Resumo - Organização Interna do Núcleo e o Nucléolo

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Transcrição da Aula 14 – Organização interna do núcleo e o Nucléolo
Camilla Ribeiro de Oliveira
No início da mitose ocorrem várias alterações, uma delas é a desmontagem do envoltório nuclear. Portanto, no processo de mitose ocorrem dois processos básicos: a desestruturação do núcleo para a divisão celular e a remontagem do núcleo nas duas células filhas formadas.
Durante o desaparecimento do núcleo no início da mitose, três alterações imprescindíveis devem acontecer: 
I – Os cromossomos devem se condensar, sendo esta condensação bastante compacta. O principal motivo para a condensação dos cromossomos é para que durante o processo de migração para os polos celulares ocorra uma menor chance de quebra ou lesão destes cromossomos. Então, quanto maior o processo de condensação cromossômica, menor a probabilidade de ocorrer uma lesão nesses cromossomos. 
II – É necessário também que ocorra o desaparecimento do nucléolo, ou seja, que a constituição do nucléolo deixe de ser íntegra. 
III – O envoltório nuclear precisa ser desfeito.
Isto significa que todos os componentes do interior do núcleo se misturam com os componentes do citoplasma. 
A grande maioria das células, principalmente as células eucariontes superiores, sofrem um processo de mitose em que a membrana nuclear é desfeita. Este processo chama-se mitose aberta.
Porém, em outros tipos de células, como em células eucariontes unicelulares, este processo mitótico pode acontecer sem o rompimento da membrana nuclear. Esta divisão é chamada de mitose fechada. 
Existe uma proteína que é imprescindível para que a membrana nuclear se desfaça. Esta proteína é chamada de proteína quinase Cdc2. Então, para que os três processos aconteçam (condensação cromossômica, desaparecimento da membrana nuclear e alteração do complexo de poros) é necessária a ação da proteína quinase Cdc2, proteína com capacidade de fosforilar outras proteínas.
Portanto, no início da mitose, especificamente no final da prófase, a membrana nuclear é desfeita, devido à ação da proteína quinase Cdc2, para facilitar a formação das duas células jovens.
Durante a mitose, uma das principais sequências de alterações nucleares consiste na dissolução do envelope nuclear. Para que ocorra esta dissolução, algumas etapas devem ser cumpridas:
I – despolimerização da lâmina nuclear. A lâmina nuclear é formada por proteínas fibrosas chamadas laminas. Ademais, as laminas ligam-se entre si formando dímeros de laminas e estes se associam para formar filamentos laminares. Consequentemente, há a formação da lâmina nuclear.
II – formação de vesículas laminares. Quando a proteína quinase Cdc2 fosforila os diversos tipos de laminas existentes no núcleo, ocorre a desfragmentação da lâmina nuclear e, por conseguinte, tem-se a formação de diversas vesículas laminares.
III – dissociação do complexo de poros. Durante a mitose, além da despolimerização da lâmina nuclear, ocorre a dissociação dos complexos de poros devido à função da proteína Cdc2. Assim, os complexos de poros também sofrem fosforilação pela proteína quinase Cdc2 e, consequentemente, se dissociam, facilitando a desfragmentação da membrana nuclear.
De maneira geral, as duas membranas nucleares, membrana interna e membrana externa, são ligadas às laminas. Ademais, as laminas do tipo B ficam sempre ligadas à membrana interna do núcleo, pois estas laminas sofrem um processo de isoprenilação, ou seja, adição de certos lipídios, que favorece a sua ligação ao receptor P58. 
Outras laminas que podem ocorrer em células eucariontes são as laminas do tipo A ou as do tipo C, estas laminas não se ligam diretamente à membrana celular, mas sim a outras laminas. 
Quando acontece a fosforilação destas laminas do tipo A e C, ocorre uma despolimerização, fazendo com que estas laminas se soltem da membrana nuclear e, consequentemente, permanecem ligadas as laminas do tipo B. 
