Cajalovo tělo

Cajalovo tělo (TC) ( anglicky  Cajal body, CB ) je útvar v buněčném jádře přítomný v některých jaderných organismech . Typická velikost Cajalových tělísek je 1–2 μm a jedna buňka může obsahovat od 0 do 10 TC [1] . Mnoho typů buněk nemá MC, ale MC se nacházejí v jádrech neuronů a rakovinných buňkách [2] . Hlavní funkcí Cajalových tělísek je zpracování malých jaderných a malých nukleárních RNA a také sestavování ribonukleoproteinových komplexů .

Cajalova tělíska jsou charakterizována přítomností markerového proteinu coilin a malých Cajalových tělísek RNA ( malé Cajal  RNA ; scaRNA); kromě coilinu hraje rozhodující roli při udržování strukturální integrity Cajalových tělísek protein přežití motorických neuronů (SMN) [3] . Cajalova tělíska obsahují vysoké koncentrace malých jaderných ribonukleoproteinů (snRNP a  dalších faktorů pro zpracování RNA , což naznačuje, že Cajalova tělíska slouží jako místa pro sestavení a/nebo post-transkripční modifikaci jaderného sestřihového aparátu. Kromě toho se TC podílejí na zpracování histonové mRNA a prodlužování telomer [4] . MC existují během celé interfáze , ale mizí během mitózy . Biogeneze Cajalových těles vykazuje vlastnosti samoorganizující se struktury [5] .

Historie studia

Cajalovo tělísko poprvé popsal Santiago Ramón y Cajal  , španělský neuroanatom , který v roce 1906 získal Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu s Camillem Golgim ​​za studie buněčné struktury nervového systému . V roce 1903 pomocí techniky impregnace stříbrem Cajal objevil malé, zaoblené tělo, které bylo nalezeno v jádrech různých nervových buněk . Nazval to doplňkové tele ( španělsky:  cuerpo accessorio ). V průběhu svých morfologických studií byl Cajal schopen pozorovat sestřihové skvrny ( anglicky  splicing specles ), jadérko a jadernou membránu . Tato těla, která Cajal nazval cuerpo accessorio , byla nezávisle popsána u široké škály organismů : savců , obojživelníků , hmyzu a rostlin . Dostali různé názvy: svinutá tělíska ( ang.  coiled body ) v myších , potkaních a lidských buňkách , endotel ( německy:  Binnenkörper ) u hmyzu, spojený s jadérky těla v rostlinách. Objev coilin proteinu ve svinutých tělech HeLa buněk vnesl řád do tohoto množství jmen . Anti-coilin protilátky sloužily jako dobré markery pro spirálová tělíska v buňkách obratlovců a dokonce i pro tělíska spojená s jádrem v buňkách hrachu ( Pisum sativum ). Nyní je jasné, že homologní jaderné podkompartmenty obsahující cívku jsou přítomny v široké škále eukaryot. Pro potvrzení této shody a sjednocení terminologie do jediného vzoru byl pro jaderná tělesa obsahující coilin navržen název „Cajal body“ [6] . V roce 2002 byla Cajalova tělíska poprvé izolována z živých buněk (HeLa buňky) [7] .

Komponenty

Cajal těla jsou místa modifikace pro malé jaderné RNA (snRNA) a malé nukleární RNA (snoRNA) a sestavení a součást životního cyklu RNP . Cajalová tělíska jsou charakterizována přítomností coilinového proteinu, malých jaderných ribonukleoproteinů (snRNP), malých nukleolárních ribonukleoproteinů (snRNP), telomerasových RNP a faktorů sestavování a zrání RNP, stejně jako komplexů tvořených proteinem přežití motorických neuronů (SMN ). Součástí TA může být také multiproteinový komplex Integrator, který zpracovává 3' konce snRNA a udržuje integritu TA [8] .

Coilin

Po objevení coilinu v buňkách HeLa se tento protein rychle stal charakteristickým markerem pro Cajalova tělíska v savčích buňkách. U lidí a myší má coilin přibližně stejnou velikost (62,6 kDa a 62,3 kDa, v daném pořadí) a mezi jejich aminokyselinovými sekvencemi je vysoký stupeň podobnosti . Žába Xenopus má o něco méně coilinu (59,6 kDa) a její aminokyselinová sekvence se výrazně liší od sekvence dvou savčích proteinů. Mimo obratlovce je extrémně obtížné určit homology coilin podle aminokyselinové sekvence. Nesporné coilin orthology byly popsány u Arabidopsis a Drosophila , ale zatím nebyly nalezeny žádné coilin orthology u háďátka Caenorhabditis elegans , kvasinky Saccharomyces cerevisiae a dalších důležitých modelových organismů bez obratlovců [9] .

