NUCLEOLUS：特徴、構造、形態および機能 - 生物学 - 2025

核小体は、核の最も顕著な分野の一つである、膜によって区切られていないセル構造です。それは、核内のより密な領域として観察され、3つの領域に細分されます：密な原線維成分、原線維中心、および顆粒成分。

それは主にリボソームの合成と組み立てを担当します。ただし、この構造には他の機能もあります。700以上のタンパク質がリボソーム生合成プロセスに関与していない核小体内で発見されています。同様に、核小体はさまざまな病状の発症に関与しています。

核小体ゾーンを観察した最初の研究者は、2世紀以上前の1781年のF.フォンタナでした。その後、1930年代の半ばに、マクリントックはZea maysを使った実験でそのような構造を観察することができました。それ以来、何百もの調査が、核のこの領域の機能とダイナミクスの理解に焦点を合わせてきました。

一般的な特性

核小体は、真核細胞の核内にある顕著な構造です。それを他の核成分から分離するタイプの生体膜がないため、それは球の形の「領域」です。

細胞が界面にあるとき、それは顕微鏡下で核の小領域として見ることができます。

これは、NOR（英語での頭字語：染色体核小体オーガナイザー領域）と呼ばれる領域に編成され、リボソームをコードする配列が見つかります。

これらの遺伝子は染色体の特定の領域にあります。人間では、それらは染色体13、14、15、21、および22の衛星領域で縦列に編成されます。

核小体では、リボソームを構成するサブユニットの転写、処理、および組み立てが行われます。

その核小体は、その伝統的な機能に加えて、腫瘍抑制タンパク質、細胞周期調節因子、さらにはウイルス由来のタンパク質に関連しています。

核小体タンパク質は動的であり、それらの配列は進化を通じて保存されているようです。これらのタンパク質のうち、リボソーム生合成に関連しているのはわずか30％です。

構造と形態

核小体は、電子顕微鏡で区別できる3つの主要なコンポーネントに分かれています：密な原線維コンポーネント、原線維の中心、および粒状コンポーネント。

一般的に、それはヘテロクロマチンと呼ばれる凝縮されたクロマチンに囲まれています。核小体では、リボソームRNAの転写、リボソーム前駆体のプロセシングとアセンブリのプロセスが発生します。

核小体は動的な領域であり、構成要素が核小体構成要素と関連付けてすばやく分離し、核質（核内部のゼラチン状物質）との連続的な交換を作成します。

哺乳類では、核小体の構造は細胞周期の段階によって異なります。前期では核小体の混乱が観察され、有糸分裂過程の終わりに再集合します。核小体における最大の転写活性は、S期とG2期で観察されています。

RNAポリメラーゼIの活性は、リン酸化のさまざまな状態の影響を受け、細胞周期中の核小体の活性を変化させます。有糸分裂中のサイレンシングは、SL1やTTF-1などのさまざまな要素のリン酸化が原因で発生します。

ただし、このパターンはすべての生物に共通するわけではありません。たとえば、酵母では、細胞分裂の全過程で核小体が存在し、活動しています。

フィブリラリーセンター

リボソームRNAをコードする遺伝子は、原線維中心にあります。これらの中心は、密なフィブリルコンポーネントで囲まれた明確な領域です。原線維中心は、細胞型に応じて、サイズと数が異なります。

特定のパターンは、フィブリル中心の特性に関して説明されています。リボソーム合成が高い細胞は原線維中心の数が少なく、代謝が低下した細胞（リンパ球など）の線維中心は大きくなります。

非常に活発な代謝を行うニューロンのように、その核小体が巨大な原線維中心を持ち、より小さな中心が付随する特定のケースがあります。

密な原線維成分と粒状成分

密な原線維成分と原線維中心は顆粒成分に埋め込まれており、その顆粒の直径は15〜20 nmである。転写プロセス（DNA分子のRNAへの移行、遺伝子発現の最初のステップと見なされます）は、原線維中心の境界と高密度の原線維コンポーネントで発生します。

リボソームプレRNAの処理は、高密度の原線維コンポーネントで行われ、プロセスは粒状コンポーネントにまで及びます。転写物は密な原線維成分に蓄積し、核小体タンパク質も密な原線維成分に位置しています。リボソームの集合が起こるのはこの地域です。

リボソームRNAと必要なタンパク質のアセンブリプロセスが完了すると、これらの製品は細胞質にエクスポートされます。

粒状成分は転写因子が豊富です（SUMO-1とUbc9はいくつかの例です）。通常、核小体はヘテロクロマチンに囲まれています。このコンパクト化されたDNAは、リボソームRNA転写に役割を果たすと考えられています。

哺乳動物では、細胞内のリボソームDNAが圧縮または沈黙しています。この組織は、リボソームDNAの調節とゲノム安定性の保護にとって重要であると思われます。

核小体組織領域

この領域（NOR）では、リボソームRNAをコードする遺伝子（リボソームDNA）がグループ化されています。

これらの地域を構成する染色体は、研究中の種によって異なります。ヒトでは、それらはアクロセントリック染色体のサテライト領域（セントロメアは一方の端の近くにあります）に、特に13、14、15、21、22のペアで見られます。

リボソームDNAユニットは、転写された配列と、RNAポリメラーゼIによる転写に必要な外部スペーサーで構成されています。

リボソームDNAのプロモーターでは、中央の要素と上流（上流）にある要素の2つの要素を区別できます。

特徴

リボソームRNA形成機械

核小体は、リボソーム前駆体の生合成に必要なすべてのコンポーネントを備えた工場と考えることができます。

リボソームまたはリボソームRNA（リボ核酸）（一般にrRNAと略される）は、リボソームの構成要素であり、タンパク質の合成に参加します。このコンポーネントは、生物のすべての系統に不可欠です。

