Cajal krop

Cajal body (TC) ( Eng.  Cajal body, CB ) er en formation i cellekernen , til stede i nogle nukleare organismer . Den typiske størrelse af Cajal-legemer er 1-2 μm, og en celle kan indeholde fra 0 til 10 TC'er [1] . Mange celletyper har ikke MC'er, men MC'er findes i kernerne af neuroner og cancerceller [2] . Cajal-legemernes hovedfunktion er behandling af små nukleare og små nukleolære RNA'er samt samling af ribonukleoproteinkomplekser .

Cajal-legemer er karakteriseret ved tilstedeværelsen af ​​markørprotein - coilin og små Cajal-legeme-RNA'er ( små Cajal -  RNA'er ; scaRNA); ud over coilin spiller overlevelsesproteinet fra motorneuroner (SMN) en afgørende rolle i opretholdelsen af ​​Cajal-legemernes strukturelle integritet [3] . Cajal-legemer indeholder høje koncentrationer af små nukleare ribonukleoproteiner (snRNP'er og andre  RNA-behandlingsfaktorer , hvilket indikerer, at Cajal-legemer tjener som steder for samling og/eller post-transkriptionel modifikation af det nukleare splejsningsapparat . Derudover er TC'er involveret i histon - mRNA -behandling og telomerforlængelse [4] . MC'er eksisterer gennem hele interfasen , men forsvinder under mitose . Biogenesen af ​​Cajal-kroppe udviser egenskaberne af en selvorganiserende struktur [5] .

Studiehistorie

Cajal-legemet blev først beskrevet af Santiago Ramón y Cajal  , en spansk neuroanatom , der delte 1906 Nobelprisen i fysiologi eller medicin med Camillo Golgi for deres studier af nervesystemets cellulære struktur . I 1903 opdagede Cajal ved hjælp af en sølvimprægneringsteknik en lille, afrundet krop, der blev fundet i kernerne i forskellige nerveceller . Han kaldte den tilbehørskalven ( spansk:  cuerpo accessorio ). I løbet af sine morfologiske studier var Cajal i stand til at observere splejsningspletter ( engelsk  splejsningspletter ), nukleolus og kernemembranen . Disse kroppe, som Cajal kaldte cuerpo accessorio , er uafhængigt blevet beskrevet i en lang række organismer : pattedyr , padder , insekter og planter . De fik en række forskellige navne: coiled bodies ( eng.  coiled bodies ) i mus- , rotte- og menneskeceller , endotel ( tysk:  Binnenkörper ) hos insekter, forbundet med kroppens nukleoler i planter. Opdagelsen af ​​coilin-proteinet i HeLa -cellernes oprullede kroppe bragte orden i dette væld af navne . Anti-coilin- antistoffer har tjent som gode markører for oprullede legemer i hvirveldyrceller og endda for nukleolære-associerede legemer i ærteceller ( Pisum sativum ). Det er nu klart, at coilinholdige homologe nukleare underkompartementer er til stede i en lang række eukaryoter. For at bekræfte dette fællestræk og bringe terminologien til et enkelt mønster, blev navnet "Cajal-legeme" foreslået for nukleare legemer indeholdende coilin [6] . I 2002 blev Cajal-kroppe for første gang isoleret fra levende celler (HeLa-celler) [7] .

Komponenter

Cajal-legemer er modifikationssteder for små nukleære RNA'er (snRNA'er) og små nukleolære RNA'er (snoRNA'er) og samling og en del af RNP 's livscyklus . Cajal-legemer er karakteriseret ved tilstedeværelsen af ​​coilinprotein, små nukleære ribonukleoproteiner (snRNP'er), små nukleolære ribonukleoproteiner (snRNP'er), telomerase -RNP'er og RNP-samlings- og modningsfaktorer samt komplekser dannet af motorneuronoverlevelsesprotein (SMN ) ). Multiproteinkomplekset Integrator, som behandler 3'-enderne af snRNA og opretholder integriteten af ​​TA, kan også være en komponent af TA [8] .

Coilin

Efter opdagelsen af ​​coilin i HeLa-celler blev dette protein hurtigt en karakteristisk markør for Cajal-kroppe i pattedyrsceller. Hos mennesker og mus har coilin omtrent samme størrelse (henholdsvis 62,6 kDa og 62,3 kDa), og der er en høj grad af lighed mellem deres aminosyresekvenser . Xenopus - frøen har lidt mindre coilin (59,6 kDa), og dens aminosyresekvens er signifikant forskellig fra den af ​​de to pattedyrsproteiner. Uden for hvirveldyr er det ekstremt vanskeligt at bestemme coilin-homologer efter aminosyresekvens. Ubestridte coilin- ortologer er blevet beskrevet i Arabidopsis og Drosophila , men indtil videre er der ikke fundet coilin-ortologer i nematoden Caenorhabditis elegans , gæren Saccharomyces cerevisiae og andre vigtige ikke-hvirveldyr- modelorganismer [9] .