Navzdory výhodnosti použití coilinu jako markeru Cajalových tělísek je o coilinu samotném jako proteinu známo jen málo: zejména stále neexistují žádné informace o tom, jaké biochemické funkce může vykonávat v Cajalově těle. Coilin se váže na protein přežití motorických neuronů (SMN) a na různé proteiny skupin Sm a LSm , takže se může podílet na sestavení nebo modifikaci snRNP. U myší, Arabidopsis a Drosophila byly nalezeny silné důkazy, že coilin je nutný pro tvorbu MC. U zebrafish knockout genu coilin morfolinem , což má za následek ztrátu TK a neuspořádaný rozptyl snRNP kolem jádra, způsobuje zástavu vývoje při přechodu z 15 - somitového stadia do 16-somitového stadia, pravděpodobně v důsledku porušení správná excize intronů a snížená tvorba normální zralé mRNA. Je zajímavé, že tento účinek lze snížit přidáním zralých lidských snRNP, ale nejen snRNA nebo snRNP, což naznačuje, že coilin a pravděpodobně Cajalovo tělo je u zebřičky nutné pro správné sestavení snRNP [1] . Knockout genu coilin u myší vede k semiletálnímu fenotypu (50 % embryí zemře ve fázi intrauterinního vývoje). Někteří homozygoti umírají v embryonálním stádiu a ti, kteří přežijí do dospělosti, mají značné problémy s plodností a plodností . Kultivované buňky odvozené z takových knockout myší nemají typické MC. Místo toho mají tři typy „zbytkových“ těles, z nichž každé obsahuje část složek Cajalových těles. V Arabidopsis má mutant no cajal body 1 (ncb-1) substituci jedné báze v genu coilin , i když není jasné, zda je skutečně zcela bez coilin. Homozygoti ncb-1 jsou zcela životaschopní, ale pomocí protilátek proti dalším složkám TK (U2B a fibrillarin ) u nich pomocí elektronové mikroskopie TK není detekována . U Drosophila jsou dva různé null mutanty plně životaschopné v homozygotním stavu. V buňkách muchnic coilin-null imunobarvení nebo in situ hybridizace nedetekovalo MC. U těchto tří studovaných organismů je tedy coilin nezbytný pro normální tvorbu MC, ale ani coilin, ani normální MC nejsou nezbytné pro životaschopnost [10] .

Změny v úrovni exprese coilinu jsou spojeny se změnami v obsahu několika nekódujících RNA , zejména U2 snRNA , rRNA transkribované RNA polymerázou I [ a RNA složky telomerázy . Kromě toho je coilin schopen vázat se na různé nekódující RNA, jako je 47/45S rRNA prekurzor, U2 snRNA a telomerasová RNA složka. Coilin má RNázovou aktivitu, která je zvláště důležitá pro zpracování 3' konce snRNA U2 RNA složky telomerázy. Coilin je tedy schopen ovlivňovat transkripci a/nebo zpracování mnoha důležitých nekódujících RNA v buňce [4] .

Ačkoli coilin byl mnoho let používán jako marker Cajalových tělísek a kritická role, kterou hraje při udržování jejich strukturální integrity, bylo zjištěno, že coilin se vyskytuje také v jiných speciálních jaderných tělesech, tělesech lokusů  histonů, HLB ) [11 ] .

Malé jaderné ribonukleoproteiny (snRNP)

Jakmile byla Cajalova tělíska identifikována imunobarvením anti-coilinovými protilátkami, objevila se jednoduchá technika využívající jiné protilátky a in situ hybridizaci k vytvoření katalogu typických složek TK. Brzy se ukázalo, že MC obsahují mnoho proteinů a RNA zapojených do zpracování RNA, zejména sestřihu malých jaderných RNA (snRNA, anglicky  snRNA ) (U1, U2, U4, U5 a U6). Protože ke skutečnému sestřihu v Cajalových tělesech nedochází, bylo navrženo, že TA může hrát určitou roli při sestavování nebo modifikaci sestřihových snRNP. Biogeneze sestřihu snRNP je komplexní proces, který zahrnuje jak jaderné, tak cytoplazmatické kroky. Stručně řečeno, k transkripci snRNA dochází v jádře, po které jsou exportovány do cytoplazmy. V cytoplazmě se monomethylguanosinový uzávěr na 5' konci trimethyluje a každá snRNA je zabalena do komplexu sedmi konzervovaných proteinů skupiny Sm. Nakonec jsou shromážděné snRNP vráceny do jádra. Vzhledem k tomu, že snRNA nalezené v Cajalových tělech jsou spojeny s proteiny Sm a mají trimethylguanosinový uzávěr, předpokládá se, že se již vrátily do jádra z cytoplazmy. To je potvrzeno kinetickými studiemi, které ukazují, že snRNP, které právě vstoupily do jádra, jsou nejprve odeslány do TC, poté se objeví ve skvrnách (shluky interchromatinových granulí ) a nakonec se dostanou do chromozomů , kde ve skutečnosti dochází ke sestřihu. U MC pravděpodobně dochází k modifikaci specifických nukleotidů snRNP. Méně jasné je, do jaké míry se montáž spojovacího zařízení odehrává v TC. Předpokládá se, že MC jsou zapojeny do posledních fází tvorby U2 snRNP a možná se v MC také vyskytuje sestavení U4 / U6 - U5 tri-snRNP. Byly také poskytnuty důkazy, že snRNP jsou recyklovány prostřednictvím TK. Je velmi možné, že sestřihové snRNP přecházejí z MC do skvrn na jejich cestě do míst syntézy RNA a sestřihu na chromozomech. Není však známo, do jaké míry jsou jednotlivé snRNP organizovány do skvrnitých komplexů vyššího řádu. Nedávné studie na oocytech obojživelníků ukázaly, že snRNP mohou být rekrutovány do chromozomů kartáčků nezávisle na sestavení do zralých spliceosomů . Pokud to platí pro všechny buňky, pak mohou Cajalova tělíska hrát pouze omezenou roli při sestavování snRNP do komplexů vyššího řádu [11] .