A ligação das laminas do tipo B favorecem a formação das vesículas nucleares. A formação das vesículas é importante para que, no processo de reformulação nuclear no final da mitose, estas vesículas se reassociem para formar um núcleo novo.
A outra alteração importante na mitose é a condensação dos cromossomos. A condensação que ocorre no início da mitose é brusca, portanto, estes cromossomos se tornam altamente compactados. Além disso, esta condensação é importante porque promove a parada da síntese de qualquer tipo de RNA. Então, enquanto os cromossomos estão na sua forma altamente compactada no início da mitose, a síntese de RNA é cessada.
A cromatina é formada pelos nucleossomos, que são fitas de DNA envolvidas nas histonas. A fosforilação das histonas é imprescindível para a compactação da cromatina. A cromatina só se compacta por causa da ação da Cdc2 em dois tipos de histonas: a histona do tipo H1 e a histona do tipo H3, principalmente a fosforilação da histona do tipo H3. Se não ocorrer a fosforilação da histona do tipo H3, não há a compactação da cromatina e, assim, o processo de divisão pode ser prejudicado.
Na cromatina existe um complexo chamado de complexo condensina. Este complexo condensina é formado por dois tipos de unidades: duas subunidades estruturais e três subunidades regulatórias. 
As três subunidades regulatórias sofrem um processo de fosforilação para facilitarem a compactação dos cromossomos. Portanto, apenas as subunidades regulatórias sofrem o processo de fosforilação pela Cdc2.
No final da mitose, após a formação das duas células filhas, o núcleo precisa ser reformado. O núcleo desfeito, as proteínas que saíram do núcleo e se misturaram com as proteínas citoplasmáticas, ou seja, todo aquele núcleo precisa ser refeito nas células filhas. Essa reformulação do núcleo envolve a inativação da Cdc2. Enquanto a proteína quinase Cdc2 estiver ativa, não ocorre reformação de núcleo. 
A Cdc2 é degradada através da proteólise mediada por ubiquitina ou complexo de ubiquitina. Assim, ao final da mitose, especificamente na telófase, ocorre a ativação da proteólise da ubiquitina. Este complexo é responsável por degradar uma subunidade regulatória da Cdc2 chamada de ciclina B. Ademais, esta subunidade regulatória chamada ciclina B é importante para a formação da Cdc2 e enquanto ela estiver em funcionamento ocorre a ativação da Cdc2. Portanto, para que haja a perda da atividade da Cdc2, é necessária a proteólise pela ubiquitina da ciclina B. Nesta célula terá uma predisposição para a atividade de proteínas do tipo fosfatase. Consequentemente, estas fosfatases terão a capacidade de removerem os grupos fosfatos que foram inseridos naquelas laminas do tipo A e do tipo C. Enquanto a Cdc2 estiver em atividade significa que a subunidade regulatória ciclina B está em funcionamento. A medida que a ciclina B sofre degradação pelo processo de proteólise por ubiquitinação, ocorre a remoção da função de quinase da Cdc2 e predominância da função fosfatase. A função da fosfatase é remover os grupamentos fosfatos de proteínas que foram fosforiladas e ao remover esses grupamentos, aquela lâmina nuclear que foi desfeita é reformulada, porque as vesículas sofrem um processo de fusão. Sendo assim, as vesículas que foram geradas pelo processo de fosforilação se fusionam para formar uma membrana única. 
Para ocorrer a compactação das cromatinas é necessária a atividade da Cdc2 para fosforilar as histonas H1 e H3. Se ocorre a diminuição da Cdc2, há a redução da fosforilação da H1 e H3 e, consequentemente, diminui a compactação dos cromossomos.
Quando as laminas perdem o grupo fosfato, as vesículas começam a se ligar na superfície dos cromossomos. Estes cromossomos não estarão compactados porque houve a diminuição da Cdc2. Inicialmente estas ligações irão ocorrer em cromossomos individuais. Então, cada cromossomo irá receber uma diversidade de vesículas e estas vesículas se fusionarão para formar uma espécie de mini núcleo em volta de um cromossomo só. Futuramente, estas vesículas irão se unir para formar um núcleo apenas. 
