Celkern: verschil tussen versies

Verwijderde inhoud Toegevoegde inhoud

In de regel

Versie van 23 okt 2019 18:45

Dit artikel is in bewerking voor de Schrijfwedstrijd.
Wil je een grotere wijziging in dit artikel doorvoeren, dan is het misschien beter deze eerst op de overlegpagina voor te stellen. Voor uitleg hierover zie hier.

Celbiologie
De dierlijke cel

Componenten van een dierlijke cel: Nucleolus Celkern Ribosoom (blauwe puntjes) Vesikel Ruw endoplasmatisch reticulum Golgicomplex Cytoskelet Glad endoplasmatisch reticulum Mitochondrion Vacuole Cytosol Lysosoom Centrosoom Celmembraan
Portaal Biologie

De celkern of nucleus is een groot, membraan-omsloten organel dat voorkomt in de cellen van alle eukaryotische levensvormen. Bij eukaryoten (planten, dieren en schimmels) bevat de cel in veruit de meeste gevallen een enkele celkern. Sommige celtypen, zoals osteoclasten en bepaalde spiercellen, bevatten er meerdere. Bij enkele celtypen, zoals rode bloedcellen, is de celkern geheel afwezig.

In de celkern is het genetisch materiaal (DNA) van het organisme opgeslagen. Het DNA is in eukaryoten opgedeeld in een aantal lange moleculen die met speciale eiwitten gebundeld zijn tot chromosomen. Het genetisch materiaal regelt de productie van eiwitten die maken dat het hele organisme kan functioneren: structuur en stofwisseling van de cel worden rechtstreeks aangestuurd door informatie uit de celkern. Hierdoor wordt de celkern ook wel gezien als het cellulair 'controlecentrum'.

De celkern is een dynamisch organel dat gedurende de celcyclus vele functionele en structurele veranderingen ondergaat. Een kernmembraan, bestaande uit twee lipide dubbellagen, omgeeft de inhoud van de celkern, het kernplasma. Omdat het kernmembraan ondoordringbaar is voor grote moleculen, kan transport van dergelijke stoffen alleen plaatsvinden via kernporiën. Binnen de celkern komt het kernlamina voor: een vezelig netwerk dat nodig is voor rigiditeit en beweeglijkheid, vergelijkbaar met het cytoskelet. Stoornissen in de organisatie van de celkern zijn van grote invloed op de gezondheid, waardoor het organel ook vanuit medisch oogpunt veel is onderzocht.

Hoewel de celkern in het verleden veelal gezien werd als een structuurloos lichaampje, heeft de inhoud van de celkern een opvallend georganiseerde moleculaire architectuur. Onder elektronenmicroscopen zijn afzonderlijke gebieden van eiwitten, RNA-moleculen en delen van de chromosomen te onderscheiden in een welbepaalde samenhang.^[1] De bekendste van die gebieden, de nucleolus, is gespecialiseerd in het vormen van ribosomen.

Structuur

In dierlijke cellen is de celkern het grootste organel (celcompartiment), dat met behulp van een lichtmicroscoop over het algemeen duidelijk zichtbaar is. Bij zoogdieren bereikt de celkern meestal een grootte van ongeveer 6 micrometer (μm), wat overeenkomt met ongeveer 10% van het totale celvolume.^[2] De inhoud van de celkern wordt het kernplasma genoemd en is te vergelijken met het cytoplasma van de gehele cel. De dikke grondvloeistof van het kernplasma, het nucleosol, bevat de eiwitten en moleculen die nodig zijn voor het in stand houden en tot expressie brengen van het genetisch materiaal.^[3]

Kernmembraan en poriën

Eukaryotische celkern. Zichtbaar in dit diagram zijn de ribosoomrijke dubbele halflagen van het kernmembraan, het DNA (opgevouwen als chromatine) en de nucleolus. In de celkern bevindt zich het viskeuze kernplasma, vergelijkbaar met het cytoplasma dat buiten de kern ligt.

Eukaryotische celkern. Zichtbaar in dit diagram zijn de ribosoomrijke dubbele halflagen van het kernmembraan, het DNA (opgevouwen als chromatine) en de nucleolus. In de celkern bevindt zich het viskeuze kernplasma, vergelijkbaar met het cytoplasma dat buiten de kern ligt.

Dwarsdoorsnede van een kernporie. (1) kernmembraan (2) ringstructuur die de basis vormt van de porie, (3) tussenspaken, (4) korf en (5) de cytoplasmafilamenten.

Dwarsdoorsnede van een kernporie.
(1) kernmembraan (2) ringstructuur die de basis vormt van de porie, (3) tussenspaken, (4) korf en
(5) de cytoplasmafilamenten.

Het kernmembraan vormt een aaneengesloten barrière rond de celkern en scheidt het genetisch materiaal van het omringende cytoplasma. Het voorkomt dat macromoleculen vrijelijk kunnen diffunderen tussen het kernplasma en het cytoplasma.^[4] Het kernmembraan bestaat uit twee parallel aan elkaar afgezette membranen die gescheiden zijn door een tussenruimte van 10 tot 50 nanometer (nm). Het buitenste kernmembraan loopt over in het membraan van het endoplasmatisch reticulum. Aan beide organellen zijn talrijke ribosomen gebonden, die nodig zijn voor eiwitsynthese. De ruimte tussen de membranen wordt de perinucleaire ruimte genoemd.^[4]

Kernporiën, de kanalen die het moleculair verkeer in en uit de celkern verzorgen, zijn samengesteld uit verschillende structuureiwitten genaamd nucleoporines. De poriën hebben een molecuulgewicht van ongeveer 125 miljoen dalton en bestaan uit ongeveer 50 (in gist) tot enkele honderden eiwitten (in gewervelden).^[5] De poriën hebben een breedte van ongeveer 100 nm, maar de opening waardoorheen moleculen getransporteerd worden is slechts 9 nm in diameter. Aan de randen van de opening bevinden zich verschillende regulerende systemen. Via de openingen kunnen kleine, hydrofiele moleculen passief bewegen. Grotere moleculen, zoals nucleïnezuren en eiwitten, kunnen de poriën niet vrijelijk passeren. Deze moleculen worden actief – dat wil zeggen onder verbruik van ATP – in en uit de celkern vervoerd.

Bij zoogdieren bevat de celkern ongeveer 3000 tot 4000 kernporiën.^[a] De poriën zijn opgebouwd uit een grote, achtvoudig-symmetrische ringstructuur.^[6] Deze ring ligt op de plek waar de binnenste en buitenste membranen fuseren (in elkaar omklappen). Aan de ring is een korfvormige structuur gehecht die zich uitstrekt naar het kernplasma, en acht dradige filamenten die in het cytoplasma reiken. Beide structuren dienen om passage van transporteiwitten te begeleiden.^[5]

Het transport van eiwitten, ribosoomdelen en nucleïnezuren door de kernporiën wordt gecontroleerd door transportfactoren die karyoferinen worden genoemd. Karyoferinen die het verkeer náár de kern verzorgen heten importines; karyoferinen die het verkeer uit de kern verzorgen, heten exportines. Karyoferinen binden aan de te transporteren moleculen in het cytoplasma door herkenning van een signaalsequentie.^[7] Na binding vervoeren ze het molecuul via interacties met de reguleringssytemen door de poriën heen. Op analoge wijze binden steroïdhormonen zoals cortisol en aldosteron aan kernreceptoren, die de hormonen de kern invoeren en er genen mee tot expressie brengen.^[5]

Nucleair lamina

In dierlijke cellen is de celkern verstevigd door het zogenaamde nucleair lamina of kernlamina: een vezelig netwerk van intermediaire filamenten dat nodig is voor het handhaven van structuur, vorm en beweeglijkheid, maar ook voor het bewaren van de functionaliteit van het genetisch materiaal. Bij sessiele organismen zoals schimmels en planten is het kernlamina afwezig.^[b] Het kernlamina staat via membraaneiwitten aan de buitenkant van de celkern in verbinding met het cytoskelet. Het lamina vormt een verankeringspunt voor zowel inwendige structuren (chromatine en chromosomen) als uitwendige structuren (kernporiën).^[2]