リボソームRNAは、タンパク質の性質の他の成分と関連しています。この結合はリボソームプレサブユニットをもたらします。リボソームRNAの分類には、一般的に、Svedbergの単位または沈降係数を示す文字「S」が付いています。

リボソームの構成

リボソームは2つのサブユニットで構成されています：メジャーまたはラージおよびスモールまたはマイナー。

原核生物と真核生物のリボソームRNAは区別可能です。原核生物では、大きなサブユニットは50Sで5Sおよび23SリボソームRNAで構成され、同様に小さなサブユニットは30Sで16SリボソームRNAのみで構成されます。

対照的に、主要なサブユニット（60S）は、5S、5.8S、および28SリボソームRNAで構成されています。小サブユニット（40S）は、18SリボソームRNAのみで構成されています。

核小体には、リボソームRNA 5.8S、18Sおよび28Sをコードする遺伝子があります。これらのリボソームRNAは、RNAポリメラーゼIによって核小体内の単一ユニットとして転写されます。このプロセスにより、45S RNA前駆体が生成されます。

前記リボソームＲＮＡ前駆体（４５Ｓ）は、小サブユニット（４０Ｓ）および大サブユニット（６０Ｓ）の５．８Ｓおよび２８Ｓに属する１８Ｓ成分に切断されなければならない。

欠けているリボソームRNA、5Sは核小体の外で合成されます。その対応物とは異なり、プロセスはRNAポリメラーゼIIIによって触媒されます。

リボソームRNA転写

細胞には多数のリボソームRNA分子が必要です。これらの高い要件を満たすために、このタイプのRNAをコードする遺伝子のコピーが複数あります。

たとえば、ヒトのゲノムで見つかったデータに基づくと、5.8S、18S、および28SリボソームRNAには200コピーあります。5SリボソームRNAの場合、2000コピーあります。

プロセスは45SリボソームRNAから始まります。それは、5 '末端近くのスペーサーを取り除くことから始まります。転写プロセスが完了すると、3 '末端にある残りのスペーサーが除去されます。その後の削除の後、成熟したリボソームRNAが得られます。

さらに、リボソームRNAの処理には、メチル化やウリジンからプソイドウリジンへの変換のプロセスなど、塩基に一連の重要な修飾が必要です。

続いて、核小体にあるタンパク質とRNAの追加が発生します。これらの中には、18S、5.8Sおよび28S製品のリボソームRNAの分離に関与する小さな核小体RNA（pRNA）があります。

PRNAは、18Sおよび28SリボソームRNAに相補的な配列を持っています。したがって、それらは前駆体RNAの塩基を修飾し、特定の領域をメチル化し、プソイドウリジンの形成に関与します。

リボソームアセンブリ

リボソームの形成には、リボソームタンパク質および5Sとともに、親リボソームRNAの結合が含まれます。プロセスに関与するタンパク質は、細胞質でRNAポリメラーゼIIによって転写され、核小体に輸送される必要があります。

リボソームタンパク質は、45SリボソームRNAの切断が起こる前に、リボソームRNAと会合し始めます。分離後、残りのリボソームタンパク質と5SリボソームRNAが追加されます。

18SリボソームRNAの成熟が速くなります。最後に、「プレリボソーム粒子」が細胞質にエクスポートされます。

その他の機能

リボソームの生合成に加えて、最近の研究により、核小体は多機能実体であることがわかっています。

核小体は、snRNP（プレメッセンジャーRNAと結合してスプライセオソームまたはスプライシングコンプレックスを形成するタンパク質RNA複合体）や特定のトランスファーRNAなど、他のタイプのRNAの処理と成熟にも関与しています。 、マイクロRNA、およびその他のリボ核タンパク質複合体。

核小体プロテオームの分析を通じて、プレメッセンジャーRNAプロセッシング、細胞周期制御、DNA複製および修復に関連するタンパク質が見つかりました。核小体のタンパク質構成は動的であり、異なる環境条件や細胞ストレス下で変化します。

同様に、核小体の不適切な機能に関連する一連の病状があります。これらには、ダイアモンド–ブラックファン貧血およびアルツハイマー病やハンチントン病などの神経変性疾患が含まれます。

アルツハイマー病の患者では、健康な患者と比較して核小体の発現レベルに変化があります。

核小体とがん

5000以上の研究により、悪性細胞の増殖と核小体の活動との関係が示されています。

一部の調査の目標は、臨床診断目的で核小体タンパク質を定量化することです。言い換えると、これらのタンパク質をマーカーとして、具体的にはB23、ヌクレオリン、UBF、およびRNAポリメラーゼIサブユニットを使用して、癌の増殖を評価することを目的としています。

一方、B23タンパク質は癌の発生に直接関係していることがわかっています。同様に、他の核小体成分は、急性前骨髄球性白血病などの病状の発症に関与しています。

核小体とウイルス

植物と動物の両方からのウイルスが複製プロセスを達成するために核小体タンパク質を必要とすることを述べる十分な証拠があります。細胞がウイルス感染を経験すると、形態とタンパク質組成の点で核小体に変化があります。

ウイルスを含み、核小体に位置するDNAおよびRNA配列に由来するかなりの数のタンパク質が見つかりました。

ウイルスには、核内にそれらを導く「シグナル」を含むウイルスタンパク質など、この核内領域に位置することを可能にするさまざまな戦略があります。これらのタグには、アミノ酸のアルギニンとリジンが豊富に含まれています。

核小体におけるウイルスの位置は、それらの複製を容易にし、さらに、それはそれらの病原性のための要件であると思われる。

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