Cajal kropp

Cajal body (TC) ( Eng.  Cajal body, CB ) är en formation i cellkärnan som finns i vissa kärnorganismer . Den typiska storleken på Cajal-kroppar är 1–2 μm, och en cell kan innehålla från 0 till 10 TCs [1] . Många celltyper har inte MC, men MC finns i kärnorna hos neuroner och cancerceller [2] . Huvudfunktionen hos Cajal-kroppar är bearbetningen av små nukleära och små nukleolära RNA , såväl som sammansättningen av ribonukleoproteinkomplex .

Cajal-kroppar kännetecknas av närvaron av markörproteinet coilin och små Cajal-kropps-RNA ( små Cajal -  RNA ; scaRNA); förutom coilin spelar överlevnadsproteinet från motorneuroner (SMN) en avgörande roll för att upprätthålla den strukturella integriteten hos Cajal-kroppar [3] . Cajal-kroppar innehåller höga koncentrationer av små nukleära ribonukleoproteiner (snRNPs och andra  RNA-bearbetningsfaktorer , vilket indikerar att Cajal-kroppar fungerar som platser för sammansättning och/eller post-transkriptionell modifiering av den nukleära splitsningsapparaten . Dessutom är TCs involverade i histon - mRNA -bearbetning och telomerförlängning [4] . MC finns under hela interfasen , men försvinner under mitos . Biogenes av Cajal-kroppar uppvisar egenskaperna hos en självorganiserande struktur [5] .

Studiens historia

Cajal-kroppen beskrevs först av Santiago Ramón y Cajal  , en spansk neuroanatom som delade 1906 års Nobelpris i fysiologi eller medicin med Camillo Golgi för sina studier av nervsystemets cellstruktur . År 1903, med hjälp av en silverimpregneringsteknik , upptäckte Cajal en liten, rundad kropp som hittades i kärnorna i olika nervceller . Han kallade den för accessoarkalven ( spanska:  cuerpo accessorio ). Under sina morfologiska studier kunde Cajal observera splitsningsfläckar ( engelska  splicing specles ), nukleolen och kärnmembranet . Dessa kroppar, som Cajal kallade cuerpo accessorio , har oberoende beskrivits i en mängd olika organismer : däggdjur , amfibier , insekter och växter . De fick en mängd olika namn: coiled kroppar ( eng.  coiled bodies ) i mus- , rått- och mänskliga celler , endotel ( tyska:  Binnenkörper ) hos insekter, associerade med nukleolerna i kroppen i växter. Upptäckten av coilinproteinet i HeLa -cellernas hoprullade kroppar skapade ordning för denna mängd namn . Anti-coilin- antikroppar har fungerat som bra markörer för lindade kroppar i ryggradsdjursceller och till och med för nukleolära associerade kroppar i ärtceller ( Pisum sativum ). Det är nu klart att coilin-innehållande homologa nukleära underavdelningar finns i en mängd olika eukaryoter. För att bekräfta denna gemensamhet och föra terminologin till ett enda mönster, föreslogs namnet "Cajal-kropp" för kärnkraftskroppar som innehåller coilin [6] . År 2002 isolerades Cajal-kroppar för första gången från levande celler (HeLa-celler) [7] .

Komponenter

Cajal-kroppar är modifieringsställen för små nukleära RNA (snRNA) och små nukleolära RNA (snoRNAs) och montering och en del av RNP :s livscykel . Cajalkroppar kännetecknas av närvaron av coilinprotein, små nukleära ribonukleoproteiner (snRNP), små nukleolära ribonukleoproteiner (snRNP), telomeras -RNP och RNP-sammansättnings- och mognadsfaktorer, såväl som komplex som bildas av motorneuronöverlevnadsprotein (SMN ) ). Multiproteinkomplexet Integrator, som bearbetar 3'-ändarna av snRNA och upprätthåller integriteten av TA, kan också vara en komponent i TA [8] .

Coilin

Efter upptäckten av coilin i HeLa-celler blev detta protein snabbt en karakteristisk markör för Cajal-kroppar i däggdjursceller. Hos människor och möss är coilin ungefär lika stor (62,6 kDa respektive 62,3 kDa), och det finns en hög grad av likhet mellan deras aminosyrasekvenser . Xenopus - grodan har något mindre coilin (59,6 kDa) och dess aminosyrasekvens skiljer sig signifikant från den för de två däggdjursproteinerna. Utanför ryggradsdjur är det extremt svårt att bestämma coilinhomologer efter aminosyrasekvens. Odiskuterade coilinortologer har beskrivits i Arabidopsis och Drosophila , men hittills har inga coilinortologer hittats i nematoden Caenorhabditis elegans , jästen Saccharomyces cerevisiae och andra viktiga icke-ryggradsdjursmodellorganismer [9] .