Het kernlamina is voornamelijk opgebouwd uit het eiwit lamine. Laminen zijn ketens van gevlochten monomeren die gesynthetiseerd worden in het cytoplasma.^[c] Via poriën gaan de ketens de celkern in, waar ze na assemblage met andere eiwitten worden opgenomen in het kernlamina. Ook aan de buitenkant van het kernmembraan binden laminen vast, zoals de emerinen en nesprinen. Zij gaan interacties aan met het cytoskelet en zorgen daarmee dat de celkern zich op een vaste plek binnen het cytoplasma positioneert. Het kernlamina is georganiseerd in een regelmatige structuur die de nucleoplasmatische sluier wordt genoemd, welke goed zichtbaar is met behulp van fluorescentiemicroscopie.^[10] De precieze functie van de sluier is niet geheel duidelijk, maar men heeft aanwijzingen gevonden dat deze een rol speelt bij het reguleren van genexpressie.^[11] Wanneer de bouwstenen waaruit de sluier bestaat geïnactiveerd worden, leidt dit tot een verminderde interactie met het DNA, waardoor transcriptie van eiwitcoderende genen afneemt.^[12]

Mutaties in lamine-genen kunnen leiden tot een ondeugdelijke aanmaak van filamenten. Een dergelijk ontwikkelingsdefect van het kernlamina is bij mensen in verband gebracht met enkele zeldzame erfelijke aandoeningen die bekendstaan als laminopathieën. De meest bekende laminopathie is de ziekte progeria, die zich kenmerkt door vroegtijdige verouderingsverschijnselen bij kinderen. De exacte mutaties die aan progeria ten grondslag liggen zijn nog grotendeels onduidelijk, maar de meeste onderzoeken wijzen uit dat de oorzaak ligt bij een foute organisatie binnen de celkern.^[13]

Chromosomen

De celkern bevat het grootste deel van het genetisch materiaal van de cel.^[d] Bij eukaryoten is het DNA in de kern rond eiwitten gewonden die histonen worden genoemd. Gedurende het grootste deel van de celcyclus – met name de periode waarin de cel niet deelt – zijn de histonen in elkaar vastgedraaid tot chromatinedraden. Door deze manier van opvouwing is het mogelijk dat iedere celkern een DNA-molecuul van ruwweg twee meter in zich draagt. Wanneer de cel zich gereedmaakt voor de mitose, trekt het chromatine zich samen tot structuren genaamd chromosomen, wat goed zichtbaar is onder lichtmicroscopen. Tijdens de celdeling splitsen de chromosomen uiteen in identieke kopieën, zodat twee dochtercellen kunnen ontstaan die allebei beschikken over een identiek genoom.

De verdeling van het chromatine over de celkern is niet uniform door verschillende mate van ontvouwing ten behoeve van DNA-transcriptie. Het chromatine dat minder compact en vrijer in de celkern ligt wordt euchromatine genoemd. Het bevat de genen die veelvuldig door de cel tot expressie worden gebracht en dus voortdurend toegankelijk moeten zijn voor enzymen. Het chromatine dat daarentegen dichter is opgevouwen en zich meer aan de randen van de celkern bevindt wordt heterochromatine genoemd, en bevat het DNA dat weinig of niet door enzymen afgelezen wordt, zoals de sequenties van telomeren of centromeren.^[16]


Doorsnede van twee dierlijke celkernen.^[14] De chromosomen (rood) in profase, het kernmembraan (blauw) en microtubuli (groen) zichtbaar door middel van immunokleuring. De schaalbalk komt overeen met 5 μm.	Ruimtelijke opname van twee dochterkernen.^[14] Deze dierlijke dochtercellen zijn in het laatste stadium van de kerndeling: telofase. Het spoelfiguur (bruin), het cytoskelet (groen) en de nog gecondenseerde chromosomen (lichtblauw) zijn zichtbaar in deze SIM-opname.

Bij een aantal auto-immuunziekten, zoals systemische lupus erythematodes, richten de antilichamen van het lichaam zich tegen bepaalde onderdelen van het chromatinenetwerk, in het bijzonder tegen de nucleosomen.^[17] Deze schadelijke antilichamen staan bekend als antinucleaire antistoffen (ANA) en maken dat het immuunsysteem de eigen celkern aanziet als lichaamsvreemd. ANA’s zijn ook waargenomen bij de ziekte multiple sclerose als onderdeel van algemene stoornissen van het immuunsysteem.^[18] In het geval van progeria is de rol van antilichamen bij het veroorzaken van auto-immuunsymptomen niet duidelijk.

Nucleolus

De nucleolus is een grote, amorfe, membraanloze structuur die in het kernplasma voorkomt en de moleculaire machinerie bevat voor de synthese van ribosomen. De nucleolus bestaat uit een aggregaat van DNA, RNA en eiwitten en vormt zich rond specifieke delen van het chrotamine, namelijk de rDNA-sequenties (het DNA dat voor ribosomaal RNA codeert). De voornaamste functie van de nucleolus is de vorming van dit ribosomaal RNA en de assemblage ervan met r-eiwitten tot ribosomen.

De structurele cohesie van de nucleolus reflecteert zijn activiteit: wanneer veel rRNA wordt gesynthetiseerd in de celkern, zullen deze met ribosomale eiwitten aggregeren tot een samenhangend lichaam. De grootte van de nucleolus is dus sterk afhankelijk van cellulaire activiteit, proliferatie en celdifferentiatie. Wanneer het rDNA wordt geïnactiveerd, ontwikkelt de nucleolus zich nauwelijks.^[19] De ultrastructuur van de nucleolus kan worden onderzocht door middel van elektronenmicroscopie. De organisatie en dynamiek wordt meestal zichtbaar gemaakt door fluorescerende eiwitlabeling.^[19]

De vorming van ribosomaal RNA (rRNA) gebeurt in de nucleolus met behulp van het enzym RNA-polymerase I. Het rDNA wordt overgeschreven naar een lang pre-rRNA-molecuul, wat vervolgens in een aantal delen (subunits) gesplitst wordt en zich met ribosomale eiwitten organiseert tot een ribosoomdeel. Deze processen van transcriptie, posttranscriptionele modificatie en assemblage worden op gang gebracht door kleine RNA-moleculen genaamd snoRNA's.^[e] De geassembleerde ribosoomdelen zijn de grootste structuren die door de kernporiën worden getransporteerd. Arriverende in het cytoplasma koppelen de ribosoomdelen aan elkaar en verzorgen dan de eiwitsynthese.

Overige kernlichamen

Hoewel de term kernlichaam in informele zin vaak gebruikt wordt om de nucleolus aan te duiden, zijn er verschillende andere structuren in de celkern ontdekt die als afzonderlijk beschouwd dienen te worden. De belangrijkste hiervan zijn de Cajallichamen, clastosomen en promyelocytaire leukemie-lichamen.^[1] In de regel is er maar weinig over deze kernlichamen bekend. Desondanks zijn ze voor de celbiologie van belang, omdat ze aantonen dat het kernplasma geen ongeordend mengsel is, maar een complex, georganiseerd systeem bestaande uit functionele subdomeinen.^[20]

Structuren binnen de celkern kunnen ook ontstaan als onderdeel van bepaalde ziekteprocessen. De aanwezigheid van verkeerd gevouwen eiwitstaafjes in de celkern is bijvoorbeeld toegeschreven aan de spierziekte nemaline myopathie. Deze aandoening is het gevolg van een mutatie in het eiwit actine. In de celkern vindt aggregatie plaats tussen de staafjes met het gemuteerde actine en andere cytoskelet-eiwitten, zodat kleine kernlichaampjes ontstaan.^[21]

Cajallichamen

Over het algemeen bevat de celkern één tot tien compacte Cajallichamen. Deze lichaampjes hebben de diameter van de tussen 0,2 en 2,0 µm, afhankelijk van het celtype en de soort. Wanneer ze onder een elektronenmicroscoop worden bekeken lijken ze op een ronde kluwen van draden.^[f] Cajallichamen zijn betrokken bij een aantal belangrijke processen, zoals RNA-processing, verwerking van met name snoRNA en diverse histon-mRNA-modificaties.^[23]

Naast de Cajallichamen komen ook de vergelijkbare Gemini-lichamen of gems in de celkern voor. Gems komen qua structuur sterk overeen met de Cajallichamen: de twee zijn zelfs met geavanceerde microscopie nauwelijks te onderscheiden.^[g] Het exacte verschil in functie tussen de twee lichaampjes is nog niet opgehelderd. Gems lijken een rol te spelen in het ondersteunen van de vorming van snRNP-moleculen (kleine RNA-complexen die een rol spelen in splicing).^[24] Andere onderzoeken wezen echter op een verschil in eiwitsamenstelling.^[25]