Malá RNA Cajalova tělíska (scaRNA)

Mocným krokem vpřed v pochopení funkcí Cajalových tělísek byl objev malých RNA Cajalových tělísek (scaRNA). ScaRNA jsou blízce příbuzné malým nukleolárním RNA ( snoRNA ) jak strukturou, tak funkcí. Obě skupiny RNA se vyznačují přítomností specifických motivů  , tzv. C/D boxu a H/ACA boxu, a obě tyto skupiny se podílejí na post-transkripční modifikaci jiných RNA. C/D snoRNA box řídí připojení 2'-O- methylových skupin ke specifickým ribózovým zbytkům v rRNA, zatímco H/ACA box zprostředkovává konverzi specifických uridinů na pseudouridin . Fibrillarin funguje jako methyltransferáza a dyskerin/NAP57/CBF5 funguje jako pseudouridin syntáza; každý z těchto proteinů interaguje se třemi dalšími proteiny za vzniku aktivního enzymu. ScaRNA provádějí podobné reakce s malými jadernými RNA (snRNA) a jsou zodpovědné za jejich metylaci a pseudouridylaci [1] . První objevená a nejlépe prostudovaná RNA třídy scaRNA je U85. Tato neobvyklá vodící RNA zprostředkovává dvě modifikace : 2'-O-methylaci C45 a pseudouridylaci U46 v lidské U5 snRNA. Experimenty buněčné frakcionace a in situ hybridizace ukázaly, že U85 scaRNA je lokalizována výhradně v MC buněk HeLa a Drosophila . Lokalizace této RNA se liší od lokalizace jejího substrátu, U5 snRNA, která se také nachází ve velkém množství v TA, ale stejně jako ostatní snRNA je široce distribuována v jádře. Lokalizace U85 a dalších scaRNA se liší od lokalizace většiny vodicích RNA obsahujících C/D a H/ACA boxy, které jsou koncentrovány v jadérku. Ukázalo se, že lokalizace RNA v MC v buňkách obratlovců závisí na přítomnosti krátké konsensuální sekvence zvané CAB box. Příbuzný, ale poněkud odlišný motiv byl popsán u Drosophila scaRNA . CAB box lidských i Drosophila scaRNA se váže na konzervovaný protein WRAP53 (také známý jako WD40-repeat , TCAB1 a WDR79) [4] , který je nutný pro lokalizaci těchto RNA v Cajalových tělíscích [12] .   

Specifická lokalizace scaRNA v Cajalově těle potvrzuje, že k methylaci a pseudouridylaci snRNA dochází v MC po dodání sestavených snRNP do jádra. Tato hypotéza je silně podpořena experimenty s buněčnými kulturami, které ukazují, že umělé substráty scaRNA byly modifikovány, když byly zavedeny do MC a ne do jadérka. Tato hypotéza také dobře souhlasí s dobře známou koncentrací fibrillarinu v MC. Současně je nepravděpodobné, že by modifikace snRNA byla omezena na TK, protože mouchy zbavené coilin, které postrádají TK, měly přesto normální hladiny scaRNA a všechny jejich snRNA byly správně modifikovány. Zdá se pravděpodobné, že scaRNA a další složky MC normálně existují v nukleoplazmě ve formě makromolekulárních komplexů , které jsou příliš malé na to, aby byly jednotlivě rozlišitelné pod konvenčním světelným mikroskopem . Coilin je nezbytný pro sestavení těchto komplexů do Cajalových tělísek, která jsou viditelná světelnou mikroskopií, ale sestavení těchto tělísek není nezbytnou podmínkou pro fungování těchto komplexů, alespoň pro scaRNA-dependentní modifikaci sestřihových snRNA [ 13] . Je možné, že TA hraje roli lokální koncentrace reagencií potřebných pro zpracování snRNA a zvyšuje tak její účinnost. Pokud se v důsledku metabolických charakteristik buňky jakákoliv fáze zrání snRNP u MC stane rychlostně limitující (jako například v případě embryogeneze zebrafish popsané výše), pak buňky postrádající coilin a následně MC nejsou životaschopné [1] .