Além de tudo isso, ocorre a reformulação do complexo deporos. O complexo de poros também foi desestruturado pela ação da Cdc2 e como ele não estará mais sofrendo a ação da Cdc2, ocorrerá a união do complexo de poros na membrana nuclear e, por conseguinte, a reformulação de um novo núcleo.
As proteínas que foram dispersas no citoplasma depois que a membrana nuclear foi desfeita são colocadas de volta ao núcleo devido ao sinal de localização nuclear (SLN).
O núcleo possui domínios específicos ou sítios específicos para determinadas funções. Dessa forma, o núcleo possui domínios específicos para acontecer o processo de replicação nuclear, domínios específicos para ocorrer o processo de splicing ou o processo de processamento de RNA ribossômico. 
A cromatina presente no núcleo existe em dois tipos: a eucromatina e a heterocromatina.
A eucromatina é um pouco mais solta, menos condensada (mais clara). A eucromatina é geneticamente ativa. Dessa maneira, é na eucromatina que acontecem os processos transcrição, os processos nucleares.
Já a heterocromatina é mais condensada e pode ser subdividida em heterocromatina constitutiva e heterocromatina facultativa.
A heterocromatina constitutiva é aquela que nunca tem atividade, sendo sempre inativas no núcleo. Um exemplo de lugar que possui heterocromatina inativa são sequências satélites presentes nos centrômeros.
A heterocromatina facultativa é aquela que pode ter atividade em uma determinada célula e pode não ter atividade em outra determinada célula, dependendo, assim, do tipo celular. 
Domínios celulares são regiões específicas para exercem determinadas funções. No núcleo existem diferentes domínios nucleares. Dois dos principais domínios nucleares são:
I – Domínios chamados fábricas de replicação que são locais específicos para a replicação do DNA.
Para a descoberta destes domínios celulares foi feito um experimento usando um anticorpo fluorescente contra um análogo da timidina chamado bromodeoxiuridina. A partir deste experimento, descobriu-se que existem locais específicos no núcleo que possuíam uma quantidade maior dessa bromodeoxiuridina. Ou seja, um possível local onde tinha uma maior ocorrência de replicação de DNA. Da mesma forma que existem regiões específicas do núcleo onde ocorre o processo de splicing. Foi utilizado anticorpos contra componentes responsáveis pelo splicing para a descoberta destes locais.
II – Domínios responsáveis pelo splicing.
Outros domínios como:
III – Domínios chamados Corpos de Cajal que são regiões no núcleo ricas em fibrilinas. Este local também é responsável pela replicação de DNA e também é capaz de produzir splicing de determinados componentes.
IV – Domínios de PML que são regiões no núcleo responsáveis por regular o processo de transcrição.
Sendo assim, no núcleo existem regiões que possuem determinadas funções nucleares. 
Sem dúvida alguma, um dos principais domínios nucleares é chamado de nucléolo. 
A função do nucléolo é a síntese de ribossomos. É no nucléolo que ocorre a síntese de RNA ribossômico e acontece o processamento do RNA ribossômico e a montagem dos ribossomos. Portanto, o nucléolo possui uma função principal: sintetizar RNA ribossômico, processar RNA ribossômico e montar os ribossomos devido às sínteses das subunidades ribossomais. 
Nos eucariontes, os ribossomos são formados por duas subunidades: uma subunidade menor chamada de 40S e uma subunidade maior chamada 60S. Então, é preciso sintetizar o RNA ribossômico das duas subunidades para que fora do núcleo aconteça a função do ribossomo.
O tamanho do nucléolo em um núcleo depende da capacidade daquela célula em produzir proteínas. Quanto maior a capacidade proteica daquela célula, maior é o tamanho do nucléolo. Por exemplo: células tumorais e células que estão no processo de secreção para liberar determinadas proteínas são células que possuem o nucléolo grande.
O nucléolo é uma estrutura nuclear que não é delimitada por uma membrana, porém possui uma função específica no núcleo. Ele está localizado no núcleo em uma região onde existem genes responsáveis pela síntese de RNA ribossômico, esta região é chamada de região organizadora de nucléolo.