Clastosomen

Clastosomen zijn kleine, zeldzame kernlichamen (0,2 tot 0,5 µm) die een ringvormig uiterlijk hebben vanwege hun inkapseling.^[26] Clastosomen zijn gewoonlijk niet in cellen aanwezig. Ze vormen zich onder sterk proteolytische omstandigheden en verdwijnen weer zodra de proteolyse-activiteit afneemt (bijvoorbeeld bij het toedienen van protease-inhibitors). Ook bij osmotische stress kunnen de kernlichaampjes ontstaan.^[27] Clastosomen bevatten een aantal katalytische subeenheden van het proteasoom, wat aangeeft dat clastosomen betrokken zijn bij afbraak van eiwitten.^[28]

PML-lichamen

Promyelocytenleukemie-lichamen (PML-lichamen) zijn bolvormige eiwitclusters die verspreid over het kernplasma voorkomen en 0,1 tot 1,0 µm groot zijn. PML-lichamen zijn vernoemd hun belangrijkste bestanddeel, het promyelocytenleukemie-eiwit (PML). In de celkern vormen ze vaak associaties met Cajallichamen.^[20] Men heeft aangetoond dat muizen die geen PML-lichamen kunnen vormen een normale ontwikkeling doormaken, wat aantoont dat de lichaampjes niet nodig zijn voor normale biologische processen.^[29]

Functies

Compartimentalisatie

Celkern van een alvleeskliercel. De inwendige componenten van de celkern, zoals de nucleolus en het chromatine, worden gescheiden van het omringende cytoplasma. Rondom een omvangrijk endoplasmatisch reticulum.

In de eerste plaats is de celkern van eukaryotische cellen een afscheidend compartiment: het genetisch materiaal wordt op een gerichte manier van de rest van cel gescheiden, zodat de gevoelige DNA-moleculen afgeschermd worden van de buitenwereld en de processen van genexpressie, DNA-replicatie en stofwisseling op een gecontroleerde wijze kunnen verlopen.

Door de scheiding is er continu communicatieverkeer nodig tussen het cytoplasma en kernplasma. Vrijwel alle processen in het cytoplasma verlopen onder invloed van enzymen. Wanneer deze processen aan- of uitgeschakeld moeten worden, kan een molecuul dat in het proces meespeelt naar de celkern gaan en daar de productie van enzymen reguleren. Een dergelijk reguleringsmechanisme komt bijvoorbeeld voor in de glycolyse, een stofwisselingsroute waarbij glucose wordt afgebroken. Hexokinase is een enzym dat verantwoordelijk is voor de eerste stap van glycolyse: de omzetting van glucose in glucose-6-fosfaat. Wanneer de concentraties van glucose-6-fosfaat te hoog worden, verplaatst een regulator-eiwit het hexokinase naar de kern, waar het een repressorcomplex vormt die de expressie van het hexokinase-gen stillegt.^[30]

De verschillende RNA-moleculen die in de celkern worden gevormd, ondergaan vaak specifieke stofwisselingsprocessen voordat ze naar het cytoplasma worden getransporteerd. Wanneer een onverwerkt RNA-molecuul de celkern verlaat, is deze zelden functioneel. Messenger RNA (mRNA) moet bijvoorbeeld splicing ondergaan, transfer RNA (tRNA) moet zichzelf lokaal opvouwen tot een klaverbladstructuur en ribosomaal RNA (rRNA) moet zich met eiwitten tot een ribosoom organiseren.^[2] Dit alles vindt plaats in de gecontroleerde omgeving van de celkern.

Instandhouding van DNA

In de celkern vindt replicatie van DNA plaats. Tijdens de replicatie worden de DNA-moleculen die zich in de celkern bevinden in hun geheel verdubbeld, zodat na de celdeling twee dochtercellen ontstaan die over dezelfde genetische informatie beschikken. Replicatie is een complex proces waarbij veel verschillende eiwitten zijn betrokken. De twee nucleotidestrengen van het DNA worden door het enzym helicase uit elkaar gehaald, waarna in beide richtingen nieuwe complementaire strengen worden gesynthetiseerd door DNA-polymerase. Nadat de replicatie is voltooid kunnen de DNA-moleculen condenseren tot chromosomen die nu uit twee zusterchromatiden bestaan: twee armen van het chromosoom die genetisch identiek zijn.^[31]

In het kernplasma is een grote hoeveelheid enzymen en organische moleculen aanwezig die het DNA voortdurend controleren op beschadigingen. Zulke beschadingen veranderen de ruimtelijke configuratie van de DNA-helixstructuur en kunnen door DNA-reparatiemoleculen worden opgespoord. Veel van de reparatiemoleculen werken zeer efficiënt, waardoor schade aan DNA tot een minimum wordt beperkt. DNA-reparatie is van essentieel belang voor de integriteit van het genoom. Veel genen die betrokken zijn bij reparatie en bescherming van DNA bleken de levensduur positief te beïnvloeden. ^[32]

Genexpressie

Genexpressie is de aaneenschakeling van moleculaire processen die ervoor zorgen dat de genetische informatie die in de celkern is opgeslagen, tot uiting komt; oftewel aanleiding geeft tot het ontstaan van zichtbare eigenschappen.^[33] De genexpressie wordt meestal aangepast wanneer milieufactoren veranderen (genregulatie). Twee cruciale stappen binnen de genexpressie zijn de transcriptie en translatie.

Een elektronenmicroscopische opname van het proces van transcriptie: de vorming van rRNA-moleculen aan een DNA-streng. "Begin" geeft het 5'-uiteinde van het DNA aan, waar nieuwe RNA-synthese begint; "End" geeft het 3'-uiteinde aan, waar de rRNA-transcripten bijna voltooid zijn.

Transcriptie is het proces waarbij messenger RNA (mRNA) wordt gevormd. Langs een stukje DNA (een gen) wordt een complementair RNA-molecuul overgeschreven. Het mRNA is een boodschappermolecuul: het bevat de genetische informatie voor de synthese van eiwitten. In het kernplasma wordt het mRNA-molecuul afgewerkt – het ondergaat splicing, en wordt op de juiste plekken voorzien van extra sequenties – waarna het via de kernporiën de celkern kan verlaten. In het cytoplasma wordt het mRNA omsloten door een ribosoom. De nucleotidevolgorde van het mRNA wordt vertaald naar een volgorde van aminozuren, die door het ribosoom aan elkaar worden gekoppeld (translatie). Uit de aminozuurketen ontstaat uiteindelijk een functioneel eiwit. De verzameling van eiwitten die op deze wijze in de cel tot expressie komen, vormen de grondslag van de morfologie en fysiologie van het organisme.

Verwerking van mRNA

Een andere belangrijke functie van de celkern is het reguleren van posttranscriptionele modificaties: wijzigingen van het nieuw gevormde messenger RNA. Nieuw gesynthetiseerde mRNA-moleculen (pre-mRNA) moeten posttranscriptionele modificaties in de celkern ondergaan voordat ze naar het cytoplasma worden vervoerd; mRNA dat zonder deze modificaties in het cytoplasma terechtkomt, wordt direct afgebroken. De drie voornaamste modificaties van pre-mRNA zijn het aanbrengen van een 5'-cap, het toevoegen van een poly(A)-staart en bovenal splicing.

Splicing van mRNA wordt uitgevoerd door een eiwitcomplex dat het spliceosoom wordt genoemd. Tijdens de splicing worden introns – korte regio's in het DNA die niet coderen voor eiwitten – uit het pre-mRNA verwijderd. De resterende exons worden aan elkaar gekoppeld tot een functioneel, aaneengeschakeld molecuul. Dit molecuul, het rijp mRNA, kan door ribosomen worden getransleerd. Doordat exons op verschillende manieren kunnen worden samengevoegd, kunnen verschillende mRNA-moleculen worden gevormd uit een enkel pre-mRNA. Door dit proces van alternatieve splicing is het mogelijk dat er veel verschillende eiwitten uit een beperkte hoeveelheid DNA kunnen ontstaan.^[5]

Dynamiek en regulatie

Transport

De kernporiën in het kernmembraan kunnen iedere seconde miljarden moleculen gecontroleerd laten passeren.^[2] Dit nucleair transport is geworteld in een complexe wisselwerking van enzymatische processen. Het transport náár de celkern bestaat voornamelijk uit eiwitten (zoals laminen, DNA- en RNA-polymerase), koolhydraten, signaalmoleculen en lipiden; het uitgaand transport bestaat vooral uit RNA-moleculen en ribosoomdelen. Kleine deeltjes kunnen vrijelijk door de kernporiën heen bewegen door middel van passieve diffusie.^[34] Grotere deeltjes passeren de poriën met snelheden die geleidelijk afnemen met het molecuulgewicht. Passage van dergelijke stoffen wordt mogelijk gemaakt door hulpeiwitten genaamd karyoferinen; invoer door importines, uitvoer door exportines.

