SMN [18] .

GAR1 , ca și fibrilarina, este localizat în nucleol și TC. Această proteină este implicată în biogeneza telomerazei și este prezentă în RNP telomerazei mature. În plus, este membru al unui număr de snoRNP-uri și scaRNP-uri. GAR1 interacționează cu SMN prin unul dintre cele două domenii ale sale GAR, dintre care unul este situat la capătul N-terminal și celălalt la capătul C-terminal al proteinei [18] .

Nopp140 este abundent în nucleol și MC și joacă un rol important în formarea ribozomilor . Formează un complex cu diskerină, care se găsește și în nucleol și MC. În plus, interacționează cu coilin, precum și cu snoRNP și scaRNP, deci este posibil ca Nopp140 să acționeze ca o însoțitoare snoRNP , oferind o legătură între nucleol și TA. Este posibil ca Nopp140 să fie, de asemenea, implicat în biogeneza scaRNP în MC. Există dovezi că funcționarea lui Nopp140 în TK depinde de SMN [18] .

PA28γ este un activator de proteazom bine studiat . În condiții de stres, cum ar fi iradierea ultravioletă , TA sunt distruse și PA28γ se colocalizează cu coilin. Cu toate acestea, în celulele în stare normală, PA28γ nu se găsește în MC și este împrăștiat aleatoriu în nucleoplasmă. Supraexprimarea PA28γ duce la dezasamblarea MC, astfel încât această proteină este probabil implicată în menținerea integrității MC [18] .

PHAX , ca și CRM1, este implicat în exportul snRNA spliceosomal și este localizat în MC și nucleoplasmă. PHAX interacționează cu un capac de la capătul 5’ al snRNA și formează un complex de export, care include și CRM1. De ceva timp, complexul se află în MC și apoi intră în citoplasmă. O scădere a nivelului de PHAX ca urmare a interferenței ARN distruge MA, indicând faptul că biogeneza snRNP este necesară pentru a menține structura MAs [18] .

SART3  este un factor de asamblare snRNP care interacționează cu snRNA U6 și se acumulează în MC. Se presupune că această proteină, în complex cu SART3, participă la etapa de asamblare a spliceosome, care are loc în MC. În plus, SART3 interacționează cu coilina și este necesar pentru a induce formarea în MA în linii celulare care au puțin MA, precum și acumularea de snRNP imature cu coilin în MA [18] .

SmD1 este componenta de bază a snRNPs. În timpul maturizării snRNPs, SmD1 în cadrul acestor complexe intră în TC, unde interacționează cu coilin și SMN [18] .

Transcriptaza inversă a telomerazei (TERT) se găsește și în TC, deoarece acolo este asamblată holoenzima telomerazei [18] .

Trimetilguanozin sintaza I ( TGS1 ), ca și SMN, se găsește în citoplasmă și MC. TGS1 interacționează direct cu SMN și formează un capac snRNA spliceosomal în citoplasmă. O izoformă trunchiată a TGS1 funcționează în MC, care formează un capac snoRNA [18] .

TOE1 (cunoscut și ca hCaf1z) se găsește în nucleu și TC. Această proteină este implicată în suprimarea creșterii celulare, afectând nivelul proteinei p21  , un inhibitor al kinazelor dependente de ciclină , în celulă . De asemenea, formează un complex cu proteina hCcr4d, care se găsește și în MC, iar acest complex are activitate de deadenilare . TOE1 interacționează atât cu coilina, cât și cu SMN, iar o scădere a nivelului TOE1 duce la distrugerea TK, încetinind splicing-ul pre - ARNm și suprimarea proliferării celulare. În TK, TOE1 este probabil implicat în procesarea diferitelor ARN [18] .

USPL1 este o componentă MC recent identificată, care este necesară pentru formarea MC-urilor normale. O scădere a nivelului acestei proteine ​​în celulă duce la o reducere a transcripției snRNA, o încetinire a asamblarii snRNP și splicing pre-ARNm. Probabil, USPL1 joacă un rol important în transcrierea genelor snARN de către ARN polimeraza II [18] .