På trods af bekvemmeligheden ved at bruge coilin som en markør for Cajal-kroppe, er der kun lidt kendt om coilin selv som et protein: der er stadig ingen information om, hvilke biokemiske funktioner det kan udføre i Cajal-kroppen. Coilin binder til motorneuron-overlevelsesproteinet (SMN) og til forskellige proteiner fra Sm- og LSm- , så det kan være involveret i samlingen eller modifikationen af ​​snRNP'er. Hos mus, Arabidopsis og Drosophila blev der fundet stærke beviser for, at coilin er påkrævet for MC-dannelse. Hos zebrafisk forårsager knockout af coilingenet af morpholino , hvilket resulterer i tab af TK og uordnet spredning af snRNP'er rundt om kernen, udviklingsstop ved overgangen fra 15 - somit -stadiet til 16-somite-stadiet, sandsynligvis på grund af en krænkelse af den korrekte excision af introner og reduceret dannelse af normalt modent mRNA. Interessant nok kan denne effekt reduceres ved tilføjelse af modne humane snRNP'er, men ikke kun snRNA'er eller snRNP'er, hvilket tyder på, at coilin og sandsynligvis en Cajal-legeme er påkrævet i zebrafisk for korrekt snRNP-samling [1] . Knockout af coilin-genet i mus fører til en semi-dødelig fænotype (50% af embryoner dør på stadiet af intrauterin udvikling). Nogle homozygoter dør i fosterstadiet , og de, der overlever til voksenalderen, har betydelige problemer med fertilitet og frugtbarhed . Dyrkede celler afledt af sådanne knockout-mus har ikke typiske MC'er. I stedet har de tre typer "resterende" kroppe, som hver indeholder en del af komponenterne i Cajal-kroppe. I Arabidopsis har no cajal body 1 (ncb-1) mutanten en enkelt basesubstitution i coilin -genet , selvom det er uklart, om det faktisk er fuldstændig blottet for coilin. Homozygoter ncb-1 er fuldstændig levedygtige, men ved hjælp af antistoffer mod andre komponenter af TK (U2B og fibrillarin ) påvises TK ikke i dem ved hjælp af elektronmikroskopi . I Drosophila er to forskellige null- mutanter fuldt levedygtige i homozygot tilstand. I cellerne fra coilin-nullfluer påviste immunfarvning eller in situ hybridisering ikke MC'er. I disse tre undersøgte organismer er coilin således nødvendig for normal MC-dannelse, men hverken coilin eller normale MC'er er nødvendige for levedygtighed [10] .

Ændringer i niveauet af coilinekspression er forbundet med ændringer i indholdet af flere ikke-kodende RNA'er , især U2 snRNA , rRNA transskriberet af RNA-polymerase I og RNA-komponenten af ​​telomerase . Derudover er coilin i stand til at binde til forskellige ikke-kodende RNA'er, såsom 47/45S rRNA precursoren, U2 snRNA og telomerase RNA komponenten. Coilin har RNase - aktivitet, hvilket er særligt vigtigt for bearbejdningen af ​​3'-enden af ​​snRNA U2 af RNA-komponenten af ​​telomerase. Således er coilin i stand til at påvirke transkriptionen og/eller behandlingen af ​​mange vigtige ikke-kodende RNA'er i cellen [4] .

Selvom coilin har været brugt i mange år som en markør for Cajal-legemer og den kritiske rolle, det spiller i at opretholde deres strukturelle integritet, har coilin også vist sig at forekomme i andre specielle nukleare legemer, histon locus bodies .  ) [11 ] .

Små nukleare ribonukleoproteiner (snRNP'er)

Når Cajal-legemer blev identificeret ved immunfarvning med anti-coilin-antistoffer, opstod en simpel teknik ved at bruge andre antistoffer og in situ hybridisering for at skabe et katalog over typiske TK-komponenter. Det blev hurtigt klart, at MC'er indeholder mange proteiner og RNA'er involveret i RNA-behandling, især splejsning af små nukleare RNA'er (snRNA, engelsk  snRNA ) (U1, U2, U4, U5 og U6). Da egentlig splejsning ikke forekommer i Cajal-kroppe, er det blevet foreslået, at TA kan spille en eller anden rolle i samlingen eller modifikationen af ​​splejsnings-snRNP'er. Biogenesen af ​​splejsning af snRNP'er er en kompleks proces, der inkluderer både nukleare og cytoplasmatiske trin. Kort fortalt sker snRNA-transskription i kernen, hvorefter de eksporteres til cytoplasmaet. I cytoplasmaet bliver monomethylguanosin - hætten ved 5'-enden trimethyleret , og hvert snRNA pakkes ind i et kompleks af syv konserverede Sm-gruppeproteiner. Til sidst returneres de indsamlede snRNP'er til kernen. Da snRNA'er fundet i Cajal-kroppe er forbundet med Sm-proteiner og har en trimethylguanosin-hætte, menes de allerede at være vendt tilbage til kernen fra cytoplasmaet. Dette bekræftes af kinetiske undersøgelser, der viser, at snRNP'er, der lige er kommet ind i kernen, først sendes til TC, hvorefter de vises i pletter (klynger af interchromatin-granulat ) og til sidst kommer til kromosomerne , hvor der faktisk sker splejsning. Modifikation af specifikke snRNP- nukleotider forekommer sandsynligvis i MC. Mindre tydeligt er det omfang, i hvilken samling af splejsningsapparatet finder sted i TC. Det antages, at MC'er er involveret i de sidste stadier af U2 snRNP-dannelse, og muligvis forekommer samlingen af ​​U4 / U6 - U5 tri-snRNP'er også i MC'er. Der er også fremlagt dokumentation for, at snRNP'er genanvendes gennem TK. Det er meget muligt, at splejsnings-snRNP'er passerer fra MC'er til pletter på vej til steder for RNA- syntese og splejsning på kromosomer. Imidlertid er det ukendt, i hvilket omfang individuelle snRNP'er er organiseret i højere ordens plettede komplekser. Nylige undersøgelser af amfibieoocytter har vist, at snRNP'er kan rekrutteres til lampebørstekromosomer uafhængigt af samling til modne splejsosomer . Hvis dette er sandt for alle celler, kan Cajal-legemer kun spille en begrænset rolle i samlingen af ​​snRNP'er til komplekser af højere orden [11] .