Quando acontece o processo de transcrição, há a formação de um pré RNAr. O pré RNAr é também chamado de transcrito primário e é onde acontece a transcrição do RNA ribossômico 18S, a transcrição do RNA ribossômico 5,8S e a transcrição do RNA ribossômico 28S.
Nos eucariontes, existem quatro tipos de RNAs ribossômicos principais para a formação ribossômica: o 18S, o 5,8S, o 28S e o 5S.
Então, este transcrito primário não possui o RNA ribossômico 5S, pois O RNA ribossômico 5S é formado por outra RNA polimerase fora do nucléolo. Sendo assim, o RNA polimerase responsável pela formação deste transcrito primário é a RNA polimerase 1.
Os transcritos primários, além de ter esses RNAS ribossômicos, possuem regiões transcritas sem função ribossômica. Ou seja, regiões que foram transcritas, mas não são RNA, regiões que estão ali para compor o pré RNAr ou transcrito primário. Este transcrito primário é também chamado de transcrito 45S.
As sequências transcritas não possuem nenhuma função de RNA. O transcrito primário possui, além dos RNAs ribossômicos, duas regiões transcritas externas, que são as extremidades, e duas regiões transcritas internas. Dessa maneira, quando acontece o processo de transcrição pela RNA polimerase 1, ocorre primeiro a formação do transcrito primário ou pré RNAr ou transcrito 45S.
Para formação do ribossomo é necessário duas subunidades. A subunidade pequena, chamada de 40S, é formada pelo RNA ribossômico 18S. Sendo assim, essa subunidade pequena é formada por apenas um RNA ribossômico, o 18S. Já a subunidade grande é formada pelo RNA ribossômico 28S, 5,8S e 5S. Ou seja, algo acontecerá com o RNA pré primário para ele soltar o 18S.
Enquanto o pré RNA ribossômico está sendo formado, proteínas nucleares que irão fazer parte desse ribossomo estão sendo sintetizadas no citoplasma. Estas proteínas precisam entrar no nucléolo e se associar com esse pré RNA ribossômico. Entretanto, esse pré RNA ribossômico sofrerá diversas ações de várias enzimas para que ocorra a clivagem das sequências transcritas externas. O transcrito primário possuía 45S, contudo, quando ocorre a retirada destas sequências transcritas externas, ele se transforma em 41S. No meio ainda existem duas sequências transcritas que estão unindo os outros RNAs ribossômicos. Após todo esse processo, a sequência 41S continuará sofrendo ação de outras enzimas, ou seja, as sequências transcritas internas serão retiradas até que sobre o RNA ribossômico 18S separado do RNA ribossômico 5..8 S e do RNA ribossômico 28S.
Enquanto isso, o RNA ribossômico 5S precisa ser sintetizado para ser adicionado nessa subunidade. Isto é importante porque o RNA ribossômico 5S não faz parte do transcrito primário. Ele é sintetizado por outra RNA polimerase chamada de RNA polimerase 3. 
Então, a RNA polimerase 3 sintetiza o RNA ribossômico 5S, ele entra no nucléolo para formar a chamada subunidade grande do ribossomo.
Estas subunidades, tanto a subunidade pequena quanto a subunidade grande, são formadas no interior do núcleo. Estas subunidades só irão se juntar para formar o ribossomo no citoplasma. Quando ocorre a ativação do processo de tradução, há a ativação ou a união dessas subunidades para formar o ribossomo.
Os ribossomos em eucariontes e em procariontes possuem tamanhos diferentes. Por isso, existem antibióticos, utilizados para o tratamento de infecções bacterianas, que são fármacos que integram a síntese de proteínas. Existem antibióticos que possuem como mecanismo de ação a inibição de síntese de proteína da bactéria. Por isso é importante a diferença de tamanho de ribossomos em eucariontes e procariontes, para que possa ocorrer a inibição da produção de proteínas de bactérias sem alterar a produção de proteínas no paciente.