De energie die nodig is voor de invoer en uitvoer van stoffen door kernporiën wordt gehaald uit de concentratiegradiënt van het energierijke molecuul GTP (een stof vergelijkbaar met ATP).^[h] De verbindinde factor tussen dit gradiënt en de karyoferinen is het enzym Ran, dat tussen de celkern en het cytoplasma circuleert. Wanneer Ran zich in het kernplasma bevindt, gaat het een binding aan met GTP; in het cytoplasma bindt het met GDP. De gevormde Ran-complexen geven het nucleair transport richtingsgevoeligheid: het Ran-GTP-complex zorgt ervoor dat importines hun invoermolecuul loslaten, en dat exportines hun uitvoermolecuul juist binden. Het omgekeerde geldt voor Ran-GDP.^[7]

De grote hoeveelheid RNA-moleculen die in de celkern worden gevormd, worden naar buiten getransporteerd door gespecialiseerde exporteiwitten. Alleen wanneer alle posttranscriptionele modificaties en verdere afwerkingen aan het RNA zijn voltooid, gaan de exporteiwitten een binding aan met het RNA. Ook deze exporteiwitten maken gebruik van het GTP-gradiënt, maar op basis van een ander mechanisme, aangezien het hier gaat om eenrichtingsverkeer.

Opbouw en afbraak

Fluorescentie-opname van een longcel tijdens metafase. Het spoelfiguur (groen) is bevestigd aan de chromosomen (lichtblauw). Alle chromosomen op één na bevinden zich in het equatorvlak.

Gedurende één celcyclus vindt volledige opbouw en afbraak van de celkern plaats. Wanneer een cel zich gereedmaakt voor deling, worden de structurele elementen van de celkern – het kernmembraan en het lamina – systematisch ontmanteld. In de meeste eukaryotische cellen markeert het uit elkaar halen van de celkern het einde van de profase (het eerste stadium van de mitose). Bij sommige eencellige eukaryoten, zoals gistcellen, blijft de celkern tijdens de deling intact. De dochterchromosomen bewegen dan naar de tegenovergelegen uiteinden van de celkern, en uiteindelijk splitst deze in tweeën. In hogere eukaryoten worden de chromosomen door een spoelfiguur naar beide uiteinden van de cel getrokken. Na insnoering en deling van het cytoplasma vormt zich een nieuw kernmembraan rond de chromosomen.

Om er zeker van te zijn dat de microtubuli van het spoelfiguur zich aan de chromosomen kunnen vasthechten, wordt het kernmembraan rond de chromosomen tijdig afgebroken. Als deze intact blijft, komt de mitose niet op gang.^[35] Het ontmantelingsproces van het kernmembraan en lamina wordt gereguleerd door eiwitkinases die onder andere de laminen in de celkern voorzien van een fosfaatgroep (fosforylering). De lamine-eiwitten laten van elkaar los waardoor de celkern desintegreert. Tegen het eind van de mitose worden de fosfaatgroepen weer verwijderd, waardoor de structuureiwitten weer bijeenkomen en de celkern zich hervormt.^[35]

Kwantiteit

Verreweg de meeste eukaryotische cellen hebben een enkele celkern. Bij een aantal gespecialiseerde celtypen kan de celkern echter afwezig zijn, of juist in meervoud voorkomen. Kernloze cellen kunnen ontstaan wanneer de cel door een fout onevenredig deelt, zodat de ene dochtercel een kern mist en de andere twee kernen heeft. Meestal is een afwijkend aantal kernen echter het gevolg van een normale ontwikkeling, zoals bij de kernloze rode bloedcellen. Dwarsgestreepte spierweefsels zijn opgebouwd uit cellen die versmolten zijn, waardoor er maar liefst honderden kernen in een individuele cel aanwezig kunnen zijn.^[36] Ook bij schimmels en eencelligen is meerkernigheid geen zeldzaam fenomeen.

Kernloze cellen

Scan van rode bloedcellen waarin de celkern afwezig is

Cellen die geen celkern bevatten zijn uitsluitend opgebouwd uit cytoplasma en zijn daarom niet in staat om dochtercellen te produceren. Een van de bekendste kernloze cellen is de rode bloedcel of erytrocyt, die als belangrijkste taak heeft zuurstof van de longen naar de lichaamsweefsels te transporteren. Erytrocyten ontwikkelen zich in het beenmerg via een proces genaamd erytropoëse, waarbij ze hun kern, organellen en ribosomen verliezen. Tijdens de differentiatie van een erytroblast naar een reticulocyt – de voorlopers van een rode bloedcel – wordt de kern fysiek uit de cel verdreven. Men vermoedt dat dit de cel klein en flexibel genoeg maakt om beweging door haarvaten mogelijk te maken.^[37] Mutagene stoffen kunnen ervoor zorgen dat de bloedcellen in wording te vroeg aan de bloedbaan worden afgegeven. Hierdoor ontstaan er erytrocyten met gereduceerde "microkernen".^[38]

Op analoge wijze kunnen bepaalde floëemcellen hun kern tijdens de ontwikkeling verliezen: de zogenaamde zeefcellen van bedektzadigen. Zeefcellen vormen lange, aaneengesloten vaten waarlangs water en voedingsstoffen getransporteerd worden. Gedurende de differentiatie van zeefcellen degenereren de celkern, de tonoplast en andere organellen, zodat er in de floëemcellen ruimte ontstaat voor efficiënt watertransport.^[39]

Meerkernige cellen

Er bestaan diverse levensvormen die volledig of gedeeltelijk zijn opgebouwd uit meerkernige cellen. Een bekend voorbeeld is Dikarya, een groep hogere schimmels die op een vast stadium in hun levenscyclus tweekernige schimmeldraden vormen.^[40] Eencellige eukaryoten (protisten), zoals radiolaria en dinoflagellaten, kunnen ook van nature twee of meer kernen bevatten. Bijzonder aan deze organismen is dat de kernen elk een aparte afkomst hebben: één kern is van de dinoflagellaat en de andere kern van een symbiotische diatomee.^[41] Verschillende groenwieren en roodwieren (zoals Griffithsia en Chara) vormen coenocytische cellen waarin meermaals kerndelingen plaatvinden.^[42]

Bij de mens zijn spiercellen van de skeletspieren versmolten tot weefselstructuren die syncytia genoemd worden. In het syncytium kunnen de kernen vrij bewegen. Ze komen voornameljk in het perifere gedeelte van de cellen voor om ruimte te maken voor de myofibrillen (spiereenheden). Andere meerkernige cellen in het menselijk lichaam zijn de osteoclasten: speciale beencellen die het botweefsel aanleggen en afbreken. Bij ontstekingen en vermoedelijk ook bij de ontwikkeling van tumoren kan het voorkomen dat twee witte bloedcellen (monocyten en macrofagen) fuseren tot een meerkernige reuzencel.^[43]^[44]

Evolutie

Omdat de celkern de karakteristieke eigenschap is van eukaryoten, is de evolutionaire oorsprong ervan al meer dan honderd jaar onderwerp van wetenschappelijke discussie. Er zijn verschillende hypothesen voorgelegd die het bestaan van de celkern in evolutionaire termen verklaren, maar geen ervan wordt algemeen geacepteerd.^[45]

De leidende hypothese van celkern-evolutie, het syntrofische model, gaat uit van een symbiotische associatie tussen de bacteriën en archaea, twee oude groepen organismen die van oorsprong geen celkern bevatten. Er wordt verondersteld dat de symbiose tot stand kwam toen ongeveer 1,8 miljard jaar geleden een voorouderlijk archaeon (vergelijkbaar met een moderne methanogeen) door een voorouderlijke bacterie (vergelijkbaar met een myxobacterie) werd opgenomen.^[i] Door vele generaties samen te leven verloor de archaeon zijn oorspronkelijke stofwisseling en zelfstandigheud. Uiteindelijk veranderde de archaeon in een primitieve celkern: een compartiment met RNA en DNA dat zich uitwisselde met de bacterie.^[47]