Zvláštní scaRNA, která je mimořádně zajímavá, je RNA složka telomerázy, enzymu odpovědného za udržování konstantní délky telomer v eukaryotických buňkách. Přítomnost telomerasové RNA v MC byla prokázána in situ hybridizací v lidských rakovinných buněčných liniích, ale v nerakovinných buňkách byly její hladiny v MC nízké nebo nedetekovatelné. Telomerasová RNA má motiv krabice H/ACA a motiv krabice CAB. Telomerasová reverzní transkriptáza [1] se také akumuluje v lidských rakovinných buňkách MC . V TC jsou lokalizovány i další složky telomerasového komplexu: proteiny dyskerin , GAR1 , NHP2 , NOP10, WRAP53 [8] . WRAP53, který se váže na jiné scaRNA, je součástí holoenzymu lidské telomerázy a je nezbytný pro syntézu telomer v buňkách HeLa [14] (v jeho nepřítomnosti nebyly pluripotentní buňky schopny prodloužit své telomery [8] ). Je možné, že coilin se podílí na zpracování telomerasové RNA [8] .

GEMS a SMN protein

Mimořádně zajímavou složkou Cajalových tělísek je protein motorického neuronu pro přežití (SMN )  . Když byla intracelulární lokalizace SMN poprvé studována imunofluorescencí , byl protein viditelný v celé cytoplazmě, stejně jako v jaderném těle podobné velikosti jako Cajalovo tělo, ale odlišném od TK. Z tohoto důvodu bylo otevřené tělo nazýváno Blíženci CB, GEMS . Shodou okolností je buněčná linie HeLa, na které byly popsány GEMS, neobvyklá: v lidských buňkách jiných linií, včetně různých kmenů HeLa , v primárních neuronech, stejně jako v buňkách Drosophila, je SMN lokalizována na stejném místě jako coilin v TK. Z tohoto důvodu lze v obecném případě SMN považovat za důležitou složku TC, nikoli za marker jednotlivého jaderného tělesa [14] .  

S největší pravděpodobností se SMN spolu s coilinem podílí na udržování strukturální integrity TC. Ukázalo se, že SMN se podílí na rozpoznávání a rozlišení R-smyček během terminace transkripce , proto se TK může podílet na regulaci transkripce [3] .

V roce 2017 se ukázalo, že SMN je cílem CREBBP acetyltransferázy . V lidských buňkách tento enzym acetyluje SMN na lysinu 119 (K119), což způsobuje uvolnění proteinu do cytoplazmy a rozpouštění MC, stejně jako snížení akumulace snRNP v jaderných skvrnách . V mutantních buňkách, ve kterých je lysinový zbytek 119 v SMN nahrazen argininem , který nepodléhá acetylaci, je naopak stimulována tvorba TK, stejně jako nová kategorie tělísek promyelocytární leukémie (PML tělíska) obohacená v SMN [15] .

Jak název napovídá, u savců je SMN nezbytná pro správné fungování motorických neuronů , zejména těch, které se nacházejí v míše . U myší a Drosophila jsou nulové mutace v jediné kopii genu smn smrtelné. V případě lidí je situace poněkud odlišná, protože jedinec má dvě kopie genu, z nichž jedna má změněné místo sestřihu, což má za následek neefektivní zpracování transkriptu. Aniž bychom se ponořili do poměrně komplikované genetiky lidského genu smn , mutace v tomto genu často vedou k rozvoji stavu známého jako spinální svalová atrofie (SMA). SMA se vyskytuje asi u 1 z 6000 novorozenců a vede k předčasné smrti [16] .

Biochemické studie ukázaly, že v buňkách obratlovců se SMN nachází v makromolekulárním komplexu známém jako assembler .  Tento komplex se skládá ze samotné SMN, sedmi heminů a několika dalších faktorů. Tento komplex funguje v cytoplazmě jako chaperon zapojený do sestavování komplexu sestřihových snRNA se sedmičlenným kruhem Sm proteinů. SMN doprovází sestavené snRNP na jejich cestě zpět do jádra a usnadňuje nukleární import proteinů Sm [8] , není však známo, zda má SMN specifické funkce v jádře [17] .

Exprese lidského SMN značeného zeleně fluorescenčním proteinem v pučících kvasinkových buňkách ukázala specifickou lokalizaci tohoto proteinu v malé struktuře uvnitř jadérka, kterou autoři studie nazvali nukleolární těleso ( anglicky  nucleolar body ). V tomto těle se také vyskytují některá stádia zrání U3 snoRNA. Vazba na jadérko, akumulace SMN a zrání U3 naznačují, že nukleolární tělo kvasinek je ekvivalentní Cajalovu tělu složitějších eukaryot [17] .