Små RNA Cajal-legemer (scaRNA)

Et stærkt skridt fremad i forståelsen af ​​Cajal-legemers funktioner var opdagelsen af ​​små RNA Cajal-legemer (scaRNA). ScaRNA'er er tæt beslægtet med små nukleolære RNA'er ( snoRNA'er ) i både struktur og funktion. Begge RNA-grupper er karakteriseret ved tilstedeværelsen af ​​specifikke motiver  , den såkaldte C/D-boks og H/ACA-boks, og begge disse grupper er involveret i den post-transkriptionelle modifikation af andre RNA'er. C/D snoRNA-boksen dirigerer bindingen af ​​2'-O- methylgrupper til specifikke ribose -rester i rRNA, mens H/ACA-boksen medierer omdannelsen af ​​specifikke uridiner til pseudouridin . Fibrillarin fungerer som en methyltransferase , og dyskerin/NAP57/CBF5 fungerer som en pseudouridinsyntase; hver af disse proteiner interagerer med tre yderligere proteiner for at danne et aktivt enzym. ScaRNA'er udfører lignende reaktioner med små nukleare RNA'er (snRNA'er) og er ansvarlige for deres methylering og pseudouridylering [1] . Det første opdagede og mest velundersøgte RNA i scaRNA-klassen er U85. Dette usædvanlige guide-RNA medierer to modifikationer : 2'-O-methylering af C45 og pseudouridylering af U46 i humant U5 snRNA. Cellefraktionering og in situ hybridiseringseksperimenter har vist, at U85 scaRNA udelukkende er lokaliseret i MC'er af HeLa- og Drosophila -celler . Lokaliseringen af ​​dette RNA adskiller sig fra lokaliseringen af ​​dets substrat, U5 snRNA, som også findes i store mængder i TA, men er ligesom andre snRNA'er vidt fordelt i hele kernen. Lokaliseringen af ​​U85 og andre scaRNA'er adskiller sig fra den for de fleste guide-RNA'er indeholdende C/D- og H/ACA-bokse, som er koncentreret i nukleolus. Det er blevet vist, at lokaliseringen af ​​RNA i MC'er i hvirveldyrceller afhænger af tilstedeværelsen af ​​en kort konsensussekvens kaldet CAB-boksen. Et beslægtet, men noget anderledes motiv er blevet beskrevet i Drosophila scaRNA . CAB-boksen af ​​både humane og Drosophila scaRNA'er binder til det konserverede WRAP53-protein (også kendt som WD40-repeat , TCAB1 og WDR79) [4] , som er påkrævet til lokalisering af disse RNA'er i Cajal-kroppe [12] .   

Den specifikke lokalisering af scaRNA i Cajal-kroppen bekræfter, at snRNA-methylering og pseudouridylering forekommer i MC efter levering af de samlede snRNP'er til kernen. Denne hypotese er stærkt understøttet af cellekultureksperimenter, der viser, at kunstige scaRNA-substrater blev modificeret, når de blev introduceret i MC og ikke i nukleolus. Denne hypotese stemmer også godt overens med den velkendte koncentration af fibrillarin i MC. Samtidig er det usandsynligt, at snRNA-modifikation er begrænset til TK, fordi coilin-berøvede fluer, der mangler TK, alligevel havde normale niveauer af scaRNA, og alle deres snRNA'er blev modificeret korrekt. Det forekommer sandsynligt, at scaRNA og andre MC-komponenter normalt eksisterer i nukleoplasmaet i form af makromolekylære komplekser , der er for små til at kunne skelnes individuelt under et konventionelt lysmikroskop . Coilin er nødvendig for samlingen af ​​disse komplekser til Cajal-legemer, som er synlige ved lysmikroskopi, men samlingen af ​​disse legemer er ikke en nødvendig betingelse for, at disse komplekser fungerer, i det mindste for den scaRNA-afhængige modifikation af splejsnings-snRNA'er [ 13] . Det er muligt, at TA spiller rollen som en lokal koncentration af reagenser, der kræves til snRNA-behandling og dermed øger dens effektivitet. Hvis et hvilket som helst stadium af snRNP-modning i MC på grund af cellens metaboliske karakteristika bliver hastighedsbegrænsende (som f.eks. i tilfældet med zebrafisk - embryogenese beskrevet ovenfor), så celler, der mangler coilin og som følge heraf MC er ikke levedygtige [1] .

Et særligt scaRNA af ekstraordinær interesse er RNA-komponenten af ​​telomerase, et enzym , der er ansvarligt for at opretholde en konstant telomerlængde i eukaryote celler. Tilstedeværelsen af ​​telomerase-RNA i MC blev vist ved in situ hybridisering i humane cancercellelinjer , men i ikke-cancerceller var dets niveauer i MC lave eller uopdagelige. Telomerase-RNA har et H/ACA-boksmotiv og et CAB-boksmotiv. Telomerase revers transkriptase [1] akkumuleres også i humane cancerceller MC'er . Andre komponenter i telomerasekomplekset er også lokaliseret i TC: proteiner dyskerin , GAR1 , NHP2 , NOP10, WRAP53 [8] . WRAP53, som binder til andre scaRNA'er, er en del af det humane telomerase- holoenzym og er påkrævet til telomersyntese i HeLa-celler [14] (i dets fravær var pluripotente celler ude af stand til at forlænge deres telomerer [8] ). Muligvis er coilin involveret i behandlingen af ​​telomerase-RNA [8] .