Trots bekvämligheten med att använda coilin som en markör för Cajal-kroppar är lite känt om coilin som ett protein: i synnerhet finns det fortfarande ingen information om vilka biokemiska funktioner det kan utföra i Cajal-kroppen. Coilin binder till motorneuronöverlevnadsproteinet (SMN) och till olika proteiner från Sm- och LSm -grupperna , så det kan vara involverat i sammansättningen eller modifieringen av snRNPs. Hos möss, Arabidopsis och Drosophila fann man starka bevis för att coilin krävs för MC-bildning. Hos zebrafisk orsakar knockout av coilingenen av morpholino , vilket resulterar i förlust av TK och oordnad spridning av snRNP runt kärnan, utvecklingsstopp vid övergången från 15 -somitestadiet till 16-somitestadiet, troligen på grund av en kränkning av korrekt excision av introner och minskad bildning av normalt moget mRNA. Intressant nog kan denna effekt reduceras genom tillsats av mogna mänskliga snRNP, men inte bara snRNA eller snRNP, vilket tyder på att coilin och förmodligen en Cajal-kropp krävs i zebrafisk för korrekt snRNP-montering [1] . Knockout av coilingenen hos möss leder till en semi-dödlig fenotyp (50 % av embryona dör i stadium av intrauterin utveckling). Vissa homozygoter dör i embryonalstadiet , och de som överlever till vuxen ålder har betydande problem med fertilitet och fruktsamhet . Odlade celler som härrör från sådana knockoutmöss har inte typiska MC:er. Istället har de tre typer av "resterande" kroppar, som var och en innehåller en del av komponenterna i Cajal-kroppar. I Arabidopsis har no cajal body 1 (ncb-1) mutanten en enda bassubstitution i coilingenen , även om det är oklart om den verkligen saknar coilin. Homozygoter ncb-1 är helt livsdugliga, men med hjälp av antikroppar mot andra komponenter i TK (U2B och fibrillarin ) detekteras inte TK i dem med hjälp av elektronmikroskopi . I Drosophila är två olika null - mutanter fullt livsdugliga i det homozygota tillståndet. I cellerna från coilin-nullflugor upptäckte immunfärgning [ eller in situ hybridisering inte MCs. I dessa tre studerade organismer krävs således coilin för normal MC-bildning, men varken coilin eller normala MC är nödvändiga för livsduglighet [10] .

Förändringar i nivån av coilinuttryck är associerade med förändringar i innehållet av flera icke-kodande RNA , särskilt U2 snRNA , rRNA transkriberat av RNA-polymeras I och RNA-komponenten i telomeras . Dessutom kan coilin binda till olika icke-kodande RNA, såsom 47/45S rRNA-prekursorn, U2 snRNA och telomeras-RNA-komponenten. Coilin har RNas - aktivitet, vilket är särskilt viktigt för bearbetningen av 3'-änden av snRNA U2 av RNA-komponenten i telomeras. Således kan coilin påverka transkriptionen och/eller bearbetningen av många viktiga icke-kodande RNA i cellen [4] .

Även om coilin har använts i många år som en markör för Cajal-kroppar och den avgörande roll det spelar för att upprätthålla deras strukturella integritet, har coilin också visat sig förekomma i andra speciella kärnkroppar, histon locus bodies .  ) [11 ] .

Små nukleära ribonukleoproteiner (snRNP)

När Cajal-kroppar väl identifierats genom immunfärgning med anti-coilin-antikroppar, uppstod en enkel teknik med användning av andra antikroppar och in situ hybridisering för att skapa en katalog av typiska TK-komponenter. Det blev snart klart att MC innehåller många proteiner och RNA involverade i RNA-bearbetning, i synnerhet splitsning av små nukleära RNA (snRNA, engelska  snRNA ) (U1, U2, U4, U5 och U6). Eftersom faktisk skarvning inte förekommer i Cajal-kroppar, har det föreslagits att TA kan spela någon roll vid montering eller modifiering av skarvning av snRNP. Biogenes av splitsning av snRNPs är en komplex process som inkluderar både nukleära och cytoplasmatiska steg. Kortfattat sker snRNA-transkription i kärnan, varefter de exporteras till cytoplasman. I cytoplasman trimetyleras monometylguanosinkapseln vid 5'-änden och varje snRNA packas i ett komplex av sju konserverade Sm-gruppproteiner. Slutligen återförs de insamlade snRNP:erna till kärnan. Eftersom snRNA som finns i Cajal-kroppar är associerade med Sm-proteiner och har ett trimetylguanosin-lock, tros de redan ha återvänt till kärnan från cytoplasman. Detta bekräftas av kinetiska studier som visar att snRNPs som just har kommit in i kärnan först skickas till TC, varefter de uppträder i fläckar (kluster av interkromatingranuler ) och slutligen kommer till kromosomerna , där splitsning faktiskt sker. Modifiering av specifika snRNP- nukleotider förekommer troligen i MC. Mindre tydlig är i vilken utsträckning montering av skarvningsanordningen sker i TC. Det antas att MC:er är involverade i de sista stadierna av U2 snRNP-bildning, och möjligen förekommer sammansättningen av U4 / U6 - U5 tri-snRNPs också i MC:er. Det har också lämnats bevis för att snRNP:er återvinns genom TK. Det är mycket möjligt att splitsande snRNPs passerar från MC till fläckar på väg till platser för RNA- syntes och splitsning på kromosomer. Det är dock okänd i vilken utsträckning individuella snRNPs är organiserade i fläckiga komplex av högre ordning. Nyligen genomförda studier på amfibieoocyter har visat att snRNP kan rekryteras till lampborstekromosomer oberoende av montering till mogna spliceosomer . Om detta är sant för alla celler, kan Cajal-kroppar endast spela en begränsad roll i sammansättningen av snRNPs till komplex av högre ordning [11] .