Jiné Cajal tělesné proteiny

Protein WRAP53 (také známý jako TCAB1 nebo WDR79), podobně jako SMN, se nachází v cytoplazmě a TC. Poprvé byl tento protein identifikován jako protein, který se váže na CAB motiv v některých scaRNA , stejně jako telomerasová RNA , a zajišťuje lokalizaci těchto RNA v MC. Snížení hladiny WRAP53 v buňce interferencí RNA vede k destrukci MC a pohybu coilinu do jadérka , takže WRAP53 hraje důležitou roli při udržování strukturální integrity MC. Kromě toho se WRAP53 účastní biogeneze scaRNA [18] .

CRM1 se nachází v nukleoplazmě a MC. Je součástí komplexu, který přenáší nově syntetizované malé jaderné RNA z jádra do cytoplazmy, ve které probíhá řada fází zrání těchto RNA. Na cestě do cytoplazmy tento komplex s největší pravděpodobností prochází MC. CRM1 se také podílí na dodávání malých nukleolárních ribonukleoproteinů (snoRNP) do jadérka, které stejně jako snRNP procházejí MC během svého zrání. Inhibice práce CRM1 vede k poruchám ve struktuře a dynamice TC [18] .

DAXX funguje jako transkripční korepresor . Tento protein se nachází v cytoplazmě a jádře, konkrétně v tělech PML. Bylo také prokázáno, že DAXX může být lokalizován v MC a jeho lokalizace v MC závisí na fázi buněčného cyklu , přičemž maxima dosahuje v časné a střední S-fázi . Ve stejném období buněčného cyklu je v TC pozorována zvýšená koncentrace reverzní transkriptázy , která je součástí telomerázy ( TERT ), kdy dochází k sestavení holoenzymu telomerázy v TC, tedy v TK. TC, DAXX mohou stimulovat sestavení telomerázy interakcí s jejími podjednotkami a také přesunem telomerázy do telomer [18] .

Dyskerin ( anglicky  Dyskerin ) se nachází v jadérku a TC. Dyskerin je začleněn do telomerasového komplexu v raných fázích jeho tvorby a je také součástí některých snoRNP a scaRNP. Bylo prokázáno, že dyskerin interaguje s coilinem a SMN, a proto jeho začlenění do telomerasového komplexu a RNP může být regulováno interakcí s jinými TK proteiny [18] .

Fam118B je známý jako protein, který interaguje s coilinem, a jak zvýšení, tak snížení exprese tohoto proteinu vede k poruchám ve struktuře a složení TC. Deficit Fam118B také ovlivňuje rychlost sestřihu a vede k potlačeníbuněčné proliferace [18] .

Fibrillarin je známý jako markerový protein pro hustou fibrilární složku jadérka. Je také detekován u TK a je součástí některých snoRNP a scaRNP. Fibrillarin interaguje přímo se scaRNA a snRNA a funguje jako methyltransferáza , která methyluje snRNA a rRNA . Doména GAR ( doména bohatá na glycin a arginin) fibrillarinu také interaguje se SMN [18] .

GAR1 , stejně jako fibrillarin, je lokalizován v jadérku a TC. Tento protein se podílí na biogenezi telomerasy a je přítomen ve zralé telomerase RNP. Kromě toho je členem řady snoRNP a scaRNP. GAR1 interaguje se SMN prostřednictvím jedné z jeho dvou domén GAR, z nichž jedna je umístěna na N-konci a druhá na C-konci proteinu [18] .

Nopp140 je hojný v jadérku a MC a hraje důležitou roli při tvorbě ribozomů . Tvoří komplex s dyskerinem, který se nachází také v jadérku a MC. Kromě toho interaguje s coilinem, stejně jako snoRNP a scaRNP, takže je možné, že Nopp140 působí jako snoRNP chaperon poskytující spojení mezi jadérkem a TA. Je možné, že Nopp140 se také účastní biogeneze scaRNP u MC. Existují důkazy, že fungování Nopp140 u TK závisí na SMN [18] .

PA28y je dobře prostudovaný aktivátor proteazomu . Za stresových podmínek, jako je ultrafialové záření , jsou TA zničeny a PA28y se kolokalizuje s coilinem. V buňkách v normálním stavu se však PA28y nenachází v MC a je náhodně rozptýlen v nukleoplazmě. Nadměrná exprese PA28γ vede k rozkladu MC, takže tento protein se pravděpodobně podílí na udržování integrity MC [18] .

PHAX , stejně jako CRM1, se podílí na exportu spliceosomální snRNA a je lokalizován v MC a nukleoplazmě. PHAX interaguje s čepičkou na 5' konci snRNA a tvoří exportní komplex, který také zahrnuje CRM1. Po nějakou dobu je komplex v MC a poté vstoupí do cytoplazmy. Snížení hladiny PHAX v důsledku RNA interference ničí MA, což ukazuje, že biogeneze snRNP je nezbytná pro udržení struktury MAs [18] .