GEMS og SMN-protein

En yderst interessant komponent i Cajal-kroppe er overlevelsesmotorneuronproteinet (SMN )  . Da den intracellulære lokalisering af SMN første gang blev undersøgt ved immunfluorescens , var proteinet synligt i hele cytoplasmaet såvel som i en nuklear krop svarende til Cajals krop, men forskellig fra TK. Af denne grund er det åbne organ blevet kaldt CB's Gemini, GEMS . Tilfældigvis er HeLa-cellelinjen, hvorpå GEMS blev beskrevet, usædvanlig: i humane celler af andre linjer, herunder forskellige HeLa- stammer , i primære neuroner, såvel som i Drosophila-celler, er SMN lokaliseret på samme sted som coilin i TK. Af denne grund kan SMN i det generelle tilfælde betragtes som en vigtig bestanddel af TC og ikke som en markør for et individuelt nukleart legeme [14] .  

Mest sandsynligt deltager SMN sammen med coilin i at opretholde TC'ens strukturelle integritet. Det har vist sig, at SMN er involveret i genkendelsen og opløsningen af ​​R-løkker under transkriptionsterminering , derfor kan TK være involveret i reguleringen af ​​transkription [3] .

I 2017 blev SMN vist at være målet for CREBBP- acetyltransferase . I humane celler acetylerer dette enzym SMN ved lysin 119 (K119), hvilket forårsager frigivelse af proteinet i cytoplasmaet og opløsning af MC'er, samt et fald i akkumuleringen af ​​snRNP'er i nukleare pletter . I mutante celler, hvor lysinresten 119 i SMN er erstattet af arginin , som ikke er genstand for acetylering, tværtimod stimuleres dannelsen af ​​TK, samt en ny kategori af promyelocytiske leukæmilegemer (PML-legemer) beriget i SMN [15] .

Som navnet antyder, er SMN hos pattedyr afgørende for den korrekte funktion af motorneuroner , især dem, der er placeret i rygmarven . Hos mus og Drosophila er nulmutationer i en enkelt kopi af smn -genet dødelige. I tilfælde af mennesker er situationen noget anderledes, fordi individet har to kopier af genet, hvoraf den ene har et ændret splejsningssted, hvilket resulterer i ineffektiv transskriptionsbehandling. Uden at dykke ned i den ret komplicerede genetik af det menneskelige smn -gen , fører mutationer i dette gen ofte til udviklingen af ​​en tilstand kendt som spinal muskelatrofi (SMA). SMA forekommer hos omkring 1 ud af 6000 nyfødte og resulterer i tidlig død [16] .

Biokemiske undersøgelser har vist, at i hvirveldyrceller er SMN placeret i et makromolekylært kompleks kendt som et assemblysom .  Dette kompleks består af selve SMN, syv heminer og flere andre faktorer. Dette kompleks fungerer i cytoplasmaet som en chaperon involveret i samlingen af ​​et kompleks af splejsning af snRNA'er med en syv-leddet ring af Sm-proteiner. SMN ledsager de samlede snRNP'er på vej tilbage til kernen og letter nuklear import af Sm-proteiner [8] , men det vides ikke, om SMN har specifikke funktioner i kernen [17] .

Ekspression af humant SMN mærket med grønt fluorescerende protein i spirende gærceller viste den specifikke lokalisering af dette protein i en lille struktur i nucleolus, som forfatterne af undersøgelsen kaldte nucleolar body ( engelsk  nucleolar body ). Nogle stadier af U3 snoRNA-modning forekommer også i denne krop. Binding til nukleolus, SMN-akkumulering og U3-modning tyder alle på, at gærens nukleolære krop svarer til Cajal-legemet af mere komplekse eukaryoter [17] .

Andre Cajal kropsproteiner

WRAP53 -proteinet (også kendt som TCAB1 eller WDR79), ligesom SMN, findes i cytoplasmaet og TC. For første gang blev dette protein identificeret som et protein, der binder til CAB- motivet i nogle scaRNA'er , samt telomerase RNA , og sikrer lokaliseringen af ​​disse RNA'er i MC. Reduktion af niveauet af WRAP53 i cellen ved RNA-interferens fører til ødelæggelse af MC og bevægelse af coilin ind i nucleolus , så WRAP53 spiller en vigtig rolle i at opretholde den strukturelle integritet af MC. Derudover er WRAP53 involveret i scaRNA- biogenese [18] .

CRM1 findes i nukleoplasmaet og MC. Det er en del af et kompleks, der overfører nysyntetiserede små nukleare RNA'er fra kernen til cytoplasmaet, hvori en række stadier af modning af disse RNA'er finder sted. På vej til cytoplasmaet passerer dette kompleks højst sandsynligt gennem MC. CRM1 er også involveret i leveringen af ​​små nukleolære ribonukleoproteiner (snoRNP'er) til nukleolus, som ligesom snRNP'er passerer gennem MC'en under deres modning. Hæmning af CRM1's arbejde fører til forstyrrelser i strukturen og dynamikken af ​​TC [18] .