Små RNA Cajal-kroppar (scaRNA)

Ett kraftfullt steg framåt för att förstå funktionerna hos Cajal-kroppar var upptäckten av små RNA Cajal-kroppar (scaRNA). ScaRNA är nära besläktade med små nukleolära RNA ( snoRNA ) i både struktur och funktion. Båda RNA-grupperna kännetecknas av närvaron av specifika motiv  , den så kallade C/D-boxen och H/ACA-boxen, och båda dessa grupper är involverade i post-transkriptionell modifiering av andra RNA. C/D snoRNA-boxen styr bindningen av 2'-O- metylgrupper till specifika ribosrester i rRNA, medan H/ACA-boxen förmedlar omvandlingen av specifika uridiner till pseudouridin . Fibrillarin fungerar som ett metyltransferas , och dyskerin/NAP57/CBF5 fungerar som ett pseudouridinsyntas; vart och ett av dessa proteiner interagerar med ytterligare tre proteiner för att bilda ett aktivt enzym. ScaRNA utför liknande reaktioner med små nukleära RNA (snRNA) och är ansvariga för deras metylering och pseudouridylering [1] . Det första upptäckta och mest välstuderade RNA:t av scaRNA-klassen är U85. Detta ovanliga guide-RNA förmedlar två modifieringar : 2'-O-metylering av C45 och pseudouridylering av U46 i humant U5 snRNA. Cellfraktionering och in situ hybridiseringsexperiment har visat att U85 scaRNA är lokaliserat uteslutande i MCs av HeLa- och Drosophila -celler . Lokaliseringen av detta RNA skiljer sig från lokaliseringen av dess substrat, U5 snRNA, som också finns i stora mängder i TA, men, liksom andra snRNA, är brett spridd över hela kärnan. Lokaliseringen av U85 och andra scaRNA skiljer sig från den för de flesta guide-RNA som innehåller C/D- och H/ACA-boxar, som är koncentrerade i kärnan. Det har visat sig att lokaliseringen av RNA i MC i ryggradsdjursceller beror på närvaron av en kort konsensussekvens som kallas CAB-boxen. Ett relaterat men något annorlunda motiv har beskrivits i Drosophila scaRNA . CAB-boxen av både mänskliga och Drosophila scaRNA binder till det konserverade WRAP53-proteinet (även känt som WD40-repeat , TCAB1 och WDR79) [4] , vilket krävs för lokalisering av dessa RNA i Cajal-kroppar [12] .   

Den specifika lokaliseringen av scaRNA i Cajal-kroppen bekräftar att snRNA-metylering och pseudouridylering sker i MC efter leverans av de sammansatta snRNP:erna till kärnan. Denna hypotes stöds starkt av cellodlingsexperiment som visar att artificiella scaRNA-substrat modifierades när de introducerades i MC och inte i nukleolen. Denna hypotes stämmer också väl överens med den välkända koncentrationen av fibrillarin i MC. Samtidigt är det osannolikt att snRNA-modifiering är begränsad till TK, eftersom coilinberövade flugor som saknar TK ändå hade normala nivåer av scaRNA, och alla deras snRNA modifierades korrekt. Det verkar troligt att scaRNA och andra MC-komponenter normalt existerar i nukleoplasman i form av makromolekylära komplex som är för små för att vara individuellt urskiljbara under ett konventionellt ljusmikroskop . Coilin är nödvändigt för sammansättningen av dessa komplex till Cajal-kroppar, som är synliga med ljusmikroskopi, men sammansättningen av dessa kroppar är inte en nödvändig förutsättning för att dessa komplex ska fungera, åtminstone för den scaRNA-beroende modifieringen av splitsande snRNAs [ 13] . Det är möjligt att TA spelar rollen som en lokal koncentration av reagens som krävs för snRNA-bearbetning och därmed ökar dess effektivitet. Om, på grund av cellens metaboliska egenskaper, något stadium av snRNP-mognad i MC blir hastighetsbegränsande (som t.ex. i fallet med embryogenes av zebrafisk som beskrivs ovan), då celler som saknar coilin och, följaktligen, MC är inte livskraftiga [1] .