Deze ontstaanshypothese van de celkern wordt ondersteund door het feit dat archaea en eukaryoten vergelijkbare genen hebben voor vele eiwitten, waaronder histonen.^[48] Omdat myxobacteriën beweeglijk zijn, multicellulaire complexen kunnen vormen en eiwitten bezitten die sterk vergelijkbaar zijn met die van eukaryoten, vermoedt men dat eukaryotische cellen een bacteriële oorsprong hebben.^[49]

Een tweede belangrijke hypothese stelt dat eukaryotische cellen ontstaan zijn uit bacteriën die in structuur overeenkomen met tegenwoordige planctomyceten: bacteriën waarin membraancompartimenten zijn geëvolueerd.^[50] In deze bacteriën komt een voor 'kernmembraan' waarin het bacterieel DNA en RNA is opgeslagen. De ultrastructuur van planctomyceten vormt een belangrijke aanwijzing voor een niet-symbiotische oorsprong van de celkern.^[45]

Geschiedenis

Een van de eerst gevonden illustraties van cellen met hun kernen door Antoni van Leeuwenhoek, 1719

De celkern was een van de eerste celbiologische ontdekkingen. De eerste tekening die is gevonden waarin cellen met een celkern zijn afgebeeld werd gemaakt door Antoni van Leeuwenhoek (1632–1723) en dateert uit de vroege achtiende eeuw. In een preparaat van rode bloedcellen uit zalmen constateerde hij een "holte", de celkern.^[51] In tegenstelling tot rode bloedcellen van zoogdieren bevatten die van andere gewervelden wel een celkern.

De celkern werd gedetailleerder beschreven door de Schotse botanicus Robert Brown in 1831. Brown bestudeerde de epidermiscellen van orchideeën onder de microscoop en zag daarbij in iedere cel een ondoorzichtig gebied, die hij de "areola" of "nucleus" noemde.^[52] Bij zijn beschrijvingen gaf hij nog geen mogelijke functie van de celkern.

Tekening van een speekselkliercel van *Chironomus* door Walther Flemming, 1882

In 1838 theoretiseerde Matthias Schleiden de onderstelling dat de celkern een rol speelt bij het genereren van nieuwe cellen, waarbij hij de naam "cytoblast" (celbouwer) introduceerde. In zijn uitwerkingen beschreef hij dat nieuwe cellen zich rond deze "cytoblasten" verzamelden. Franz Meyen was een sterke tegenstander van deze opvatting. Hij geloofde dat celkernen zeldzame structuren waren die niet in elke cel voorkwamen, en verklaarde het vermenigvuldigen van cellen in termen van deling. Het idee dat cellen spontaan uit een "cytoblast" ontstonden was bovendien in tegenspraak met de latere celtheorie van Robert Remak (1852) en Rudolf Virchow (1855), die stelde dat elke cel uit een andere cel voortkwam ("Omnis cellula e cellula "). De functie van de celkern bleef lange tijd onduidelijk.^[53]

Tussen 1877 en 1878 publiceerde Oscar Hertwig een reeks onderzoeken over de voortplanting van zee-egels, waaruit bleek dat de kern van de zaadcel tijdens de bevruchting versmelt met de kern van een eicel. Voor het eerst werd gesuggereerd dat een individu zich ontwikkelt vanuit een (enkele) celkern, wat veel discussie teweegbracht. Hertwig bevestigde zijn bevindingen in andere diergroepen, waaronder amfibieën en weekdieren. In 1884 kwam ook Eduard Strasburger tot dezelfde conclusie voor de bevruchting in planten. Vanaf die periode werd erfelijkheid meer en meer met de celkern in verband gebracht.

De functie van de celkern als drager van genetische informatie werd pas duidelijk nadat de mitose werd ontdekt en verenigd werd met de wetten van Mendel aan het begin van de 20e eeuw (chromosoom-erfelijkheidstheorie).^[53] Na de uitvinding van de elektronenmicroscoop in 1931 konden de structuur en stofwisselingsprocessen van de celkern, inclusief het kernlamina en de kernporiën, in groter detail worden beschreven.

Zie ook

Nucleus (neuroanatomie)

Noten

↑ Dit aantal varieert enorm, van een paar honderd kernporiën in gliacellen tot bijna 20.000 poriën in purkinjecellen (zenuwcellen van de hersenen).^[2]
↑ Het kernlamina lijkt een evolutionaire aanpassing te zijn aan de beweeglijke levenswijze van dieren. Defecten in de ontwikkeling van het kernlamina leiden veelal tot spieraandoeningen.^[8]
↑ Lamine-monomeren bevatten een herhalende alfa-helixstructuur waardoor ze makkelijk dimeriseren en in zichzelf vastdraaien tot een touwachtige keten. Afbraak en opbouw van deze ketens wordt dynamisch gereguleerd.^[9]
↑ Een zeer klein gedeelte van het genoom, het mitochondriaal DNA, bevindt zich echter in de mitochondriën. Ook chloroplasten bevatten hun eigen DNA. Gedurende de evolutie zijn bepaalde genen naar het kern-DNA overgedragen.^[15]
↑ Een groot deel van de snoRNA's zijn introns die afkomstig zijn uit spliced messenger RNA, coderende voor andere genen die betrokken zijn bij ribosoomfuncties.^[19]
↑ Dit zijn afzettingen van het eiwit coiline.^[22] Coilinecomplexen zijn minuscule, discrete pakketjes die in de celkern voorkomen binnen dichte distributiefoci.
↑ De lichaampjes danken hun naam Gemini (tweelingen) aan dit feit.^[22]
↑ Door een enzymatisch mechanisme is GTP (guaninetrifosfaat) voornamelijk aanwezig in de celkern, en GDP (guaninedifosfaat) in het cytoplasma. Dit concentratieverschil vormt een zogenaamd gradiënt.^[2]
↑ Deze hypothese komt in essentie sterk overeen met de endosymbiontentheorie, die stelt dat mitochondriën en chloroplasten ontwikkeld zijn uit endosymbiotische prokaryoten die in een voorouderlijke eukaryotische cel zijn gaan leven.^[46]