DAXX fungerer som en transkriptionel corepressor . Dette protein findes i cytoplasmaet og kernen, nemlig i PML-legemer. Det er også blevet påvist, at DAXX kan lokaliseres i MC, og dets lokalisering i MC afhænger af cellecyklusstadiet og når et maksimum i den tidlige og mellemste S-fase . I samme periode af cellecyklussen observeres en øget koncentration af revers transkriptase , som er en del af telomerase ( TERT ), i TC, når samlingen af ​​telomerase-holoenzymet sker i TC, derfor i TC, DAXX kan stimulere samlingen af ​​telomerase ved at interagere med dens underenheder , såvel som at flytte telomerase til telomerer [18] .

Dyskerin ( engelsk  Dyskerin ) findes i nucleolus og TC. Dyskerin er inkorporeret i telomerasekomplekset i de tidlige stadier af dets dannelse og er også inkluderet i nogle snoRNP'er og scaRNP'er. Det er blevet vist, at dyskerin interagerer med coilin og SMN; derfor kan dets inkorporering i telomerasekomplekset og RNP reguleres ved interaktion med andre TK-proteiner [18] .

Fam118B er kendt som et protein, der interagerer med coilin, og både en stigning og et fald i ekspressionen af ​​dette protein fører til forstyrrelser i strukturen og sammensætningen af ​​TC'er. Fam118B-mangel påvirker også splejsningshastigheden og fører til undertrykkelseaf celleproliferation [18] .

Fibrillarin er kendt som et markørprotein for den tætte fibrillære komponent af nukleolus. Det detekteres også i TK og er en del af nogle snoRNP'er og scaRNP'er. Fibrillarin interagerer direkte med scaRNA og snRNA og fungerer som en methyltransferase , der methylerer snRNA og rRNA . GAR- domænet ( glycin- og arginin-rigt domæne) af fibrillarin interagerer også med SMN [18] .

GAR1 er ligesom fibrillarin lokaliseret i nukleolus og TC. Dette protein er involveret i telomerasebiogenese og er til stede i moden telomerase RNP. Derudover er den medlem af en række snoRNP'er og scaRNP'er. GAR1 interagerer med SMN gennem et af dets to GAR-domæner, hvoraf det ene er placeret i N-terminalen og det andet i C-terminalen af ​​proteinet [18] .

Nopp140 er rigeligt i nukleolus og MC og spiller en vigtig rolle i ribosomdannelsen . Det danner et kompleks med dyskerin, som også findes i nukleolus og MC. Derudover interagerer det med coilin, såvel som snoRNP'er og scaRNP'er, så det er muligt, at Nopp140 fungerer som en snoRNP- chaperon , der giver en forbindelse mellem nukleolus og TA. Det er muligt, at Nopp140 også er involveret i scaRNP-biogenese i MC. Der er bevis for, at funktionen af ​​Nopp140 i TK afhænger af SMN [18] .

PA28γ er en velundersøgt proteasomaktivator . Under stressforhold, såsom ultraviolet bestråling , ødelægges TA'er, og PA28γ kolokaliserer med coilin. I celler i normal tilstand findes PA28γ imidlertid ikke i MC og er tilfældigt spredt i hele nukleoplasmaet. Overekspression af PA28γ fører til adskillelse af MC'er, så dette protein er sandsynligvis involveret i at opretholde integriteten af ​​MC'er [18] .

PHAX er ligesom CRM1 involveret i eksporten af ​​spliceosomal snRNA og er lokaliseret i MC og nukleoplasma. PHAX interagerer med en cap i 5'-enden af ​​snRNA og danner et eksportkompleks, som også inkluderer CRM1. I nogen tid er komplekset i MC, og derefter kommer det ind i cytoplasmaet. Et fald i niveauet af PHAX som følge af RNA-interferens ødelægger MA'er, hvilket indikerer, at snRNP-biogenese er nødvendig for at opretholde strukturen af ​​MA'er [18] .

SART3  er en snRNP-samlingsfaktor, der interagerer med U6 snRNA og akkumuleres i MC. Det antages, at dette protein, i kompleks med SART3, deltager i spliceosom-samlingsstadiet, som forekommer i MC. Derudover interagerer SART3 med coilin og er påkrævet for at inducere dannelsen i MA i cellelinjer , der har lidt MA, såvel som akkumulering af umodne snRNP'er med coilin i MA [18] .

SmD1 er kernekomponenten i snRNP'er. Under modningen af ​​snRNP'er kommer SmD1 inden for disse komplekser ind i TC, hvor det interagerer med coilin og SMN [18] .

Telomerase revers transkriptase (TERT) findes også i TC, da det er der, telomerase-holoenzymet er samlet [18] .

Trimethylguanosinsyntase I ( TGS1 ), ligesom SMN, findes i cytoplasmaet og MC. TGS1 interagerer direkte med SMN og danner en spliceosomal snRNA-hætte i cytoplasmaet. En trunkeret isoform af TGS1 fungerer i MC, som danner en snoRNA-hætte [18] .

TOE1 (også kendt som hCaf1z) findes i kernen og TC. Dette protein er involveret i undertrykkelsen af ​​cellevækst, hvilket påvirker niveauet af p21 -proteinet  , en inhibitor af cyclin-afhængige kinaser , i cellen . Det danner også et kompleks med hCcr4d-proteinet, som også findes i MC, og dette kompleks har deadenylerende aktivitet. TOE1 interagerer med både coilin og SMN, og et fald i niveauet af TOE1 fører til ødelæggelse af TK, sinker splejsning af præ - mRNA og undertrykkelse af celleproliferation. I TK er TOE1 sandsynligvis involveret i behandlingen af ​​forskellige RNA'er [18] .