SART3  je snRNP montážní faktor, který interaguje s U6 snRNA a akumuluje se v MC. Předpokládá se, že tento protein se v komplexu se SART3 účastní fáze sestavení spliceosomu, která se vyskytuje v MC. Kromě toho SART3 interaguje s coilinem a je nutný k indukci tvorby v MA v buněčných liniích , které mají málo MA, stejně jako akumulaci nezralých snRNP s coilinem v MA [18] .

SmD1 je základní složkou snRNP. Během zrání snRNP vstupuje SmD1 v rámci těchto komplexů do TC, kde interaguje s coilinem a SMN [18] .

Telomerasová reverzní transkriptáza (TERT) se také nachází v TC, protože právě tam se skládá holoenzym telomerázy [18] .

Trimethylguanosinsyntáza I ( TGS1 ), stejně jako SMN, se nachází v cytoplazmě a MC. TGS1 přímo interaguje s SMN a tvoří spliceosomální snRNA čepičku v cytoplazmě. V MC funguje zkrácená izoforma TGS1, která tvoří čepičku snoRNA [18] .

TOE1 (také známý jako hCaf1z) se nachází v jádře a TC. Tento protein se podílí na potlačení buněčného růstu, ovlivňuje hladinu proteinu p21  , inhibitoru cyklin-dependentních kináz , v buňce . Tvoří také komplex s proteinem hCcr4d, který se také nachází v MC, a tento komplex má deadenylační aktivitu. TOE1 interaguje s coilinem i SMN a snížení hladiny TOE1 vede k destrukci TK, zpomalení sestřihu pre - mRNA a potlačení buněčné proliferace. U TK se TOE1 pravděpodobně podílí na zpracování různých RNA [18] .

USPL1 je nedávno identifikovaná složka MC, která je nutná pro tvorbu normálních MC. Snížení hladiny tohoto proteinu v buňce vede ke snížení transkripce snRNA, zpomalení sestavení snRNP a sestřihu pre-mRNA. Pravděpodobně hraje USPL1 důležitou roli v transkripci genů snRNA pomocí RNA polymerázy II [18] .

Vztah mezi Cajalovými tělesy a specifickými lokusy

Vzhledem k tomu, že jadérka jsou spojena se specifickými lokusy na chromozomech, vyvstává spravedlivá otázka: existují podobné asociace v Cajalových tělech a jiných jaderných organelách? V případě MC zatím neexistuje žádný důkaz, že k transkripci dochází v těle samotném, a proto není důvod se domnívat, že MC, stejně jako jadérka, odpovídají aktivním genovým lokusům. MC se však mohou tvořit ve specifických lokusech nebo se tam pohybovat a působit jako nosič faktorů nezbytných pro tato lokusy. Přítomnost takových asociací je potvrzena skutečností, že MCs v buněčné kultuře obratlovců vykazují preferenční asociaci s genovými lokusy kódujícími snRNA. V těchto buňkách jsou MC asociovány nejen se shluky genů U1 , U2 a U4, ale také s minoritními lokusy snRNA U11 a U12. Bylo navrženo, že snRNA v MC nějak regulují transkripci snRNA v těchto lokusech způsobem zpětné vazby . Ať už je důvod této asociace jakýkoli, vztah mezi TK a lokusy snRNA je dynamický a závislý na transkripci, jak ukazuje nedávná experimentální analýza. Segment indukovatelných genů U2 snRNA byl zaveden do buněčné kultury společně s fluorescenčně značeným coilinem. Dokud byl segment U2 transkripčně neaktivní, neexistoval mezi ním a TK žádný zvláštní vztah. Během indukce transkripce se však segment U2 posunul velmi blízko k TK a nakonec s ním navázal fyzický kontakt. Tato výrazná translokace byla narušena u dominantního β-aktin negativního mutantu , což potvrzuje roli jaderného aktinu v translokaci chromozomálních lokusů v reakci na aktivaci transkripce [17] .

Další zvláštní vztah existuje mezi Cajalovým tělem a telomerami. Během většiny buněčného cyklu se telomerasová RNA nachází pouze v MC. Navíc bylo zjištěno, že během S-fáze tvoří MC dočasné vazby s telomerami. Tyto výsledky potvrzují existenci specifických interakcí mezi TK a telomerami během prodlužování telomer. Funkční význam tohoto jevu musí být ještě stanoven [17] .