Relația dintre corpurile Cajal și locurile specifice

Deoarece nucleolii sunt asociați cu loci specifici de pe cromozomi, apare o întrebare corectă: există asocieri similare în corpurile Cajal și alte organite nucleare? În cazul MC, nu există încă nicio dovadă că transcripția are loc în organismul însuși și, prin urmare, nu există niciun motiv să credem că MC, precum nucleolii, corespund loci genei activi. Cu toate acestea, MC-urile pot fi formate la anumite loci sau se pot muta acolo, acționând ca un purtător al factorilor necesari acestor loci. Prezența unor astfel de asocieri este confirmată de faptul că MC-urile din cultura de celule de vertebrate prezintă o asociere preferențială cu loci genici care codifică snRNA. În aceste celule, MC sunt asociate nu numai cu grupurile de gene U1 , U2 și U4, ci și cu loci snRNA minori U11 și U12. Sa sugerat că snRNA-urile din MC reglează cumva transcripția snRNA-urilor la acești loci într- o manieră de feedback . Indiferent de motivul acestei asocieri, relația dintre loci TK și ARNsn este dinamică și dependentă de transcripție, așa cum se arată într-o analiză experimentală recentă. Un segment de gene snRNA U2 inductibile a fost introdus în cultura celulară împreună cu coilina marcată fluorescent. Atâta timp cât segmentul U2 a fost inactiv din punct de vedere transcripțional, nu a existat nicio relație specială între acesta și TK. Cu toate acestea, în timpul inducției transcripției, segmentul U2 sa mutat foarte aproape de TK și în cele din urmă a făcut contact fizic cu acesta. Această translocare proeminentă a fost întreruptă în mutantul dominant β-actină negativ , ceea ce confirmă rolul actinei nucleare în translocarea locilor cromozomiali ca răspuns la activarea transcripțională [17] .

O altă relație specială există între corpul Cajal și telomeri. În cea mai mare parte a ciclului celular, ARN-ul telomerazei se găsește numai în MC. În plus, s-a descoperit că în timpul fazei S , MC formează legături temporare cu telomerii. Aceste rezultate confirmă existența unor interacțiuni specifice între TK și telomeri în timpul alungirii telomerilor. Semnificația funcțională a acestui fenomen nu a fost încă determinată [17] .

Corpul și nucleolul Cajal

Corpurile Cajal sunt strâns legate între ele din punct de vedere fizic. Conform datelor ultrastructurale inițiale, MC poate fi fuzionat complet cu nucleolul, se poate desprinde din acesta sau poate fi complet liber în nucleoplasmă. Utilizarea proteinelor de fuziune a proteinelor verzi fluorescente a arătat că MC-urile pot înmuguri unul de celălalt sau pot fuziona între ele, dar niciodată nu fuzionează cu nucleolul. Cu toate acestea, în multe celule, MC sunt detectate în imediata apropiere a nucleolilor. Mai târziu, însă, în interiorul nucleolilor au fost identificate structuri care conțin proteine ​​care se găsesc și în MC (de exemplu, CRM1). Aceste mici corpuri sunt numite corpi intranucleolari .  Ele conțin puțină coilină și sunt ultrastructural spre deosebire de MC-urile tipice, așa că este puțin probabil să fie MC-uri intranucleolare. Relația strânsă dintre MC și nucleol este indicată de comunitatea biochimică: multe proteine ​​nucleolare, cum ar fi fibrilarina, nucleolina , Nopp140 și NAP57, se găsesc în MC, ambele asociate cu nucleol și localizate liber în nucleoplasmă. Multe proteine ​​rezidente MC, la rândul lor, se deplasează prin nucleu și trec prin nucleoli, iar mulți ARN nucleolari trec prin MC într-un mod similar. În plus, coilina se acumulează în nucleolii multor celule. Toate acestea mărturisesc relația strânsă structurală și funcțională dintre MC și nucleol [19] .

Corpurile Cajal și răspunsul la stres

S-a stabilit că infecțiile virale , expunerea la radiații ultraviolete , radiațiile ionizante , precum și tratamentul cu cisplatină și etoposidă ,  agenți care dăunează ADN -ului, perturbă activitatea corpurilor Cajal în diferite moduri. De exemplu, lumina ultravioletă și infecția cu adenovirus declanșează formarea de microfocuri care conțin coilină. Este interesant că deteriorarea MC sub acțiunea radiațiilor ultraviolete necesită subunitatea activatoare a proteazomului PA28γ , care, deși nu este inclusă în MC, afectează formarea MC prin interacțiunea cu coilina conținută în nucleoplasmă. În infecția cu herpesvirus , dimpotrivă, microfocurile de coilină nu se formează, iar coilina este transferată la centromerii deteriorați într-un proces numit răspuns la deteriorarea centromerului interfaz (iCDR ) . Sub acțiunea radiațiilor ionizante, precum și a cisplatinei sau etoposidei, TC-urile sunt distruse, iar coilina este relocalizată în nucleol. Mecanismele detaliate de acțiune a acestor agenți asupra MC nu au fost încă stabilite, cu toate acestea, aceste date sugerează că MC-urile pot fi implicate în căile de răspuns la stres [4] .  