USPL1 er en nyligt identificeret MC-komponent, der er nødvendig for dannelsen af ​​normale MC'er. Et fald i niveauet af dette protein i cellen fører til en reduktion i snRNA-transkription, en opbremsning i snRNP-samling og præ-mRNA-splejsning. Sandsynligvis spiller USPL1 en vigtig rolle i transkriptionen af ​​snRNA-gener af RNA-polymerase II [18] .

Forholdet mellem Cajal-kroppe og specifikke loci

Da nukleolerne er forbundet med specifikke loci på kromosomerne, opstår et retfærdigt spørgsmål: er der lignende associationer i Cajal-legemer og andre nukleare organeller? I tilfælde af MC'er er der endnu ingen beviser for, at transskription sker i selve kroppen, og derfor er der ingen grund til at tro, at MC'er ligesom nukleoler svarer til aktive gen-loci. Imidlertid kan MC'er dannes på specifikke loci eller flytte dertil, der fungerer som en bærer af faktorer, der er nødvendige for disse loci. Tilstedeværelsen af ​​sådanne associationer bekræftes af det faktum, at MC'er i hvirveldyrcellekultur viser en præferenceassociation med genloci, der koder for snRNA. I disse celler er MC'er ikke kun forbundet med U1 , U2 og U4 genklynger, men også med U11 og U12 mindre snRNA loci. Det er blevet foreslået, at snRNA'er i MC'er på en eller anden måde regulerer transkriptionen af ​​snRNA'er ved disse loci på en feedback- måde . Uanset årsagen til denne sammenhæng, er forholdet mellem TK og snRNA loci dynamisk og transkriptionsafhængig, som vist i en nylig eksperimentel analyse. Et segment af inducerbare U2 snRNA-gener blev indført i cellekultur sammen med fluorescensmærket coilin. Så længe U2-segmentet var transkriptionelt inaktivt, var der ikke noget særligt forhold mellem det og TK. Under transkriptionsinduktion bevægede U2-segmentet sig imidlertid meget tæt på TK og fik til sidst fysisk kontakt med det. Denne fremtrædende translokation blev forstyrret i den dominerende β-actin negative mutant , som bekræfter rollen af ​​nuklear actin i translokationen af ​​kromosomale loci som reaktion på transkriptionel aktivering [17] .

Et andet særligt forhold eksisterer mellem Cajal-kroppen og telomerer. I det meste af cellecyklussen findes telomerase-RNA kun i MC'er. Derudover blev det fundet, at under S-fasen danner MC'er midlertidige bindinger med telomerer. Disse resultater bekræfter eksistensen af ​​specifikke interaktioner mellem TK og telomerer under telomerforlængelse. Den funktionelle betydning af dette fænomen er endnu ikke fastlagt [17] .

Cajal krop og nukleolus

Cajal-kroppe er tæt forbundet med hinanden fysisk. Ifølge indledende ultrastrukturelle data kan MC fusioneres fuldstændigt med nukleolus, knoppes af den eller ligge helt frit i nukleoplasmaet. Brugen af ​​grønne fluorescerende proteinfusionsproteiner har vist, at MC'er kan spire fra hinanden eller fusionere med hinanden, men aldrig fusionere med nukleolus. Men i mange celler påvises MC'er i umiddelbar nærhed af nukleolerne. Senere blev strukturer, der indeholder proteiner, der også findes i MC (f.eks. CRM1) imidlertid identificeret inde i nukleolerne. Disse små legemer kaldes intranukleolære legemer .  De indeholder lidt coilin og er ultrastrukturelt ulig typiske MC'er, så det er usandsynligt, at de er intranukleolære MC'er. Det tætte forhold mellem MC og nukleolus indikeres af biokemisk fællestræk: mange nukleolære proteiner, såsom fibrillarin, nukleolin , Nopp140 og NAP57, findes i MC, begge forbundet med nukleolus og frit placeret i nukleoplasmaet. Mange MC-residente proteiner bevæger sig igen gennem kernen og passerer gennem nukleolerne, og mange nukleolære RNA'er passerer gennem MC'en på lignende måde. Derudover ophobes coilin i nukleolerne i mange celler. Alt dette vidner om det tætte strukturelle og funktionelle forhold mellem MC og nukleolus [19] .

Cajal-kroppe og stressrespons

Det er blevet fastslået, at virusinfektioner , udsættelse for ultraviolet stråling , ioniserende stråling samt behandling med cisplatin og etoposid , DNA -  skadelige midler, forstyrrer Cajal-legemernes arbejde på forskellige måder. For eksempel udløser ultraviolet lys og adenovirusinfektion dannelsen af ​​coilinholdige mikrofoci. Det er interessant, at beskadigelse af MC'er under påvirkning af ultraviolet stråling kræver PA28γ proteasomaktivatorunderenheden , som, selvom den ikke er inkluderet i MC'er, påvirker dannelsen af ​​MC'er gennem interaktion med coilin indeholdt i nukleoplasmaet. Ved herpesvirusinfektion dannes derimod ikke coilin-mikrofoci, og coilin overføres til beskadigede centromerer i en proces kaldet interphase centromere damage response (iCDR )  . Under påvirkning af ioniserende stråling, såvel som cisplatin eller etoposid, ødelægges TC'er, og coilin flyttes til nucleolus. De detaljerede virkningsmekanismer for disse midler på MC'er er endnu ikke blevet etableret, men disse data tyder på, at MC'er kan være involveret i stressresponsveje [4] .