Bronnen

↑ ^a ^b (en) Rippe, K. (2007). Dynamic organization of the cell nucleus. Current Opinion in Genetics & Development 17 (5): 373-380. DOI: 10.1016/j.gde.2007.08.007.
↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f (en) Alberts, B (2015). Molecular biology of the Cell, 6th. Garland Science, 649–657. ISBN 978-0815340720.
↑ (en) Clegg JS (1984). Properties and metabolism of the aqueous cytoplasm and its boundaries. The American Journal of Physiology 246 (2 Pt 2): R133-51. PMID 6364846. DOI: 10.1152/ajpregu.1984.246.2.R133.
↑ ^a ^b (en) Paine PL, Moore LC, Horowitz SB (1975). Nuclear envelope permeability. Nature 254 (5496): 109–14. PMID 1117994. DOI: 10.1038/254109a0.
↑ ^a ^b ^c ^d (en) Lodish H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, Zipursky SL, Darnell J (2004). Molecular Cell Biology, 5th. WH Freeman, New York. ISBN 978-0-7167-2672-2.
↑ Shulga N, Mosammaparast N, Wozniak R, Goldfarb DS (2000). Yeast nucleoporins involved in passive nuclear envelope permeability. The Journal of Cell Biology 149 (5): 1027–38. PMID 10831607. PMC 2174828. DOI: 10.1083/jcb.149.5.1027.
↑ ^a ^b (en) Pemberton LF, Paschal BM (2005). Mechanisms of receptor-mediated nuclear import and nuclear export. Traffic 6 (3): 187–98. PMID 15702987. DOI: 10.1111/j.1600-0854.2005.00270.x.
↑ (en) Mans BJ, Anantharaman V, Aravind L, Koonin EV (2004). Comparative genomics, evolution and origins of the nuclear envelope and nuclear pore complex. Cell Cycle 3 (12): 1612–37. PMID 15611647. DOI: 10.4161/cc.3.12.1316.
↑ (en) Stuurman N, Heins S, Aebi U (1998). Nuclear lamins: their structure, assembly, and interactions. Journal of Structural Biology 122 (1-2): 42–66. PMID 9724605. DOI: 10.1006/jsbi.1998.3987.
↑ (en) Goldman RD, Gruenbaum Y, Moir RD, Shumaker DK, Spann TP (2002). Nuclear lamins: building blocks of nuclear architecture. Genes & Development 16 (5): 533–47. PMID 11877373. DOI: 10.1101/gad.960502.
↑ (en) Moir RD, Yoon M, Khuon S, Goldman RD (2000). Nuclear lamins A and B1: different pathways of assembly during nuclear envelope formation in living cells. The Journal of Cell Biology 151 (6): 1155–68. PMID 11121432. DOI: 10.1083/jcb.151.6.1155.
↑ (en) Spann TP, Goldman AE, Wang C, Huang S, Goldman RD (2002). Alteration of nuclear lamin organization inhibits RNA polymerase II-dependent transcription. The Journal of Cell Biology 156 (4): 603–8. PMID 11854306. PMC 2174089. DOI: 10.1083/jcb.200112047.
↑ (en) Mounkes LC, Stewart CL (2004). Aging and nuclear organization: lamins and progeria. Current Opinion in Cell Biology 16 (3): 322–7. PMID 15145358. DOI: 10.1016/j.ceb.2004.03.009.
↑ ^a ^b ^c (en) Schermelleh L, Carlton PM, Haase S (2008). Subdiffraction multicolor imaging of the nuclear periphery with 3D structured illumination microscopy. Science (journal) 320 (5881): 1332–6. PMID 18535242. DOI: 10.1126/science.1156947.
↑ (en) Blanchard JL, Lynch M (2000). Organellar genes: why do they end up in the nucleus?. Trends Genet. 16 (7): 315–20. PMID 10858662. DOI: 10.1016/S0168-9525(00)02053-9. .
↑ (en) Grigoryev SA, Bulynko YA, Popova EY (2006). The end adjusts the means: heterochromatin remodelling during terminal cell differentiation. Chromosome Research 14 (1): 53–69. PMID 16506096. DOI: 10.1007/s10577-005-1021-6.
↑ (en) Rothfield NF, Stollar BD (1967). The relation of immunoglobulin class, pattern of anti-nuclear antibody, and complement-fixing antibodies to DNA in sera from patients with systemic lupus erythematosus. The Journal of Clinical Investigation 46 (11): 1785–94. PMID 4168731. PMC 292929. DOI: 10.1172/JCI105669.
↑ (en) Barned S, Goodman AD, Mattson DH (1995). Frequency of anti-nuclear antibodies in multiple sclerosis. Neurology 45 (2): 384–5. PMID 7854544. DOI: 10.1212/WNL.45.2.384.
↑ ^a ^b ^c (en) Hernandez-Verdun D (2006). Nucleolus: from structure to dynamics. Histochemistry and Cell Biology 125 (1-2): 127–37. PMID 16328431. DOI: 10.1007/s00418-005-0046-4.
↑ ^a ^b (en) Dundr M, Misteli T (2001). Functional architecture in the cell nucleus. The Biochemical Journal 356 (Pt 2): 297–310. PMID 11368755. PMC 1221839. DOI: 10.1042/0264-6021:3560297.
↑ (en) Goebel HH, Warlo I (1997). Nemaline myopathy with intranuclear rods--intranuclear rod myopathy. Neuromuscular Disorders 7 (1): 13–9. PMID 9132135. DOI: 10.1016/S0960-8966(96)00404-X.
↑ ^a ^b (en) Matera AG, Frey MR (1998). Coiled bodies and gems: Janus or gemini?. American Journal of Human Genetics 63 (2): 317–21. PMID 9683623. PMC 1377332. DOI: 10.1086/301992.
↑ Cioce M, Lamond AI (2005). Cajal bodies: a long history of discovery. Annual Review of Cell and Developmental Biology 21: 105–31. PMID 16212489. DOI: 10.1146/annurev.cellbio.20.010403.103738.
↑ (en) Matera AG (1998). Of coiled bodies, gems, and salmon. Journal of Cellular Biochemistry 70 (2): 181–92. PMID 9671224.
↑ (en) Navascues J, Berciano MT, Tucker KE, Lafarga M, Matera AG (June 2004). Targeting SMN to Cajal bodies and nuclear gems during neuritogenesis. Chromosoma 112 (8): 398–409. PMID 15164213. PMC 1592132. DOI: 10.1007/s00412-004-0285-5.
↑ (en) Lafarga M, Berciano MT, Pena E. (2002). Clastosome: a subtype of nuclear body enriched in 19S and 20S proteasomes, ubiquitin, and protein substrates of proteasome. Molecular Biology of the Cell 13 (8): 2771–82. PMID 12181345. PMC 117941. DOI: 10.1091/mbc.e02-03-0122.
↑ (en) Sampuda KM, Riley M, Boyd L (2017). Stress induced nuclear granules form in response to accumulation of misfolded proteins in Caenorhabditis elegans. BMC Cell Biology 18 (1): 18. PMID 28424053. PMC 5395811. DOI: 10.1186/s12860-017-0136-x.
↑ (en) Carmo-Fonseca M, Berciano MT, Lafarga M (2010). Orphan nuclear bodies. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 2 (9): a000703. PMID 20610547. PMC 2926751. DOI: 10.1101/cshperspect.a000703.
↑ Lallemand-Breitenbach V, de Thé H (2010). PML nuclear bodies. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 2 (5): a000661. PMID 20452955. PMC 2857171. DOI: 10.1101/cshperspect.a000661.
↑ (en) Berg, J. (2015). Biochemistry, 8th edition. W. H. Freeman and Company, New York, pp. 470-474. ISBN 978-1-4641-2610-9.
↑ (nl) Prinsen J. & Van der Leij, F. (2015). De bouwstenen van het leven. Wageningen Academic Publishers. ISBN 978-90-8686-270-2.
↑ (en) Browner WS, Kahn AJ, Ziv E, Reiner AP. (2004). The genetics of human longevity. Am J Med 117 (11): 851–60. PMID 15589490. DOI: 10.1016/j.amjmed.2004.06.033.
↑ (en) Alberts, B (2015). Molecular biology of the Cell, 6th. Garland Science, p. 299. ISBN 978-0815340720.
↑ (en) Watson JD, Baker TA, Bell SP, Gann A, Levine M, Losick R (2004). Molecular Biology of the Gene, 5th. Peason Benjamin Cummings; CSHL Press., "Ch9–10". ISBN 978-0-8053-9603-4.
↑ ^a ^b (en) Lippincott-Schwartz J (2002). Cell biology: ripping up the nuclear envelope. Nature 416 (6876): 31–2. PMID 11882878. DOI: 10.1038/416031a.
↑ (en) Bruusgaard JC, Liestøl K, Ekmark M, Kollstad K & Gundersen K. (2003). Number and spatial distribution of nuclei in the muscle fibres of normal mice studied in vivo. The Journal of physiology 551 (2): 467–478. PMID 12813146. DOI: 10.1113/jphysiol.2003.045328. Vrije toegang
↑ (en) Gregory T.R. (2001). The Bigger the C-Value, the Larger the Cell: Genome Size and Red Blood Cell Size in Vertebrates. Blood Cells, Molecules and Diseases 27 (5): 830–843. PMID 11783946. DOI: 10.1006/bcmd.2001.0457.
↑ (en) Hutter KJ, Stöhr M (1982). Rapid detection of mutagen induced micronucleated erythrocytes by flow cytometry. Histochemistry 75 (3): 353–62. PMID 7141888. DOI: 10.1007/bf00496738.
↑ (en) Raven, P. (2013). Biology of Plants, 8th edition. W.H. Freeman Publishers, "23: Cells and tissues of the plant body", 547–552. ISBN 9781464113512.
↑ (en) Wallen RM, Perlin MH (2018). An Overview of the Function and Maintenance of Sexual Reproduction in Dikaryotic Fungi. Front Microbiol 9: 503. PMID 29619017. PMC 5871698. DOI: 10.3389/fmicb.2018.00503. Vrije toegang
↑ (en) Imanian B, Pombert JF, Dorrell RG, Burki F, Keeling PJ (2012). Tertiary endosymbiosis in two dinotoms has generated little change in the mitochondrial genomes of their dinoflagellate hosts and diatom endosymbionts. PLOS ONE 7 (8): e43763. PMID 22916303. PMC 3423374. DOI: 10.1371/journal.pone.0043763. Vrije toegang
↑ (en) Mine, I.; Menzel, D.; Okuda, K. (2008). Morphogenesis in giant-celled algae. Int. Rev. Cell Mol. Biol. International Review of Cell and Molecular Biology 266: 37–83. DOI: 10.1016/S1937-6448(07)66002-X.
↑ (en) McInnes A, Rennick DM (1988). Interleukin 4 induces cultured monocytes/macrophages to form giant multinucleated cells. The Journal of Experimental Medicine 167 (2): 598–611. PMID 3258008. PMC 2188835. DOI: 10.1084/jem.167.2.598.
↑ (en) Goldring SR, Roelke MS, Petrison KK, Bhan AK (1987). Human giant cell tumors of bone identification and characterization of cell types. The Journal of Clinical Investigation 79 (2): 483–91. PMID 3027126. PMC 424109. DOI: 10.1172/JCI112838.
↑ ^a ^b (en) Pennisi E (2004). Evolutionary biology. The birth of the nucleus. Science 305 (5685): 766–8. PMID 15297641. DOI: 10.1126/science.305.5685.766.
↑ Margulis, Lynn (1981). Symbiosis in Cell Evolution. W. H. Freeman and Company, San Francisco, 206–227. ISBN 978-0-7167-1256-5.
↑ (en) LóPez-García P., Moreira D. (2001). Symbiosis. Cellular Origin, Life in Extreme Habitats and Astrobiology. Springer, Dordrecht. DOI:10.1007/0-306-48173-1_8, "The Syntrophy Hypothesis for the Origin of Eukaryotes". ISBN 978-1-4020-0189-5.
↑ (en) Horiike T, Hamada K, Kanaya S, Shinozawa T. (2001). Origin of eukaryotic cell nuclei by symbiosis of Archaea in Bacteria is revealed by homology-hit analysis. Nat Cell Biol. 3 (2): 210–214. PMID 11175755.
↑ (en) López-García P, Moreira D (2006). Selective forces for the origin of the eukaryotic nucleus. BioEssays 28 (5): 525–33. PMID 16615090. DOI: 10.1002/bies.20413.
↑ (en) Fuerst JA (2005). Intracellular compartmentation in planctomycetes. Annual Review of Microbiology 59: 299–328. PMID 15910279. DOI: 10.1146/annurev.micro.59.030804.121258.
↑ Leeuwenhoek, A. van: Opera Omnia, seu Arcana Naturae ope exactissimorum Microscopiorum detecta, experimentis variis comprobata, Epistolis ad varios illustres viros. J. Arnold et Delphis, A. Beman, Lugdinum Batavorum 1719–1730. Geciteerd volgens: Dieter Gerlach, Geschichte der Mikroskopie. Verlag Harri Deutsch, Frankfurt am Main, Duitsland, 2009. ISBN 978-3-8171-1781-9.
↑ (en) Brown, Robert (1866). On the Organs and Mode of Fecundation of Orchidex and Asclepiadea. Miscellaneous Botanical Works I: 511–514.
↑ ^a ^b (de) Cremer, Thomas (1985). Von der Zellenlehre zur Chromosomentheorie. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo. ISBN 978-3-540-13987-4. Online versie