Cajalovo tělo a jadérko

Cajalova těla spolu fyzicky úzce souvisí. Podle počátečních ultrastrukturálních dat může být MC zcela srostlá s jadérkem, vyrazit z něj nebo ležet zcela volně v nukleoplazmě. Použití fúzních proteinů se zeleným fluorescenčním proteinem ukázalo, že MC mohou od sebe vyrůst nebo fúzovat, ale nikdy nefúzovat s jadérkem. V mnoha buňkách jsou však MC detekovány v těsné blízkosti jadérek. Později však byly uvnitř jadérek identifikovány struktury obsahující proteiny, které se nacházejí i v MC (například CRM1). Tato malá tělíska se nazývají intranukleární tělíska .  Obsahují málo coilinu a jsou ultrastrukturálně na rozdíl od typických MC, takže je nepravděpodobné, že by šlo o intranukleolární MC. Úzký vztah mezi MC a jadérkem je indikován biochemickou podobností: mnoho nukleolárních proteinů, jako je fibrillarin, nukleolin , Nopp140 a NAP57, se nachází v MC, oba spojené s jadérkem a volně umístěné v nukleoplazmě. Mnoho MC rezidentních proteinů se zase pohybuje jádrem a prochází jadérky a mnoho nukleolárních RNA prochází MC podobným způsobem. Kromě toho se coilin hromadí v jadérkách mnoha buněk. To vše svědčí o úzkém strukturním a funkčním vztahu mezi MC a jadérkem [19] .

Cajalova těla a reakce na stres

Bylo zjištěno, že virové infekce , vystavení ultrafialovému záření , ionizujícímu záření , stejně jako léčba cisplatinou a etoposidem ,  činidly poškozujícími DNA , různými způsoby narušují práci Cajalových těl. Například ultrafialové světlo a adenovirová infekce spouští tvorbu mikroložisek obsahujících coilin. Je zajímavé, že poškození MC působením ultrafialového záření vyžaduje podjednotku aktivátoru proteazomu PA28γ , která, i když není součástí MC, ovlivňuje tvorbu MC prostřednictvím interakce s coilinem obsaženým v nukleoplazmě. Při herpesvirové infekci se naopak nevytvářejí coilinové mikroložiska a coilin se přenáší do poškozených centromer v procesu zvaném interphase centromere damage response (iCDR )  . Působením ionizujícího záření, stejně jako cisplatiny nebo etoposidu, jsou TC zničeny a coilin je relokalizován v jadérku. Detailní mechanismy účinku těchto látek na MC nebyly dosud stanoveny, nicméně tato data naznačují, že MC se mohou podílet na drahách reakce na stres [4] .

Některé údaje o mechanismech účasti TA v odpovědích na stres byly získány při studiu coilinu. Ukázalo se, že coilin určuje buněčnou odpověď na působení cisplatiny a reguluje vazbu RNA polymerázy I na promotory genu rRNA . Vazba coilinu na některé nekódující RNA byla změněna cisplatinou nebo etoposidem. Experimentální data tedy naznačují, že TA (zejména coilin) ​​jsou zapojeny do drah stresové reakce, které regulují biogenezi RNP, stejně jako transkripci a zpracování rRNA [4] .

Je známo, že několik dalších stavů ovlivňuje TC. Faktory prostředí (např. teplota ), vývojové změny (např. organizace jádra v embryonálních a dospělých buňkách), chorobné stavy (jako je transformace normální buňky na rakovinnou) ovlivňují TC. Je zajímavé, že lokální silový účinek na buněčný povrch prostřednictvím integrinů způsobuje poruchy vazby některých proteinů na TA (zejména vazba coilinu u SMN je narušena) [4] .

Formace a regulace

Bylo zjištěno, že inhibitory transkripce , translace , nukleárního exportu, kinázové a fosfatázové aktivity způsobují rozklad Cajalových tělísek a/nebo vytěsnění coilinu na jiná místa. Navíc MC jako dynamické jaderné těleso se během mitózy rozkládá a znovu se tvoří ve fázi G1 buněčného cyklu, podobně jako jádro a jadérko. Protože fosforylace hraje klíčovou roli v rozkladu jadérka a jádra během mitózy , je velmi pravděpodobné, že tato modifikace také řídí sestavení a rozklad MC během buněčného cyklu. Ve skutečnosti může být fosforylováno alespoň 20 proteinů TK. Fosforylace coilinu a SMN ovlivňuje interakci těchto proteinů mezi sebou a s snRNP. Fosforylace WRAP53 s největší pravděpodobností reguluje interakci tohoto proteinu s coilinem a SMN a tyto reakce jsou nezbytné pro správné sestavení MC [4] .

Fosforylace může nejen změnit interakce protein-protein v MC, ale také ovlivnit její aktivitu. U mutantů s defektní fosforylací se RNázová aktivita coilinu snížila. Kromě toho hyperfosforylace coilinu změnila jeho vazbu na různé nekódující RNA. Tento stav je také charakterizován sníženou samovolnou asociací coilinu, což má za následek rozklad TK, ačkoli tato událost je obvykle spojena s mitózou. Fosforylace a defosforylace různých složek CB je tedy konečným výsledkem signálních drah , které informují buněčnou potřebu proteinů. Tyto dráhy pravděpodobně regulují jaderná a cytoplazmatická stádia biogeneze snRNP . Navíc PRMT5 a 7, které symetricky dimethylují argininové zbytky, mohou modifikovat coilin a další složky TA. Stejně jako fosforylace ovlivňuje tato modifikace interakce protein-protein a lokalizaci proteinu, čímž ovlivňuje tvorbu a fungování MC. Konečně, do regulace TC může být zapojena sumolace . Kromě posttranslačních modifikací mohou tvorbu a složení TC ovlivnit některé signální proteiny [4] .