Nogle data om mekanismerne for TA-deltagelse i reaktioner på stress blev opnået i undersøgelsen af ​​coilin. Det viste sig, at coilin bestemmer cellens respons på virkningen af ​​cisplatin og regulerer bindingen af ​​RNA-polymerase I til rRNA- genpromotorer . Bindingen af ​​coilin til nogle ikke-kodende RNA'er blev ændret af cisplatin eller etoposid. Eksperimentelle data tyder således på, at TA'er (især coilin) ​​er involveret i stressrespons-veje, der regulerer RNP-biogenese, såvel som rRNA-transkription og -behandling [4] .

Flere andre tilstande vides at påvirke TC. Miljøfaktorer (f.eks. temperatur ), udviklingsændringer (f.eks. organisering af kernen i embryonale og voksne celler), sygdomstilstande (såsom transformation af en normal celle til en cancercelle) påvirker TC. Det er interessant, at den lokale kraftpåvirkning på celleoverfladen gennem integriner forårsager forstyrrelser i bindingen af ​​nogle proteiner til TA (især coilinbinding i SMN er svækket) [4] .

Dannelse og regulering

Inhibitorer af transkription, translation , nuklear eksport, kinase- og phosphataseaktivitet har vist sig at forårsage adskillelse af Cajal-legemer og/eller forskydning af coilin til andre steder. Derudover adskilles MC, som er en dynamisk nuklear krop, under mitose og omdannes i G1-fasen af ​​cellecyklussen, på samme måde som kernen og nucleolus. Da fosforylering spiller en nøglerolle i adskillelsen af ​​nukleolus og kernen under mitose , er det meget sandsynligt, at denne modifikation også styrer samlingen og demonteringen af ​​MC under cellecyklussen. Faktisk kan mindst 20 TK-proteiner phosphoryleres. Fosforylering af coilin og SMN påvirker interaktionen mellem disse proteiner med hinanden og med snRNP'er. Efter al sandsynlighed regulerer WRAP53-phosphorylering interaktionen af ​​dette protein med coilin og SMN, og disse reaktioner er nødvendige for den korrekte samling af MC [4] .

Fosforylering kan ikke kun ændre protein-protein-interaktioner i MC, men også påvirke dets aktivitet. Hos mutanter med defekt phosphorylering faldt RNase-aktiviteten af ​​coilin. Derudover ændrede coilinhyperphosphorylering dets binding til forskellige ikke-kodende RNA'er. Denne tilstand er også karakteriseret ved reduceret selvassociering af coilin, hvilket resulterer i TK adskillelse, selvom denne hændelse normalt er forbundet med mitose. Således er phosphorylering og dephosphorylering af forskellige komponenter i CB slutresultatet af signalveje , der informerer cellens behov for proteiner. Disse veje regulerer sandsynligvis de nukleare og cytoplasmatiske stadier af snRNP-biogenese . Derudover kan PRMT5 og 7, som symmetrisk dimethylerer argininrester, modificere coilin og andre TA-komponenter. Ligesom phosphorylering påvirker denne modifikation protein-protein-interaktioner og proteinlokalisering og påvirker derved dannelsen og funktionen af ​​MC'er. Endelig kan sumolation være involveret i reguleringen af ​​TC . Ud over post-translationelle modifikationer kan nogle signalproteiner påvirke dannelsen og sammensætningen af ​​TC'er [4] .

Klinisk betydning

Selvom der ikke er etableret nogen klar sammenhæng mellem TK-dysfunktion og visse menneskelige sygdomme, er visse mutationer i TK-komponenter nu kendt for at føre til udvikling af visse lidelser. Således fører fraværet af et funktionelt SMN1 protein til spinal muskelatrofi, en degenerativ lidelse i de motoriske neuroner i rygmarven. Mutationer i gener, der koder for medlemmer af telomerasekomplekset, fører til for tidlig aldring og dyseratosis congenita [8] . Nedsættelser i forskellige komponenter af TC kan være forbundet med cancer [4] [20] .