_{Engelstalige Wikipedia}

Dit artikel of een eerdere versie ervan is een (gedeeltelijke) vertaling van het artikel Cell nucleus op de Engelstalige Wikipedia, dat onder de licentie Creative Commons Naamsvermelding/Gelijk delen valt. Zie de bewerkingsgeschiedenis aldaar.

Literatuur

_Algemeen

Steven A. & Lowe J. (1997). Histologie van de mens. Bohn Stafleu van Loghum, Houten. ISBN 9789031324354.
Prinsen, J. & van der Leij, F. (2015). De bouwstenen van het leven. Wageningen Academic Publishers. ISBN 978-90-8686-270-2.
(en) Alberts, B. (2015). Molecular Biology of The Cell, 6th edition. Garland Science, New York. ISBN 978-0-8153-4464-3.
(en) Harris Busch (2012). The Cell Nucleus. Volume 1. Elsevier. ISBN 9780323143332.
(en) Kierszenbaum, A. & Tres, L. (2015). Histology and Cell Biology: An Introduction to Pathology, 4. Elsevier Health Sciences. ISBN 9780323313353.
(en) Pollard TD, Earnshaw WC, Lippincott-Schwartz J. (2007). Cell Biology. Elsevier Health Sciences, Philadelphia. ISBN 9781437700633.

_Reviews

(en) Lamond AI, Earnshaw WC (1998). Structure and function in the nucleus. Science 280 (5363): 547–53. DOI: 10.1126/science.280.5363.547. Vrije toegang
(en) Pederson T. (2011). The nucleus introduced. Cold Spring Harbor perspectives in biology, 3(5), a000521. DOI:10.1101/cshperspect.a000521 Vrije toegang
(en) Lusk C. & King M. (2017). The nucleus: keeping it together by keeping it apart. Curr Opin Cell Biol. 44: 44-50. DOI: 10.1016/j.ceb.2017.02.001. Vrije toegang
(en) Schöfer, C., & Weipoltshammer, K. (2018). Nucleolus and chromatin. Histochem Cell Biol. 150 (3): 209–225. DOI: 10.1007/s00418-018-1696-3. Vrije toegang

Externe links

Cellnucleus.com Informatie over de structuur en functie van de celkern, Departement Oncologie van de Universiteit van Alberta.
The Nuclear Protein Database Database over de componenten binnen de celkern.
Nucleus – an overview Overzicht van wetenschappelijke artikelen.

Zie de categorie Cell nucleus van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.

[6] Dit aantal varieert enorm, van een paar honderd kernporiën in gliacellen tot bijna 20.000 poriën in purkinjecellen (zenuwcellen van de hersenen).^[2]

[10] Het kernlamina lijkt een evolutionaire aanpassing te zijn aan de beweeglijke levenswijze van dieren. Defecten in de ontwikkeling van het kernlamina leiden veelal tot spieraandoeningen.^[8]

[12] Lamine-monomeren bevatten een herhalende alfa-helixstructuur waardoor ze makkelijk dimeriseren en in zichzelf vastdraaien tot een touwachtige keten. Afbraak en opbouw van deze ketens wordt dynamisch gereguleerd.^[9]

[19] Een zeer klein gedeelte van het genoom, het mitochondriaal DNA, bevindt zich echter in de mitochondriën. Ook chloroplasten bevatten hun eigen DNA. Gedurende de evolutie zijn bepaalde genen naar het kern-DNA overgedragen.^[15]

[24] Een groot deel van de snoRNA's zijn introns die afkomstig zijn uit spliced messenger RNA, coderende voor andere genen die betrokken zijn bij ribosoomfuncties.^[19]

[28] Dit zijn afzettingen van het eiwit coiline.^[22] Coilinecomplexen zijn minuscule, discrete pakketjes die in de celkern voorkomen binnen dichte distributiefoci.

[30] De lichaampjes danken hun naam Gemini (tweelingen) aan dit feit.^[22]

[42] Door een enzymatisch mechanisme is GTP (guaninetrifosfaat) voornamelijk aanwezig in de celkern, en GDP (guaninedifosfaat) in het cytoplasma. Dit concentratieverschil vormt een zogenaamd gradiënt.^[2]

[55] Deze hypothese komt in essentie sterk overeen met de endosymbiontentheorie, die stelt dat mitochondriën en chloroplasten ontwikkeld zijn uit endosymbiotische prokaryoten die in een voorouderlijke eukaryotische cel zijn gaan leven.^[46]

[Rippe-1] (en) Rippe, K. (2007). Dynamic organization of the cell nucleus. Current Opinion in Genetics & Development 17 (5): 373-380. DOI: 10.1016/j.gde.2007.08.007.

[Alberts-2] ↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f (en) Alberts, B (2015). Molecular biology of the Cell, 6th. Garland Science, 649–657. ISBN 978-0815340720.

[3] (en) Clegg JS (1984). Properties and metabolism of the aqueous cytoplasm and its boundaries. The American Journal of Physiology 246 (2 Pt 2): R133-51. PMID 6364846. DOI: 10.1152/ajpregu.1984.246.2.R133.