Unele date despre mecanismele participării TA în răspunsurile la stres au fost obținute în studiul coilinei. Sa dovedit că coilina determină răspunsul celular la acțiunea cisplatinei și reglează legarea ARN polimerazei I de promotorii genei ARNr . Legarea coilinei la unele ARN-uri necodificatoare a fost modificată de cisplatină sau etoposidă. Astfel, datele experimentale sugerează că TA (în special, coilina) sunt implicate în căile de răspuns la stres care reglează biogeneza RNP, precum și transcripția și procesarea ARNr [4] .

Se știe că alte câteva afecțiuni afectează TC. Factorii de mediu (de exemplu, temperatura ), modificările de dezvoltare (de exemplu, organizarea nucleului în celulele embrionare și adulte), stările de boală (cum ar fi transformarea unei celule normale într-o celulă canceroasă) afectează TC. Este interesant că efectul de forță locală pe suprafața celulei prin integrine provoacă perturbări în legarea unor proteine ​​de TA (în special, legarea coilinei în SMN este afectată) [4] .

Formare și reglementare

S- a descoperit că inhibitorii transcripției, translației , exportului nuclear, activității kinazei și fosfatazei cauzează dezasamblarea corpurilor Cajal și/sau deplasarea coilinei în alte locuri. În plus, MC, fiind un corp nuclear dinamic, este dezasamblat în timpul mitozei și re-format în faza G1 a ciclului celular, în mod similar cu nucleul și nucleolul. Deoarece fosforilarea joacă un rol cheie în dezasamblarea nucleolului și a nucleului în timpul mitozei , este foarte probabil ca această modificare să controleze și asamblarea și dezasamblarea MC în timpul ciclului celular. Într-adevăr, cel puțin 20 de proteine ​​TK pot fi fosforilate. Fosforilarea coilinei și a SMN afectează interacțiunea acestor proteine ​​între ele și cu snRNPs. După toate probabilitățile, fosforilarea WRAP53 reglează interacțiunea acestei proteine ​​cu coilina și SMN, iar aceste reacții sunt necesare pentru asamblarea corectă a MC [4] .

Fosforilarea nu numai că poate modifica interacțiunile proteină-proteină în MC, dar poate afecta și activitatea acesteia. La mutanții cu fosforilare defectuoasă, activitatea RNază a coilinei a scăzut. În plus, hiperfosforilarea coilinei și-a modificat legarea la diverși ARN necodificatori. Această stare este, de asemenea, caracterizată prin auto-asociere redusă a coilinei, ducând la dezasamblarea TK, deși acest eveniment este de obicei asociat cu mitoză. Astfel, fosforilarea și defosforilarea diferitelor componente ale CB este rezultatul final al căilor de semnalizare care informează nevoia celulei de proteine. Aceste căi probabil reglează etapele nucleare și citoplasmatice ale biogenezei snRNP . În plus, PRMT5 și 7, care dimetilează simetric reziduurile de arginină, pot modifica coilina și alte componente TA. La fel ca fosforilarea, această modificare afectează interacțiunile proteină-proteină și localizarea proteinei, influențând astfel formarea și funcționarea MC. În cele din urmă, sumolarea poate fi implicată în reglementarea TC . Pe lângă modificările post-translaționale , unele proteine ​​de semnalizare pot influența formarea și compoziția TC [4] .

Semnificație clinică

Deși nu a fost stabilită o legătură clară între disfuncția TK și anumite boli umane, se știe acum că anumite mutații ale componentelor TK conduc la dezvoltarea anumitor tulburări. Astfel, absența unei proteine ​​​​SMN1 funcționale duce la atrofie musculară spinală, o tulburare degenerativă a neuronilor motori ai măduvei spinării. Mutațiile genelor care codifică membrii complexului telomerazei duc la îmbătrânirea prematură și la diskeratoză congenită [8] . Deteriorările în diferite componente ale TC pot fi asociate cu cancerul [4] [20] .

