Я́дерные тельца́ () — субкомпартменты внутри ядра, не окружённые мембранами — С. 410., но представляющие собой отдельные, морфологически различимые комплексы белков и РНК. К числу ядерных телец относят ядрышко, тельце Кахаля и другие немембранные структуры. В основе биогенеза ядерных телец лежат одни и те же общие принципы, такие как способность к формированию (с нуля), самоорганизация, а также роль РНК как структурного элемента. Контроль биогенеза ядерных телец необходим для правильного изменения архитектуры ядра в ходе клеточного цикла и лежит в основе ответа клетки на внутри- и внеклеточные стимулы. Многие ядерные тельца осуществляют специфические функции — например, синтез и процессинг пре-рибосомных РНК в ядрышке, накопление и сборку компонентов сплайсосом в ядерных спеклах или накопление молекул РНК в параспеклах. Механизмы, которые обеспечивают выполнение ядерными тельцами этих функций, очень разнообразны. В некоторых случаях ядерное тельце может служить местом протекания определённых процессов, например, транскрипции. В других случаях ядерные тельца, по-видимому, опосредованно регулируют локальные концентрации своих компонентов в нуклеоплазме. Хотя большинство ядерных телец имеет сферическую форму, большинство из них можно идентифицировать по уникальной морфологии, которая выявляется при помощи электронной микроскопии, и по расположению в ядре. Подобно цитоплазматическим органеллам, ядерные тельца содержат специфический набор белков, которые определяют их структуру на молекулярном уровне.
Физические свойства Многие ядерные тельца ведут себя подобно капле . Например, в ооцитах лягушки Xenopus ядрышки имеют почти идеально сферическую форму. Когда два ядрышка встречаются, они сливаются друг с другом, образуя ядрышко большего размера. Подобное слияние описано для телец Кахаля, телец гистоновых локусов, ядерных спеклов и других телец. Однако некоторые ядерные тельца, например, ядрышко, состоят из нескольких структурных компонентов, о чём свидетельствуют данные электронной микроскопии. На первый взгляд, это противоречит представлению о ядерных тельцах как о каплях вязкой жидкости. В ооцитах Xenopus и гранулярный компонент, и плотный фибриллярный компонент ядрышек могут подвергаться слиянию и обмениваться белками, но гранулярный компонент делает это быстрее. Ключевые белки гранулярного и плотного фибриллярного компонентов — нуклеофозмин и фибрилларин соответственно — в очищенном виде могут формировать капли в присутствии РНК, однако капли нуклеофозмина сливаются и обмениваются белками быстрее, чем белки фибрилларина. Физически капли нуклеофозмина представляют собой вязкую жидкость, а капли фибрилларина вязкоупруги, что и объясняет их замедленную динамику. Когда очищенные нуклеофозмин и фибрилларин объединяют в одну каплю, они образуют несмешивающиеся фазы, похожие на ядрышки: маленькие капельки фибрилларина находятся внутри более крупных капель нуклеофозмина. Несмешиваемость фаз обеспечивается разностью в поверхностном натяжении, так как капли фибрилларина в водном растворе более гидрофобны, чем капли нуклеофозмина. Возможно, похожим образом объясняется неспособность разных ядерных телец сливаться друг с другом. Например, ядрышки и тельца Кахаля нередко находятся в близком контакте, но никогда не сливаются, возможно, из-за высокого межфазного энергетического барьера.
Динамика Общим свойством всех ядерных телец является их структурная стабильность. Отдельные ядерные тельца различимы на протяжении интерфазы — от начала G1-фазы до выхода из G2-фазы. В течение интерфазы ядерные тельца подвергаются динамическим перемещениям внутри ядра, причём чем крупнее тельце, тем меньше оно перемещается. Крупные тельца, такие как ядрышки и спеклы, достигающие в диаметре, практически неподвижны и способны лишь к ограниченному локальному движению. Более мелкие тельца, такие как тельца Кахаля и PML-тельца, имеющие размер от до , интенсивно перемещаются по ядру и претерпевают частые слияния и разделения.
Несмотря на общую структурную стабильность, ядерные тельца характеризуются значительной внутренней динамичностью. Основным компонентом ядерных телец являются особые белки, которые присутствуют и в нуклеоплазме, хотя в существенно меньшей концентрации. Эксперименты по фотообесцвечиванию показали, что ядерные тельца интенсивно обмениваются с нуклеоплазмой своими основными компонентами. В течение нескольких минут молекулярный состав ядерных телец полностью обменивается на прежде нуклеоплазматические молекулы.
Из-за отсутствия окружающих мембран форма и размер ядерных телец определяются суммой взаимодействий молекул, входящих в их состав. Среди таких взаимодействий не выявлено ковалентных, поэтому молекулы внутри телец взаимодействуют друг с другом посредством нековалентных слабых связей. Ключевым определяющим фактором является баланс приходящих и уходящих молекул: при увеличении потока приходящих молекул размер тельца увеличивается, а его снижение или увеличение потока уходящих молекул приводят к уменьшению тельца. Молекулярные механизмы, определяющие такой баланс, плохо изучены, однако в их число входят посттрансляционные модификации белков, входящих в состав ядерных телец. Контроль количества ядерных телец также плохо понятен. Даже количество ядрышек, которые формируются только вокруг фиксированного числа участков хромосом — ядрышковых организаторов, варьирует между разными тканями и типами клеток. Известно, что количество телец Кахаля регулируется маркерным белком коилином: если несколько ключевых сайтов фосфорилирования этого белка мутируют, количество телец Кахаля сокращается. Более того, размер и количество ядерных телец зависят от физиологических условий. Так, число ядрышек увеличено в активно пролиферирующих клетках. В лимфоцитах, которые активно синтезируют белки и потому нуждаются в больших количествах рРНК, ядрышки увеличиваются в размерах. Количество PML-телец положительно связано со стрессовыми условиями.