Ett särskilt scaRNA av exceptionellt intresse är RNA-komponenten i telomeras, ett enzym som ansvarar för att upprätthålla en konstant telomerlängd i eukaryota celler. Närvaron av telomeras-RNA i MC visades genom hybridisering in situ i humana cancercellinjer , men i icke-cancerceller var dess nivåer i MC låga eller omöjliga att upptäcka. Telomeras-RNA har ett H/ACA-box-motiv och ett CAB-box-motiv. Telomeras omvänt transkriptas [1] ackumuleras också i humana cancerceller MCs . Andra komponenter i telomeraskomplexet är också lokaliserade i TC: proteiner dyskerin , GAR1 , NHP2 , NOP10, WRAP53 [8] . WRAP53, som binder till andra scaRNA, är en del av det humana telomerasholoenzymet och krävs för telomersyntes i HeLa-celler [14] (i dess frånvaro kunde pluripotenta celler inte förlänga sina telomerer [8] ). Möjligen är coilin involverad i bearbetningen av telomeras-RNA [8] .

GEMS och SMN-protein

En extremt intressant komponent i Cajal-kroppar är överlevnadsmotorneuronproteinet (SMN )  . När den intracellulära lokaliseringen av SMN först studerades genom immunfluorescens , var proteinet synligt i hela cytoplasman, såväl som i en kärnkropp som liknar Cajals kropp, men skiljer sig från TK. Av denna anledning har det öppna organet kallats CB:s Gemini, GEMS . Av en slump är HeLa-cellinjen som GEMS beskrevs ovanlig: i mänskliga celler av andra linjer, inklusive olika HeLa- stammar , i primära neuroner, såväl som i Drosophila-celler, är SMN lokaliserad på samma plats som coilin i TK. Av denna anledning, i det allmänna fallet, kan SMN betraktas som en viktig komponent i TC, och inte som en markör för en enskild kärnkraftskropp [14] .  

Troligtvis deltar SMN, tillsammans med coilin, i att upprätthålla TC:s strukturella integritet. Det har visat sig att SMN är involverat i igenkännandet och upplösningen av R-slingor under transkriptionsavslutning , därför kan TK vara involverad i regleringen av transkription [3] .

Under 2017 visades SMN vara målet för CREBBP- acetyltransferaset . I mänskliga celler acetylerar detta enzym SMN vid lysin 119 (K119), vilket orsakar frisättning av proteinet i cytoplasman och upplösning av MCs, såväl som en minskning av ackumuleringen av snRNPs i nukleära prickar . I mutanta celler, där lysinresten 119 i SMN ersätts med arginin , som inte är föremål för acetylering, tvärtom stimuleras bildningen av TK, liksom en ny kategori av promyelocytiska leukemikroppar (PML-kroppar) berikade i SMN [15] .

Som namnet antyder är SMN hos däggdjur avgörande för att motorneuroner ska fungera korrekt , särskilt de som finns i ryggmärgen . Hos möss och Drosophila är nollmutationer i en enda kopia av smn -genen dödliga. När det gäller människor är situationen något annorlunda, eftersom individen har två kopior av genen, varav den ena har ett förändrat splitsningsställe, vilket resulterar i ineffektiv transkriptbehandling. Utan att fördjupa sig i den ganska komplicerade genetiken hos den mänskliga smn -genen leder mutationer i denna gen ofta till utvecklingen av ett tillstånd som kallas spinal muskelatrofi (SMA). SMA förekommer hos cirka 1 av 6000 nyfödda och leder till tidig död [16] .

Biokemiska studier har visat att i ryggradsdjursceller är SMN beläget i ett makromolekylärt komplex som kallas en assemblysom .  Detta komplex består av själva SMN, sju heminer och flera andra faktorer. Detta komplex fungerar i cytoplasman som en chaperon involverad i sammansättningen av ett komplex av splitsning av snRNA med en sju-ledad ring av Sm-proteiner. SMN följer med de sammansatta snRNPs på väg tillbaka till kärnan och underlättar kärnimport av Sm-proteiner [8] , men det är inte känt om SMN har specifika funktioner i kärnan [17] .