Noter

1. ↑ 1 2 3 4 5 Mao YS , Zhang B. , Spector DL ​​​​Biogenese og funktion af nukleare legemer.  (eng.)  // Tendenser i genetik : TIG. - 2011. - Bd. 27, nr. 8 . - S. 295-306. - doi : 10.1016/j.tig.2011.05.006 . — PMID 21680045 .
2. ↑ Sawyer IA , Sturgill D. , Sung MH , Hager GL , Dundr M. Cajal kropsfunktion i genomorganisation og transkriptomdiversitet.  (engelsk)  // BioEssays: nyheder og anmeldelser inden for molekylær-, cellulær- og udviklingsbiologi. - 2016. - Bd. 38, nr. 12 . - S. 1197-1208. - doi : 10.1002/bies.201600144 . — PMID 27767214 .
3. ↑ 1 2 Neugebauer KM Særligt fokus på Cajal-kroppen.  (engelsk)  // RNA biologi. - 2017. - Bd. 14, nr. 6 . - S. 669-670. doi : 10.1080 / 15476286.2017.1316928 . — PMID 28486008 .
4. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Hebert M. D. Signaler, der styrer Cajal-legemets samling og funktion.  (engelsk)  // Det internationale tidsskrift for biokemi og cellebiologi. - 2013. - Bd. 45, nr. 7 . - S. 1314-1317. - doi : 10.1016/j.biocel.2013.03.019 . — PMID 23583661 .
5. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 235.
6. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 235-236.
7. ↑ Lam YW , Lyon CE , Lamond AI Storskala isolation af Cajal-kroppe fra HeLa-celler.  (engelsk)  // Cellens molekylære biologi. - 2002. - Bd. 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 Rollen af ​​nukleare legemer i genekspression og sygdom.  (engelsk)  // Biologi. - 2013. - Bd. 2, nr. 3 . - P. 976-1033. - doi : 10.3390/biologi2030976 . — PMID 24040563 .
9. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 236.
10. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 236-237.
11. ↑ 1 2 The Nucleus, 2011 , s. 237.
12. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 237-238.
13. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 238-239.
14. ↑ 1 2 The Nucleus, 2011 , s. 239.
15. ↑ Lafarga V. , Tapia O. , Sharma S. , Bengoechea R. , Stoecklin G. , Lafarga M. , Berciano MT CBP-medieret SMN-acetylering modulerer Cajal-kroppens biogenese og den cytoplasmatiske målretning af SMN.  (engelsk)  // Cellulær og molekylær biovidenskab: CMLS. - 2017. - doi : 10.1007/s00018-017-2638-2 . — PMID 28879433 .
16. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 239-240.
17. ↑ 1 2 3 4 The Nucleus, 2011 , s. 240.
18. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Hebert MD , Poole AR Mod en forståelse af regulering af Cajal kropsaktivitet ved proteinmodifikation.  (engelsk)  // RNA biologi. - 2017. - Bd. 14, nr. 6 . - s. 761-778. doi : 10.1080 / 15476286.2016.1243649 . — PMID 27819531 .
19. ↑ Trinkle-Mulcahy L. , Sleeman JE  The Cajal Body and the Nucleolus: "I et forhold" eller "Det er kompliceret"?  (engelsk)  // RNA Biology. - 2017. - Bd. 14, nr. 6 . - s. 739-751. doi : 10.1080 / 15476286.2016.1236169 . — PMID 27661468 .
20. ↑ Henriksson S. , Farnebo M. På vej med WRAP53β: vogter af Cajal-kroppe og genomintegritet.  (engelsk)  // Frontiers in genetics. - 2015. - Bd. 6. - S. 91. - doi : 10.3389/fgene.2015.00091 . — PMID 25852739 .

Litteratur

Bøger

• Alberts B., Johnson A., Lewis D. et al. Cellens molekylære biologi / Per. fra engelsk. A. N. Dyakonova, A. V. Dyuba og A. A. Svetlov. Ed. E.S. Shilova, B.P. Kopnina, M.A. Lagarkova, D.V. Kuprash. - M. -Izhevsk: Forskningscenter "Regular and Chaotic Dynamics", 2013. - S. 559-560. - 2821 s. - ISBN 978-5-4344-0137-1 .

• The Nucleus / Tom Misteli, David L. Spector. - New York: Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2011. - 463 s. — ISBN 978-0-87969-894-2 .

Artikler

• Meier UT RNA-modifikation i Cajal-kroppe.  (engelsk)  // RNA biologi. - 2017. - Bd. 14, nr. 6 . - S. 693-700. doi :/ 15476286.2016.1249091 . — PMID 27775477 .
• Staněk D. Cajal kroppe og snRNP'er - venner med fordele.  (engelsk)  // RNA biologi. - 2017. - Bd. 14, nr. 6 . - s. 671-679. - doi : 10.1080/15476286.2016.1231359 . — PMID 27627834 .
• Lafarga M. , Tapia O. , Romero AM , Berciano MT Cajal-kroppe i neuroner.  (engelsk)  // RNA biologi. - 2017. - Bd. 14, nr. 6 . - s. 712-725. doi :/ 15476286.2016.1231360 . — PMID 27627892 .
• Sawyer IA , Hager GL , Dundr M. Specifikke genomiske signaler regulerer Cajal kropssamling.  (engelsk)  // RNA biologi. - 2017. - Bd. 14, nr. 6 . - s. 791-803. doi :/ 15476286.2016.1243648 . — PMID 27715441 .

cellekerne
Nuklear membran / Nuklear lamina	Nukleare porer : Nukleoporiner ( NUP35 NUP37 NUP43 NUP50 NUP54 NUP62 NUP85 NUP88 NUP93 NUP98 NUP107 NUP133 NUP153 NUP155 NUP160 NUP188 NUP205 NUP210 NUP214 ) AAAS
nukleolus	Perinukleolært kompartment ( PTBP1 CUGBP1 ) TCOF Ataxin 7
Andet	PML-kroppe Parapletter Cajal corpuscle ( GEMIN4 GEMIN5 GEMIN6 GEMIN7 GEMIN8 SMN / SIP1 coil ) SMC-proteiner Cohesin ( SMC1A SMC1B SMC3 ) Kondensin ( NCAPD2 NCAPD3 NCAPG NCAPG2 NCAPH NCAPH2 SMC2 SMC4 ) DNA-reparation ( SMC5 SMC6 ) Overgangsnukleare proteiner TNP1 TNP2 Chromatin nuklear matrix Nukleoplasma Nukleosol