Note

  1. ↑ 1 2 3 4 5 Mao YS , Zhang B. , Spector DL ​​​​Biogeneza și funcția corpurilor nucleare.  (ing.)  // Tendințe în genetică : TIG. - 2011. - Vol. 27, nr. 8 . - P. 295-306. - doi : 10.1016/j.tig.2011.05.006 . — PMID 21680045 .
  2. ↑ Sawyer IA , Sturgill D. , Sung MH , Hager GL , Dundr M. Funcția corpului Cajal în organizarea genomului și diversitatea transcriptomului.  (engleză)  // BioEssays: știri și recenzii în biologie moleculară, celulară și de dezvoltare. - 2016. - Vol. 38, nr. 12 . - P. 1197-1208. - doi : 10.1002/bies.201600144 . — PMID 27767214 .
  3. ↑ 1 2 Neugebauer KM Atenție specială asupra Corpului Cajal.  (Engleză)  // Biologie ARN. - 2017. - Vol. 14, nr. 6 . - P. 669-670. doi : 10.1080 / 15476286.2017.1316928 . — PMID 28486008 .
  4. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Hebert M. D. Semnale care controlează asamblarea și funcționarea corpului Cajal.  (engleză)  // Jurnalul internațional de biochimie și biologie celulară. - 2013. - Vol. 45, nr. 7 . - P. 1314-1317. - doi : 10.1016/j.biocel.2013.03.019 . — PMID 23583661 .
  5. ↑ Nucleul, 2011 , p. 235.
  6. ↑ Nucleul, 2011 , p. 235-236.
  7. ^ Lam YW , Lyon CE , Lamond AI Izolarea la scară largă a corpurilor Cajal din celulele HeLa. (Engleză)  // Biologia moleculară a celulei. - 2002. - Vol. 13, nr. 7 . - P. 2461-2473. - doi : 10.1091/mbc.02-03-0034 . — PMID 12134083 .  
  8. ↑ 1 2 3 4 5 6 Morimoto M. , Boerkoel CF Rolul corpurilor nucleare în expresia genelor și boli.  (engleză)  // Biologie. - 2013. - Vol. 2, nr. 3 . - P. 976-1033. - doi : 10.3390/biology2030976 . — PMID 24040563 .
  9. ↑ Nucleul, 2011 , p. 236.
  10. ↑ Nucleul, 2011 , p. 236-237.
  11. ↑ 1 2 Nucleul, 2011 , p. 237.
  12. ↑ Nucleul, 2011 , p. 237-238.
  13. ↑ Nucleul, 2011 , p. 238-239.
  14. ↑ 1 2 Nucleul, 2011 , p. 239.
  15. ↑ Lafarga V. , Tapia O. , Sharma S. , Bengoechea R. , Stoecklin G. , Lafarga M. , Berciano MT CBP-mediated SMN acetylation modules Cajal body biogenesis and cytoplasmic targeting of SMN.  (Engleză)  // Științe celulare și moleculare ale vieții : CMLS. - 2017. - doi : 10.1007/s00018-017-2638-2 . — PMID 28879433 .
  16. ↑ Nucleul, 2011 , p. 239-240.
  17. ↑ 1 2 3 4 Nucleul, 2011 , p. 240.
  18. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Hebert MD , Poole AR Către o înțelegere a reglării activității corpului Cajal prin modificarea proteinelor.  (Engleză)  // Biologie ARN. - 2017. - Vol. 14, nr. 6 . - P. 761-778. doi : 10.1080 / 15476286.2016.1243649 . — PMID 27819531 .
  19. ↑ Trinkle-Mulcahy L. , Sleeman JE  Corpul Cajal și nucleolul: „Într-o relație” sau „Este complicat”?  (Engleză)  // ARN Biology. - 2017. - Vol. 14, nr. 6 . - P. 739-751. doi : 10.1080 / 15476286.2016.1236169 . — PMID 27661468 .
  20. ↑ Henriksson S. , Farnebo M. Pe drum cu WRAP53β: gardianul corpurilor Cajal și integritatea genomului.  (engleză)  // Frontiere în genetică. - 2015. - Vol. 6. - P. 91. - doi : 10.3389/fgene.2015.00091 . — PMID 25852739 .

Literatură

Cărți

Articole

 nucleu celular.svg nucleul celular
Membrană nucleară /
Lamina nucleară
  • Pori nucleari : Nucleoporine ( NUP35
  • NUP37
  • NUP43
  • NUP50
  • NUP54
  • NUP62
  • NUP85
  • NUP88
  • NUP93
  • NUP98
  • NUP107
  • NUP133
  • NUP153
  • NUP155
  • NUP160
  • NUP188
  • NUP205
  • NUP210
  • NUP214 )
  • AAAS
nucleol
Alte
Corpurile PML
proteine ​​SMC

Proteine ​​nucleare de tranziție