Uttryck av mänskligt SMN märkt med grönt fluorescerande protein i spirande jästceller visade den specifika lokaliseringen av detta protein i en liten struktur inom nukleolus, som författarna till studien kallade nucleolar body ( engelska  nucleolar body ). Vissa stadier av U3 snoRNA-mognad förekommer också i denna kropp. Bindning till kärnan, SMN-ackumulering och U3-mognad tyder alla på att jästens nukleolära kropp är likvärdig med Cajal-kroppen av mer komplexa eukaryoter [17] .

Andra Cajal-kroppsproteiner

Proteinet WRAP53 (även känt som TCAB1 eller WDR79), liksom SMN, finns i cytoplasman och TC. För första gången identifierades detta protein som ett protein som binder till CAB- motivet i vissa scaRNA , såväl som telomeras-RNA , och säkerställer lokaliseringen av dessa RNA i MC. Att minska nivån av WRAP53 i cellen genom RNA-interferens leder till förstörelse av MC och förflyttning av coilin in i nukleolus , så WRAP53 spelar en viktig roll för att upprätthålla den strukturella integriteten hos MC. Dessutom är WRAP53 involverad i scaRNA- biogenes [18] .

CRM1 finns i nukleoplasman och MC. Det är en del av ett komplex som överför nysyntetiserade små nukleära RNA från kärnan till cytoplasman, där ett antal mognadsstadier av dessa RNA äger rum. På vägen till cytoplasman passerar detta komplex troligen genom MC. CRM1 är också involverad i leveransen av små nukleolära ribonukleoproteiner (snoRNP) till nukleolen, som, liksom snRNP, passerar genom MC under sin mognad. Hämning av CRM1:s arbete leder till störningar i strukturen och dynamiken hos TC [18] .

DAXX fungerar som en transkriptionell corepressor . Detta protein finns i cytoplasman och kärnan, nämligen i PML-kroppar. Det har också visat sig att DAXX kan lokaliseras i MC, och dess lokalisering i MC beror på skedet av cellcykeln och når ett maximum i den tidiga och mellersta S-fasen . Under samma period av cellcykeln observeras en ökad koncentration av omvänt transkriptas , som är en del av telomeras ( TERT ), i TC, när sammansättningen av telomerasholoenzymet sker i TC, därför i TC, DAXX kan stimulera sammansättningen av telomeras genom att interagera med dess underenheter , såväl som att flytta telomeras till telomerer [18] .

Dyskerin ( engelska  Dyskerin ) finns i nukleolen och TC. Dyskerin inkorporeras i telomeraskomplexet i de tidiga stadierna av dess bildning och ingår också i vissa snoRNPs och scaRNPs. Det har visats att dyskerin interagerar med coilin och SMN; därför kan dess inkorporering i telomeraskomplexet och RNP regleras genom interaktion med andra TK-proteiner [18] .

Fam118B är känt som ett protein som interagerar med coilin, och både en ökning och en minskning av uttrycket av detta protein leder till störningar i strukturen och sammansättningen av TC. Fam118B-brist påverkar också skarvningshastigheten och leder till undertryckandeav cellproliferation [18] .

Fibrillarin är känt som ett markörprotein för den täta fibrillära komponenten i nukleolen. Det detekteras också i TK och är en komponent i vissa snoRNPs och scaRNPs. Fibrillarin interagerar direkt med scaRNA och snRNA och fungerar som ett metyltransferas som metylerar snRNA och rRNA . GAR -domänen ( glycin- och argininrik domän) av fibrillarin interagerar också med SMN [18] .

GAR1 , liksom fibrillarin, är lokaliserad i nukleolus och TC. Detta protein är involverat i telomerasbiogenes och finns i moget telomeras RNP. Dessutom är den medlem i ett antal snoRNPs och scaRNPs. GAR1 interagerar med SMN genom en av dess två GAR-domäner, varav en är belägen vid N-terminalen och den andra vid C-terminalen av proteinet [18] .

Nopp140 finns rikligt i nukleolen och MC och spelar en viktig roll i ribosombildningen . Det bildar ett komplex med dyskerin, som också finns i nukleolen och MC. Dessutom interagerar det med coilin, såväl som snoRNPs och scaRNPs, så det är möjligt att Nopp140 fungerar som en snoRNP- chaperon , vilket ger en länk mellan nukleolen och TA. Det är möjligt att Nopp140 också är involverad i scaRNP-biogenes i MC. Det finns bevis för att funktionen av Nopp140 i TK beror på SMN [18] .

PA28γ är en väl studerad proteasomaktivator . Under stressförhållanden, såsom ultraviolett bestrålning , förstörs TA och PA28γ samlokaliseras med coilin. I celler i normalt tillstånd finns dock inte PA28γ i MC och är slumpmässigt utspridda i hela nukleoplasman. Överuttryck av PA28γ leder till demontering av MCs, så detta protein kommer sannolikt att vara involverat i att upprätthålla integriteten hos MCs [18] .

