核小体

細胞生物学
動物細胞図
典型的な動物細胞の構成要素: 核小体 核 リボソーム（5 つのうちの 1 つの点） 小胞 粗面小胞体 ゴルジ体（またはゴルジ体） 細胞骨格 滑面小胞体 ミトコンドリア 液胞 細胞質（細胞小器官を含む液体。細胞質を構成する） リソソーム 中心体 細胞膜

核小体（/ nj uː ˈ k l iː ə l ə s 、 ˌ nj uː k l i ˈ oʊ l ə s /、 複数形：nucleoli /- l aɪ / ）は、真核細胞の核内で最も大きな構造である。^[1]リボソーム生成の場所として最もよく知られている。核小体はシグナル認識粒子の形成にも関与し、細胞のストレスへの反応において役割を果たす。^{[2]核小体は}タンパク質、DNA、RNAで構成され、核小体形成領域と呼ばれる特定の染色体領域の周囲に形成される。ゴルジ体の機能不全は、核小体が「核小体症」と呼ばれるいくつかのヒトの症状の原因であることを意味するため^{[3] [4] 、核小体は}癌化学療法のターゲットとして研究されている。^{[5] [6]}

核小体は1830年代に明視野顕微鏡で確認された。 ^[7] テオドール・シュワンは1939年の論文で、シュライデンが核内に小さな小体を発見したと述べ、その構造を「核小体」と名付けた。1947年に英訳されたこの論文では、その構造は「核小体」と名付けられている。^{[8] [9]}

ブラウンとマイエンがすでに明らかにしていた細胞芽細胞のこれらの特性に加えて、シュライデンは細胞芽細胞の内部に小さな小体を発見しました (図 I、図 1、4 を参照)。これは、完全に発達した細胞芽細胞では厚いリング、または厚い壁の中空の球のように見えます。しかし、細胞芽細胞によって外観が異なります。時には、このリングの外側のはっきりとした円だけが識別され、中央に暗い点があります。時には、そして実際には最も頻繁に、はっきりとした境界のある点だけが識別されます。他の例では、この点は非常に小さく、まったく認識できないこともあります。この物体については、次の論文で頻繁に説明する必要があるため、簡潔にするために、これを「核小体」(Kernkorperchen、「核小体」) と名付けます。

— テオドール・シュワン、ヘンリー・スミス訳『動物と植物の構造と成長の一致に関する顕微鏡的研究』3ページ

核小体の機能については、1964年までほとんど知られていなかったが、ジョン・ガードンとドナルド・ブラウンがアフリカツメガエル（Xenopus laevis）の核小体に関する研究^[10]を行ったことで、核小体の機能と詳細な構造に対する関心が高まった。彼らは、カエルの卵の25%には核小体が存在せず、そのような卵は生命を維持できないことを発見した。卵の半分には核小体が1つあり、25%には核小体が2つあった。彼らは、核小体は生命維持に必要な機能を持っていると結論付けた。1966年、マックス・L・バーンスティールと共同研究者は、核酸ハイブリダイゼーション実験により、核小体内のDNAがリボソームRNAをコードしていることを示した。^{[11] [12]}

核小体の3つの主要成分は、原繊維中心（FC）、高密度原繊維成分（DFC）、および顆粒成分（GC）であることが知られています。^[1] rDNAの転写はFCで行われます。^[13] DFCには、rRNAの処理に重要なタンパク質フィブリラリンが含まれています。 ^[ 13] GCには、リボソームの生合成にも関与するタンパク質ヌクレオフォスミンが含まれています。[ 13 ] ^（外部画像のB23）。

しかし、この特定の組織は高等真核生物にのみ見られ、無羊膜類から有羊膜類への移行とともに二部構成から進化したという説もある。DNA遺伝子間領域の大幅な増加を反映して、元々の原繊維成分はFCとDFCに分離したと考えられる。^[14]

多くの核小体（特に植物）内に確認されているもう一つの構造は、核小体液胞と呼ばれる構造の中央にある透明な領域です。^[15] さまざまな植物種の核小体は、ヒトや動物細胞の核小体とは対照的に、非常に高濃度の鉄を含んでいることが示されています。 ^[16]

核小体の超微細構造は電子顕微鏡で観察することができ、組織と動態は蛍光タンパク質タグ付けと光退色後の蛍光回復（FRAP）によって研究することができる。PAF49タンパク質に対する抗体は、免疫蛍光実験における核小体のマーカーとしても使用できる。^[17]