Klinický význam

Ačkoli nebyla prokázána jasná souvislost mezi dysfunkcí TK a určitými lidskými nemocemi, je nyní známo, že určité mutace ve složkách TK vedou k rozvoji určitých poruch. Absence funkčního proteinu SMN1 tedy vede k spinální svalové atrofii, degenerativní poruše motorických neuronů míchy. Mutace v genech kódujících členy telomerázového komplexu vedou k předčasnému stárnutí a dyskeratosis congenita [8] . Poškození různých složek TC může být spojeno s rakovinou [4] [20] .

Poznámky

  1. ↑ 1 2 3 4 5 Mao YS , Zhang B. , Spector DL ​​​​Biogeneze a funkce jaderných těles.  (angl.)  // Trendy v genetice : TIG. - 2011. - Sv. 27, č. 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. Funkce těla Cajala v organizaci genomu a diverzitě transkriptomů.  (anglicky)  // BioEssays: novinky a recenze v molekulární, buněčné a vývojové biologii. - 2016. - Sv. 38, č.p. 12 . - S. 1197-1208. - doi : 10.1002/bies.201600144 . — PMID 27767214 .
  3. ↑ 1 2 Neugebauer KM Speciální zaměření na Cajal Body.  (anglicky)  // Biologie RNA. - 2017. - Sv. 14, č. 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. Signály řídící sestavu a funkci těla Cajal.  (anglicky)  // Mezinárodní časopis biochemie a buněčné biologie. - 2013. - Sv. 45, č.p. 7 . - S. 1314-1317. - doi : 10.1016/j.biocel.2013.03.019 . — PMID 23583661 .
  5. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 235.
  6. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 235-236.
  7. ↑ Lam YW , Lyon CE , Lamond AI Rozsáhlá izolace Cajalových tělísek z HeLa buněk.  (anglicky)  // Molekulární biologie buňky. - 2002. - Sv. 13, č. 7 . - S. 2461-2473. - doi : 10.1091/mbc.02-03-0034 . — PMID 12134083 .
  8. ↑ 1 2 3 4 5 6 Morimoto M. , Boerkoel CF Úloha jaderných těl v genové expresi a onemocnění.  (anglicky)  // Biologie. - 2013. - Sv. 2, č. 3 . - S. 976-1033. - doi : 10.3390/biology2030976 . — PMID 24040563 .
  9. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 236.
  10. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 236-237.
  11. ↑ 1 2 The Nucleus, 2011 , str. 237.
  12. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 237-238.
  13. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 238-239.
  14. ↑ 1 2 The Nucleus, 2011 , str. 239.
  15. ↑ Lafarga V. , Tapia O. , Sharma S. , Bengoechea R. , Stoecklin G. , Lafarga M. , Berciano MT Acetylace SMN zprostředkovaná CBP moduluje biogenezi Cajalova těla a cytoplazmatické cílení SMN.  (anglicky)  // Buněčné a molekulární biologické vědy: CMLS. - 2017. - doi : 10.1007/s00018-017-2638-2 . — PMID 28879433 .
  16. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 239-240.
  17. ↑ 1 2 3 4 The Nucleus, 2011 , str. 240.
  18. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Hebert MD , Poole AR K pochopení regulace aktivity Cajalova těla modifikací proteinů.  (anglicky)  // Biologie RNA. - 2017. - Sv. 14, č. 6 . - S. 761-778. doi : 10.1080 / 15476286.2016.1243649 . — PMID 27819531 .
  19. ↑ Trinkle-Mulcahy L. , Sleeman JE  The Cajal Body and the Nucleolus: „In a Relationship“ or „It's Complicated“?  (anglicky)  // RNA Biology. - 2017. - Sv. 14, č. 6 . - S. 739-751. doi : 10.1080 / 15476286.2016.1236169 . — PMID 27661468 .
  20. ↑ Henriksson S. , Farnebo M. Na cestě s WRAP53β: strážce Cajalových těl a integrity genomu.  (anglicky)  // Hranice genetiky. - 2015. - Sv. 6. - S. 91. - doi : 10.3389/fgene.2015.00091 . — PMID 25852739 .

Literatura

Knihy

Články

 buněčné jádro.svg buněčného jádra
Nukleární membrána /
Nuclear lamina
  • Jaderné póry : Nukleoporiny ( NUP35
  • NUP37
  • NUP43
  • NUP50
  • NUP54
  • NUP62
  • NUP85
  • NUP88
  • NUP93
  • NUP98
  • NUP107
  • NUP133
  • NUP153
  • NUP155
  • 160 NUP
  • NUP188
  • NUP205
  • NUP210
  • NUP214 )
  • AAAS
jadérko
jiný
těla PML
SMC proteiny
Přechodné
jaderné proteiny