PHAX , liksom CRM1, är involverad i exporten av spliceosomal snRNA och är lokaliserad i MC och nukleoplasman. PHAX interagerar med ett lock i 5'-änden av snRNA och bildar ett exportkomplex, som även inkluderar CRM1. Under en tid är komplexet i MC, och sedan går det in i cytoplasman. En minskning av nivån av PHAX som ett resultat av RNA-interferens förstör MAs, vilket indikerar att snRNP-biogenes är nödvändig för att upprätthålla strukturen av MAs [18] .

SART3  är en snRNP-monteringsfaktor som interagerar med U6 snRNA och ackumuleras i MC. Det antas att detta protein, i komplex med SART3, deltar i spliceosommonteringsstadiet, vilket sker i MC. Dessutom interagerar SART3 med coilin och krävs för att inducera bildningen i MA i cellinjer som har lite MA, såväl som ackumulering av omogna snRNPs med coilin i MA [18] .

SmD1 är kärnkomponenten i snRNPs. Under mognaden av snRNPs kommer SmD1 inom dessa komplex in i TC, där det interagerar med coilin och SMN [18] .

Telomeras omvänt transkriptas (TERT) finns också i TC, eftersom det är där som telomerasholoenzymet samlas [18] .

Trimetylguanosinsyntas I ( TGS1 ), liksom SMN, finns i cytoplasman och MC. TGS1 interagerar direkt med SMN och bildar en spliceosomal snRNA-kapsel i cytoplasman. En trunkerad isoform av TGS1 fungerar i MC, som bildar ett snoRNA-lock [18] .

TOE1 (även känd som hCaf1z) finns i kärnan och TC. Detta protein är involverat i undertryckandet av celltillväxt, vilket påverkar nivån av p21 -proteinet  , en hämmare av cyklinberoende kinaser , i cellen . Det bildar också ett komplex med hCcr4d-proteinet, som också finns i MC, och detta komplex har deadenylerande aktivitet. TOE1 interagerar med både coilin och SMN, och en minskning av nivån av TOE1 leder till förstörelse av TK, saktar ner splitsningen av pre - mRNA och undertryckande av cellproliferation. I TK är TOE1 troligen involverad i bearbetningen av olika RNA [18] .

USPL1 är en nyligen identifierad MC-komponent som krävs för bildandet av normala MC. En minskning av nivån av detta protein i cellen leder till en minskning av snRNA-transkription, en nedgång i snRNP-sammansättning och pre-mRNA-splitsning. Förmodligen spelar USPL1 en viktig roll i transkriptionen av snRNA-gener av RNA-polymeras II [18] .

Förhållandet mellan Cajal-kroppar och specifika loci

Eftersom nukleolerna är associerade med specifika loci på kromosomerna, uppstår en rättvis fråga: finns det liknande associationer i Cajal-kroppar och andra kärnorganeller? När det gäller MC:er finns det ännu inga bevis för att transkription sker i själva kroppen, och därför finns det ingen anledning att tro att MC:er, liksom nukleoler, motsvarar aktiva genloci. Emellertid kan MC:er bildas på specifika loci eller flytta dit och fungera som en bärare av faktorer som är nödvändiga för dessa loci. Närvaron av sådana associationer bekräftas av det faktum att MC i odling av ryggradsdjur visar en preferensassociation med genloci som kodar för snRNA. I dessa celler är MC:er associerade inte bara med U1 , U2 och U4 genkluster, utan också med U11 och U12 mindre snRNA loci. Det har föreslagits att snRNA i MC på något sätt reglerar transkriptionen av snRNA vid dessa loci på ett återkopplingssätt . Oavsett orsaken till denna association är förhållandet mellan TK och snRNA loci dynamiskt och transkriptionsberoende, vilket visas i en nyligen genomförd experimentell analys. Ett segment av inducerbara U2 snRNA-gener introducerades i cellkultur tillsammans med fluorescensmärkt coilin. Så länge som U2-segmentet var transkriptionellt inaktivt fanns det inget speciellt förhållande mellan det och TK. Under transkriptionsinduktionen rörde sig emellertid U2-segmentet mycket nära TK och fick så småningom fysisk kontakt med det. Denna framträdande translokation stördes i den dominanta β-aktinnegativa mutanten , vilket bekräftar rollen av nukleärt aktin i translokationen av kromosomala loci som svar på transkriptionell aktivering [17] .

Ett annat speciellt förhållande finns mellan Cajal-kroppen och telomererna. Under större delen av cellcykeln finns telomeras-RNA endast i MC. Dessutom fann man att under S-fasen bildar MC tillfälliga bindningar med telomerer. Dessa resultat bekräftar förekomsten av specifika interaktioner mellan TK och telomerer under telomerförlängning. Den funktionella betydelsen av detta fenomen har ännu inte fastställts [17] .