通常、核小体は1つか2つしか見られませんが、二倍体ヒト細胞には10個の核小体形成領域（NOR）があり、より多くの核小体を持つこともあります。ほとんどの場合、各核小体には複数のNORが関与しています。^[18]

リボソームの生合成では、3つの真核生物RNAポリメラーゼのうち2つ（Pol IとPol III）が必要であり、これらは協調して機能します。最初の段階では、rRNA遺伝子は核小体内でRNAポリメラーゼIによって1つのユニットとして転写されます。この転写が起こるためには、いくつかのpol I関連因子とDNA特異的転写因子が必要です。酵母では、最も重要なのはUAF（上流活性化因子）、TBP（TATAボックス結合タンパク質）、およびコア結合因子（CBF）であり、これらはプロモーター要素に結合して前開始複合体（PIC）を形成し、これがRNAポリメラーゼによって認識されます。ヒトでは、同様のPICがSL1、プロモーター選択因子（TBPとTBP関連因子、またはTAFで構成）、転写開始因子、およびUBF（上流結合因子）によって組み立てられます。 RNAポリメラーゼIはほとんどのrRNA転写産物（28S、18S、5.8S）を転写しますが、5S rRNAサブユニット（60Sリボソームサブユニットの構成要素）はRNAポリメラーゼIIIによって転写されます。^[19]

rRNA の転写により長い前駆体分子 ( 45S pre-rRNA ) が生成されますが、これにはまだ内部転写スペーサー(ITS) と外部転写スペーサー(ETS) が含まれています。18S RNA、5.8S、および 28S RNA 分子を生成するには、さらに処理が必要です。真核生物では、RNA 修飾酵素は、これらの特定の配列に結合するガイド RNA との相互作用によってそれぞれの認識部位に運ばれます。これらのガイド RNA は、タンパク質と複合して小型核小体リボ核タンパク質( snoRNP ) として存在する小型核小体 RNA ( snoRNA ) のクラスに属します。rRNA サブユニットが処理されると、より大きなリボソーム サブユニットに組み立てられる準備が整います。ただし、追加の rRNA 分子である 5S rRNA も必要です。酵母では、5S rDNA 配列は遺伝子間スペーサーに局在し、RNA ポリメラーゼによって核小体で転写されます。

高等真核生物および植物では、状況はより複雑です。5S DNA 配列は NOR の外側にあり、核質で RNA Pol III によって転写された後、核小体に入り、リボソームの組み立てに参加します。この組み立てには、rRNA だけでなく、リボソームタンパク質も関与します。これらの r タンパク質をコードする遺伝子は、核質で Pol II によって「従来の」タンパク質合成経路 (転写、プレ mRNA 処理、成熟 mRNA の核外輸送、および細胞質リボソームでの翻訳) によって転写されます。その後、成熟した r タンパク質は核に輸入され、最終的に核小体に輸入されます。rRNA と r タンパク質の結合と成熟により、完全なリボソームの 40S (小) および 60S (大) サブユニットが形成されます。これらは核膜孔複合体を通して細胞質に輸送され、そこで遊離したままになるか、小胞体と結合して粗面小胞体（RER）を形成する。 ^{[20] [21]}

ヒトの子宮内膜細胞では、核小体チャネルのネットワークが形成されることがある。このネットワークの起源と機能はまだ明確に特定されていない。^[22]

リボソーム生合成における役割に加えて、核小体はタンパク質を捕獲して固定することが知られており、このプロセスは核小体拘留として知られています。核小体に拘留されたタンパク質は拡散できず、結合相手と相互作用することができません。この翻訳後調節機構の標的には、 VHL、PML、MDM2、POLD1、RelA、HAND1、hTERTなど、他にも多数あります。現在では、核小体の遺伝子間領域に由来する長い非コードRNAがこの現象の原因であることがわかっています。^[23]

• 微分干渉コントラスト顕微鏡

ウィキメディア・コモンズには、細胞の核小体に関連するメディアがあります。

無料辞書『ウィクショナリー』で「核小体」を調べてください。

• uni-mainz.de の電子顕微鏡下の核小体 II
• 核タンパク質データベース – コンパートメントで検索
• 米国国立医学図書館の医学主題標目表(MeSH)の Cell+Nucleolus
• 組織学画像: 20104loa – ボストン大学の組織学学習システム