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Der Nucleolus (Kernkörperchen) ist eine Struktur innerhalb des Zellkerns, die eine zentrale Rolle in der Biologie der Zelle spielt. Obwohl er im Vergleich zu anderen zellulären Organellen klein und unscheinbar erscheint, ist der Nucleolus für die Produktion von Ribosomen, den „Proteinfabriken“ der Zelle, unerlässlich. Diese Aufgabe macht ihn zu einem entscheidenden Akteur für das Wachstum, die Entwicklung und das Überleben jeder Zelle. In diesem Artikel wird die Struktur, Funktion und Bedeutung des Nucleolus genauer beschrieben und dabei auch seine Rolle in der Zellbiologie untersucht.
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Nucleolus – Definition
Der Nucleolus, auch Kernkörperchen genannt, ist eine spezialisierte Struktur innerhalb des Zellkerns, die an der Synthese von Ribosomen beteiligt ist. Er ist eine zentrale Struktur für die Herstellung der molekularen Maschinen, die für die Proteinsynthese in der Zelle verantwortlich sind.
Nucleolus – Aufbau
Er ist im Gegensatz zum Zellkern (Nucleus) nicht von einer Membran umgeben und besteht hauptsächlich aus RNA sowie Proteinen. Pro Zellkern können ein oder mehrere Kernkörperchen vorhanden sein und können dabei sogar ein Viertel des Kerns einnehmen, sodass sie meistens lichtmikroskopisch sichtbar sind.
Nucleolus – Funktion
Im Nucleolus werden ribosomale RNA (rRNA) synthetisiert und mit ribosomalen Proteinen kombiniert, um die Untereinheiten der Ribosomen zu bilden, die später in das Zytoplasma exportiert werden, wo sie an der Proteinbiosynthese beteiligt sind.
In der Pars fibrosa der Kernkörperchen wird die ribosomale RNA transkribiert und in der Pars granulosa werden die ribosomalen Untereinheiten zusammengebaut. Zusätzlich wird das für viele Stoffwechselwege benötigte NAD+ (Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid) dort hergestellt.
Cajal bodies
Der spanische Mediziner Santiago Ramon y Cajal entdeckte 1903 eine Art Kernkörperchen mit sehr kleinem Durchmesser: Die Cajal bodies. Sie sind über die Evolution hinweg relativ unverändert geblieben und womöglich an der Zusammensetzung und Reifung der Ribosomenkomplexe beteiligt. Außerdem scheinen sie als eine Art Speicher für Proteine des Spleißvorgangs zu dienen. Dabei sind sie allerdings vermutlich nicht an den Vorgängen des Spleißens von RNA beteiligt.
Die fertig gereiften Ribosomen sind dann im Zytosol oder als Teil des rauen endoplasmatischen Retikulums die zentralen Akteure der Proteinbiosynthese und damit essenziell für den Wachstum und viele verschiedene Stoffwechselvorgänge der Zelle.
Nucleolus – Klinik
Die meisten Krebszellen weisen eine erhöhte Aktivität sowie Anzahl an Kernkörperchen auf. Das liegt an dem Bedürfnis einer jeden Tumorzelle schnell zu wachsen, wofür auch eine hohe Aktivität der Proteinbiosynthese erforderlich wird. Diese Erkenntnis stellt einen wichtigen Angriffspunkt in der Therapie von solch besonders schnell wachsenden Tumorzellen dar.
Eine neuer entdeckte Funktion des Nucleolus ist das messen von zellulärem Stress, der unter anderem auch durch reaktive Sauerstoffspezies (ROS) ausgelöst werden kann. Er löst bei zu hohem zellulärem Stress Mechanismen aus, die einer Tumorgenese entgegenwirken können und kann wahrscheinlich auch die Zelle in ihren programmierten Zelltod schicken. Allerdings können Fehler in dieser regulatorischen Funktion unter anderem auch zu neurodegenerativen Erkrankungen negativ beitragen.
Häufige Fragen
- Was ist der Nucleolus und welche Funktion hat er?
- Wie viele Nucleoli kann eine Zelle haben?
- Was passiert mit dem Nucleolus während der Zellteilung?
- Welche Krankheiten sind mit Anomalien im Nucleolus verbunden?
Der Nucleolus ist eine strukturierte Region im Zellkern, die hauptsächlich für die Synthese von Ribosomen verantwortlich ist. Er besteht aus RNA und Proteinen und ist nicht von einer Membran umgeben. Im Nucleolus werden ribosomale RNA (rRNA) hergestellt und mit Proteinen kombiniert, um die Untereinheiten der Ribosomen zu bilden. Diese Ribosomen sind essenziell für die Proteinproduktion in der Zelle, was den Nucleolus zu einem zentralen Element der zellulären Funktion macht.
Die Anzahl der Nucleoli in einer Zelle kann variieren. Normalerweise haben Zellen ein bis mehrere Nucleoli, wobei die Anzahl von der Zellart und dem funktionalen Zustand der Zelle abhängt. In Zellen, die aktiv viele Proteine synthetisieren können mehrere Nucleoli vorhanden sein, da ein höherer Bedarf an Ribosomen besteht.
Während der Zellteilung, insbesondere während der Mitose, verschwindet der Nucleolus vorübergehend. Dies geschieht in der Prophase, wenn die Chromosomen sich verdichten und der Zellkern sich auflöst. Der Nucleolus löst sich auf, weil die ribosomale RNA (rRNA) Synthese gestoppt wird und die Nucleolus-Komponenten sich in das Zytoplasma verteilen. Nach der Zellteilung, in der Telophase, wenn sich die neuen Zellkerne in den Tochterzellen bilden, setzt sich der Nucleolus wieder zusammen und nimmt seine Funktionen wieder auf.
Anomalien im Nucleolus sind mit verschiedenen Krankheiten verbunden, insbesondere mit Krebs und neurodegenerativen Erkrankungen wie der Amyotrophen Lateralsklerose (ALS) und Parkinson. Im Falle von Krebs führt eine erhöhte Nucleolus-Aktivität zu unkontrolliertem Zellwachstum. Bei neurodegenerativen Erkrankungen kann eine gestörte Nucleolus-Funktion zu fehlerhafter Proteinproduktion und Nervenzellschäden führen. Zudem sind sogenannte Ribosomopathien, bei denen die Ribosomenproduktion beeinträchtigt ist, häufig auf Nucleolus-Anomalien zurückzuführen.
- Löffler/Petrides: Biochemie und Pathobiochemie, Springer (Berlin, 10. Auflage)
- Carotenuto P, Pecoraro A, Palma G, Russo G, Russo A. Therapeutic Approaches Targeting Nucleolus in Cancer. Cells. 2019 Sep 16;8(9):1090. doi: 10.3390/cells8091090. PMID: 31527430; PMCID: PMC6770360.
- Nucleolar activity in neurodegenerative diseases: a missing piece of the puzzle?, https://link.springer.com/... (Abrufdatum:22.08.2024)