Cajal kropp och nucleolus

Cajal kroppar är nära besläktade med varandra fysiskt. Enligt initiala ultrastrukturella data kan MC vara helt sammansmält med nukleolen, knoppas av från den eller ligga helt fritt i nukleoplasman. Användningen av grönt fluorescerande proteinfusionsproteiner har visat att MC kan knoppa från varandra eller smälta samman med varandra, men aldrig smälta samman med kärnan. Men i många celler detekteras MC i omedelbar närhet av nukleolerna. Senare identifierades emellertid strukturer innehållande proteiner som också finns i MC (till exempel CRM1) inuti nukleolerna. Dessa små kroppar kallas intranukleolära kroppar .  De innehåller lite coilin och är ultrastrukturellt olik typiska MC, så det är osannolikt att de är intranukleolära MC. Det nära förhållandet mellan MC och nukleolus indikeras av biokemisk gemensamhet: många nukleolära proteiner, såsom fibrillarin, nukleolin , Nopp140 och NAP57, finns i MC, båda associerade med nukleolen och fritt belägna i nukleoplasman. Många MC-residenta proteiner rör sig i sin tur genom kärnan och passerar genom nukleolerna, och många nukleolära RNA passerar genom MC på liknande sätt. Dessutom ackumuleras coilin i nukleolerna i många celler. Allt detta vittnar om det nära strukturella och funktionella förhållandet mellan MC och nukleolen [19] .

Cajal kroppar och stressrespons

Det har fastställts att virusinfektioner , exponering för ultraviolett strålning , joniserande strålning , samt behandling med cisplatin och etoposid , DNA-  skadande medel, stör Cajal-kropparnas arbete på olika sätt. Till exempel utlöser ultraviolett ljus och adenovirusinfektion bildandet av mikrofoci innehållande coilin. Det är intressant att skada på MCs under inverkan av ultraviolett strålning kräver PA28y proteasomaktivatorsubenheten , som, även om den inte ingår i MCs, påverkar bildandet av MCs genom interaktion med coilin som finns i nukleoplasman. Vid herpesvirusinfektion , tvärtom, bildas inte coilinmikrofoci, och coilin överförs till skadade centromerer i en process som kallas interfascentromerskaderespons (iCDR )  . Under verkan av joniserande strålning, såväl som cisplatin eller etoposid, förstörs TC och coilin omlokaliseras i kärnan. De detaljerade verkningsmekanismerna för dessa medel på MCs har ännu inte fastställts, men dessa data tyder på att MCs kan vara involverade i stressresponsvägar [4] .

Vissa data om mekanismerna för TA-deltagande i reaktioner på stress erhölls i studien av coilin. Det visade sig att coilin bestämmer cellens svar på cisplatins verkan och reglerar bindningen av RNA-polymeras I till rRNA- genpromotorer . Bindningen av coilin till vissa icke-kodande RNA förändrades av cisplatin eller etoposid. Således tyder experimentella data på att TAs (särskilt coilin) ​​är involverade i stressresponsvägar som reglerar RNP-biogenes, såväl som rRNA-transkription och -bearbetning [4] .

Flera andra tillstånd är kända för att påverka TC. Miljöfaktorer (t.ex. temperatur ), utvecklingsförändringar (t.ex. organisering av kärnan i embryonala och vuxna celler), sjukdomstillstånd (såsom omvandlingen av en normal cell till en cancercell) påverkar TC. Det är intressant att den lokala krafteffekten på cellytan genom integriner orsakar störningar i bindningen av vissa proteiner till TA (särskilt coilinbindningen i SMN är försämrad) [4] .

Bildande och reglering

Inhibitorer av transkription, translation , nukleär export, kinas- och fosfatasaktivitet har visat sig orsaka demontering av Cajal-kroppar och/eller förskjutning av coilin till andra platser. Dessutom demonteras MC, som är en dynamisk kärnkropp, under mitos och återbildas i G1-fasen av cellcykeln, på samma sätt som kärnan och kärnan. Eftersom fosforylering spelar en nyckelroll i demonteringen av kärnan och kärnan under mitos , är det mycket troligt att denna modifiering också styr monteringen och demonteringen av MC under cellcykeln. Minst 20 TK-proteiner kan faktiskt fosforyleras. Fosforylering av coilin och SMN påverkar interaktionen av dessa proteiner med varandra och med snRNPs. Med all sannolikhet reglerar WRAP53-fosforylering interaktionen av detta protein med coilin och SMN, och dessa reaktioner är nödvändiga för korrekt montering av MC [4] .