Крупные ядерные тельца, как правило, в значительной степени неподвижны, хотя и способны к небольшим перемещениям и слиянию друг с другом. Как показали эксперименты с экспериментально индуцированными интерфазными проядрышками, ведущую роль в ограничении подвижности ядерных телец играет гетерохроматин. Движение проядрышек было независимо от актина, а их слияния происходили при случайных столкновениях. При этом каждое тельце занимало отдельный компартмент, ограниченный гетерохроматином. Искусственная сверхконденсация хроматина привела к значительному снижению частоты слияния телец и, следовательно, ограничила их подвижность. Подвижность ядерных телец имеет и функциональное значение, оказывая влияние на различные аспекты функционирования генома.
Формирование По способу формирования ядерные тельца можно разделить на два класса: зависящие от активности и не зависящие от активности. К первому классу относятся тельца, которые формируются в местах протекания определённых ядерных процессов, таких как транскрипция, и их морфология строго зависит от интенсивности процесса. К числу таких телец относится ядрышко, которое формируется на транскрибирующихся кластерах генов рРНК (ядрышковых организаторах). При подавлении транскрипции рДНК ядрышко подвергается быстрой структурной реорганизации, а доставка в ядро дополнительных генов рРНК на плазмидах приводит к появлению дополнительных ядрышек. Тельца гистоновых локусов формируются вокруг генов гистонов при активации транскрипции этих генов в начале репликации ДНК в ходе S-фазы. К этому же классу относятся стрессовые ядерные тельца и ядерные спеклы. Ко второму классу относят тельца, для формирования которых нет нужды в каком-то ядерном процессе. Такие ядерные тельца образуются в нуклеоплазме и впоследствии могут ассоциироваться с каким-то конкретным местом в ядре. Таковы тельца Кахаля и PML-тельца. Иногда они располагаются в определённых местах ядра и даже связаны со специфическими локусами, однако формируются в нуклеоплазме и приобретают такую связь позже. Например, при активации генов малых ядерных РНК они подвергаются направленному, актин-зависимому перемещению к ранее сформированным тельцам Кахаля.
Формирование ядерного тельца начинается с события нуклеации. В ходе нуклеации ключевые компоненты тельца утрачивают подвижность, группируются вместе и привлекают другие «строительные блоки». У телец, зависящих от активности, нуклеацию запускают процессы, необходимые для формирования телец. В случае ядрышка нуклеация происходит при накоплении ядрышковых белков на рДНК и пре-рРНК, а в случае телец гистоновых локусов — при скоплении факторов процессинга 3'-конца гистоновых пре-мРНК. У телец, не зависящих от активности, нуклеаторами, вероятно, служат структурные белки или РНК, однако к настоящему моменту подобные нуклеаторы не были идентифицированы.
Некоторые ядерные тельца могут формироваться de novo (с нуля) в физиологических или экспериментальных условиях. Например, возможно формирование ядрышек de novo при введении в клетки минигенов рРНК в составе плазмид. Подобное явление описано для оогенеза у лягушки Xenopus, в ооцитах которой при этом процессе происходят амплификация тысяч внехромосомных генов рРНК и попутное формирование множества маленьких ядрышек. Ядерные спеклы тоже могут формироваться de novo при активации процессов транскрипции в клетке после глобального подавления. При вирусных инфекциях происходит быстрое формирование PML-телец: ключевые белки PML-телец окружают вирусный геном с образованием полноценного тельца. Эта реакция, по-видимому, служит реакцией врождённого иммунитета, направленной против вирусов. Однако наиболее отчётливо формирование de novo показано для телец Кахаля. Если в клетках, в норме не имеющих телец Кахаля, временно вызвать сверхэкспрессию компонентов этих телец, то тельца Кахаля действительно будут формироваться. Кроме того, если искусственно иммобилизировать на хроматине в случайных локусах компоненты телец Кахаля, то они будут формироваться в этих местах.
В состав многих ядерных телец входят молекулы РНК, которые нередко играют важную роль в сборке этих телец. РНК может участвовать в биогенезе ядерных телец двумя способами. Во-первых, РНК могут служить шаблонами для сборки телец, например, в случае большинства телец, зависящих от активности, которые формируются вокруг сайтов с активной транскрипцией. Такие РНК привлекают входящие в состав ядерных телец , запуская формирование телец. Во-вторых, РНК может выступать архитектурным элементом в ядерных тельцах. Например, для формирования параспеклов необходима (также известная как MEN-ε/β) — длинная стабильная полиаденилированная молекула РНК, локализованная в ядре. Нокдаун этой РНК при помощи РНК-интерференции приводит к разрушению параспеклов. Кроме того, параспеклы не выявляются в ядрах человеческих эмбриональных стволовых клеток, которые не экспрессируют NEAT1.
Теоретически возможны два основных механизма сборки ядерных телец: сборка может включать ряд последовательных жёстко контролируемых шагов; сборка может происходить в результате случайных взаимодействий компонентов ядерных телец без чёткого порядка. Описанный выше эксперимент по сборке телец Кахаля в местах иммобилизации на хроматине ключевых компонентов этих телец свидетельствует в пользу последнего пути. Однако вопрос о том, что происходит при сборке телец, зависящих от активности, остаётся открытым.