Fosforylering kan inte bara förändra protein-protein-interaktioner i MC, utan också påverka dess aktivitet. Hos mutanter med defekt fosforylering minskade RNas-aktiviteten hos coilin. Dessutom förändrade coilinhyperfosforylering dess bindning till olika icke-kodande RNA. Detta tillstånd kännetecknas också av minskad självassociering av coilin, vilket resulterar i TK-demontering, även om denna händelse vanligtvis är associerad med mitos. Således är fosforylering och defosforylering av olika komponenter i CB slutresultatet av signalvägar som informerar cellens behov av proteiner. Dessa vägar reglerar troligen de nukleära och cytoplasmatiska stadierna av snRNP-biogenes . Dessutom kan PRMT5 och 7, som symmetriskt dimetylerar argininrester, modifiera coilin och andra TA-komponenter. Liksom fosforylering påverkar denna modifiering protein-protein-interaktioner och proteinlokalisering, vilket påverkar bildandet och funktionen av MC:er. Slutligen kan sumolation vara involverad i regleringen av TC . Förutom post-translationella modifieringar kan vissa signalproteiner påverka bildandet och sammansättningen av TCs [4] .

Klinisk betydelse

Även om inget tydligt samband har fastställts mellan TK-dysfunktion och vissa mänskliga sjukdomar, är vissa mutationer i TK-komponenter nu kända för att leda till utvecklingen av vissa störningar. Således leder frånvaron av ett funktionellt SMN1- protein till muskelatrofi, en degenerativ störning av ryggmärgens motorneuroner. Mutationer i gener som kodar för medlemmar av telomeraskomplexet leder till för tidigt åldrande och dyseratosis congenita [8] . Nedsättningar i olika komponenter i TC kan vara associerade med cancer [4] [20] .

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 3 4 5 Mao YS , Zhang B. , Spector DL ​​​​Biogenes och funktion av kärnkroppar.  (eng.)  // Trender inom genetik : TIG. - 2011. - Vol. 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 kroppsfunktion i genomorganisation och transkriptomdiversitet.  (engelska)  // BioEssays: nyheter och recensioner inom molekylär, cellulär och utvecklingsbiologi. - 2016. - Vol. 38, nr. 12 . - P. 1197-1208. - doi : 10.1002/bies.201600144 . — PMID 27767214 .
  3. ↑ 1 2 Neugebauer KM Speciellt fokus på Cajalkroppen.  (engelska)  // RNA-biologi. - 2017. - Vol. 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 som styr Cajal-kroppens montering och funktion.  (engelska)  // The international journal of biochemistry & cell biology. - 2013. - Vol. 45, nr. 7 . - P. 1314-1317. - doi : 10.1016/j.biocel.2013.03.019 . — PMID 23583661 .
  5. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 235.
  6. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 235-236.
  7. ↑ Lam YW , Lyon CE , Lamond AI Storskalig isolering av Cajal-kroppar från HeLa-celler.  (engelska)  // Cellens molekylärbiologi. - 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 Kärnkropparnas roll i genuttryck och sjukdomar.  (engelska)  // Biologi. - 2013. - Vol. 2, nr. 3 . - P. 976-1033. - doi : 10.3390/biologi2030976 . — PMID 24040563 .
  9. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 236.
  10. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 236-237.
  11. ↑ 1 2 The Nucleus, 2011 , sid. 237.
  12. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 237-238.
  13. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 238-239.
  14. ↑ 1 2 The Nucleus, 2011 , sid. 239.
  15. ↑ Lafarga V. , Tapia O. , Sharma S. , Bengoechea R. , Stoecklin G. , Lafarga M. , Berciano MT CBP-medierad SMN-acetylering modulerar Cajal-kroppens biogenes och den cytoplasmatiska inriktningen av SMN.  (engelska)  // Cellulär och molekylär biovetenskap : CMLS. - 2017. - doi : 10.1007/s00018-017-2638-2 . — PMID 28879433 .
  16. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 239-240.
  17. ↑ 1 2 3 4 The Nucleus, 2011 , sid. 240.
  18. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Hebert MD , Poole AR Mot en förståelse för att reglera Cajal-kroppsaktivitet genom proteinmodifiering.  (engelska)  // RNA-biologi. - 2017. - Vol. 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 a Relationship" eller "It's Complicated"?  (engelska)  // RNA Biology. - 2017. - Vol. 14, nr. 6 . - s. 739-751. doi : 10.1080 / 15476286.2016.1236169 . — PMID 27661468 .
  20. ↑ Henriksson S. , Farnebo M. På väg med WRAP53β: väktare av Cajal-kroppar och genomintegritet.  (engelska)  // Frontiers in genetics. - 2015. - Vol. 6. - P. 91. - doi : 10.3389/fgene.2015.00091 . — PMID 25852739 .

Litteratur

Böcker

Artiklar

 cell nucleus.svg cellkärnan
Kärnmembran /
Nukleär lamina
nukleolus
Övrig
PML-kroppar
SMC-proteiner
Övergångsnukleära
proteiner