[Paine-4] (en) Paine PL, Moore LC, Horowitz SB (1975). Nuclear envelope permeability. Nature 254 (5496): 109–14. PMID 1117994. DOI: 10.1038/254109a0.

[Lodish-5] (en) Lodish H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, Zipursky SL, Darnell J (2004). Molecular Cell Biology, 5th. WH Freeman, New York. ISBN 978-0-7167-2672-2.

[Shulga-7] Shulga N, Mosammaparast N, Wozniak R, Goldfarb DS (2000). Yeast nucleoporins involved in passive nuclear envelope permeability. The Journal of Cell Biology 149 (5): 1027–38. PMID 10831607. PMC 2174828. DOI: 10.1083/jcb.149.5.1027.

[Pemberton-8] (en) Pemberton LF, Paschal BM (2005). Mechanisms of receptor-mediated nuclear import and nuclear export. Traffic 6 (3): 187–98. PMID 15702987. DOI: 10.1111/j.1600-0854.2005.00270.x.

[Mans-9] (en) Mans BJ, Anantharaman V, Aravind L, Koonin EV (2004). Comparative genomics, evolution and origins of the nuclear envelope and nuclear pore complex. Cell Cycle 3 (12): 1612–37. PMID 15611647. DOI: 10.4161/cc.3.12.1316.

[Sturrman-11] (en) Stuurman N, Heins S, Aebi U (1998). Nuclear lamins: their structure, assembly, and interactions. Journal of Structural Biology 122 (1-2): 42–66. PMID 9724605. DOI: 10.1006/jsbi.1998.3987.

[RGoldman-13] (en) Goldman RD, Gruenbaum Y, Moir RD, Shumaker DK, Spann TP (2002). Nuclear lamins: building blocks of nuclear architecture. Genes & Development 16 (5): 533–47. PMID 11877373. DOI: 10.1101/gad.960502.

[Moir-14] (en) Moir RD, Yoon M, Khuon S, Goldman RD (2000). Nuclear lamins A and B1: different pathways of assembly during nuclear envelope formation in living cells. The Journal of Cell Biology 151 (6): 1155–68. PMID 11121432. DOI: 10.1083/jcb.151.6.1155.

[Spann-15] (en) Spann TP, Goldman AE, Wang C, Huang S, Goldman RD (2002). Alteration of nuclear lamin organization inhibits RNA polymerase II-dependent transcription. The Journal of Cell Biology 156 (4): 603–8. PMID 11854306. PMC 2174089. DOI: 10.1083/jcb.200112047.

[Mounkes-16] (en) Mounkes LC, Stewart CL (2004). Aging and nuclear organization: lamins and progeria. Current Opinion in Cell Biology 16 (3): 322–7. PMID 15145358. DOI: 10.1016/j.ceb.2004.03.009.

[Schermelleh-17] (en) Schermelleh L, Carlton PM, Haase S (2008). Subdiffraction multicolor imaging of the nuclear periphery with 3D structured illumination microscopy. Science (journal) 320 (5881): 1332–6. PMID 18535242. DOI: 10.1126/science.1156947.

[18] (en) Blanchard JL, Lynch M (2000). Organellar genes: why do they end up in the nucleus?. Trends Genet. 16 (7): 315–20. PMID 10858662. DOI: 10.1016/S0168-9525(00)02053-9. .

[Grigoryev-20] (en) Grigoryev SA, Bulynko YA, Popova EY (2006). The end adjusts the means: heterochromatin remodelling during terminal cell differentiation. Chromosome Research 14 (1): 53–69. PMID 16506096. DOI: 10.1007/s10577-005-1021-6.

[Rothfield-21] (en) Rothfield NF, Stollar BD (1967). The relation of immunoglobulin class, pattern of anti-nuclear antibody, and complement-fixing antibodies to DNA in sera from patients with systemic lupus erythematosus. The Journal of Clinical Investigation 46 (11): 1785–94. PMID 4168731. PMC 292929. DOI: 10.1172/JCI105669.

[Barned-22] (en) Barned S, Goodman AD, Mattson DH (1995). Frequency of anti-nuclear antibodies in multiple sclerosis. Neurology 45 (2): 384–5. PMID 7854544. DOI: 10.1212/WNL.45.2.384.

[Hernandez-Verdun-23] (en) Hernandez-Verdun D (2006). Nucleolus: from structure to dynamics. Histochemistry and Cell Biology 125 (1-2): 127–37. PMID 16328431. DOI: 10.1007/s00418-005-0046-4.

[Dundr-25] (en) Dundr M, Misteli T (2001). Functional architecture in the cell nucleus. The Biochemical Journal 356 (Pt 2): 297–310. PMID 11368755. PMC 1221839. DOI: 10.1042/0264-6021:3560297.

[Goebel-26] (en) Goebel HH, Warlo I (1997). Nemaline myopathy with intranuclear rods--intranuclear rod myopathy. Neuromuscular Disorders 7 (1): 13–9. PMID 9132135. DOI: 10.1016/S0960-8966(96)00404-X.

[MateraFrey-27] (en) Matera AG, Frey MR (1998). Coiled bodies and gems: Janus or gemini?. American Journal of Human Genetics 63 (2): 317–21. PMID 9683623. PMC 1377332. DOI: 10.1086/301992.

[29] Cioce M, Lamond AI (2005). Cajal bodies: a long history of discovery. Annual Review of Cell and Developmental Biology 21: 105–31. PMID 16212489. DOI: 10.1146/annurev.cellbio.20.010403.103738.

[Matera-31] (en) Matera AG (1998). Of coiled bodies, gems, and salmon. Journal of Cellular Biochemistry 70 (2): 181–92. PMID 9671224.

[32] (en) Navascues J, Berciano MT, Tucker KE, Lafarga M, Matera AG (June 2004). Targeting SMN to Cajal bodies and nuclear gems during neuritogenesis. Chromosoma 112 (8): 398–409. PMID 15164213. PMC 1592132. DOI: 10.1007/s00412-004-0285-5.

[:0-33] (en) Lafarga M, Berciano MT, Pena E. (2002). Clastosome: a subtype of nuclear body enriched in 19S and 20S proteasomes, ubiquitin, and protein substrates of proteasome. Molecular Biology of the Cell 13 (8): 2771–82. PMID 12181345. PMC 117941. DOI: 10.1091/mbc.e02-03-0122.

[34] (en) Sampuda KM, Riley M, Boyd L (2017). Stress induced nuclear granules form in response to accumulation of misfolded proteins in Caenorhabditis elegans. BMC Cell Biology 18 (1): 18. PMID 28424053. PMC 5395811. DOI: 10.1186/s12860-017-0136-x.

[:1-35] (en) Carmo-Fonseca M, Berciano MT, Lafarga M (2010). Orphan nuclear bodies. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 2 (9): a000703. PMID 20610547. PMC 2926751. DOI: 10.1101/cshperspect.a000703.

[Lallemand2010-36] Lallemand-Breitenbach V, de Thé H (2010). PML nuclear bodies. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 2 (5): a000661. PMID 20452955. PMC 2857171. DOI: 10.1101/cshperspect.a000661.

[37] (en) Berg, J. (2015). Biochemistry, 8th edition. W. H. Freeman and Company, New York, pp. 470-474. ISBN 978-1-4641-2610-9.

[38] (nl) Prinsen J. & Van der Leij, F. (2015). De bouwstenen van het leven. Wageningen Academic Publishers. ISBN 978-90-8686-270-2.

[browner-39] (en) Browner WS, Kahn AJ, Ziv E, Reiner AP. (2004). The genetics of human longevity. Am J Med 117 (11): 851–60. PMID 15589490. DOI: 10.1016/j.amjmed.2004.06.033.

[Alberts2-40] (en) Alberts, B (2015). Molecular biology of the Cell, 6th. Garland Science, p. 299. ISBN 978-0815340720.

[Watson-41] (en) Watson JD, Baker TA, Bell SP, Gann A, Levine M, Losick R (2004). Molecular Biology of the Gene, 5th. Peason Benjamin Cummings; CSHL Press., "Ch9–10". ISBN 978-0-8053-9603-4.

[Lippincott-Schwartz-43] (en) Lippincott-Schwartz J (2002). Cell biology: ripping up the nuclear envelope. Nature 416 (6876): 31–2. PMID 11882878. DOI: 10.1038/416031a.

[44] (en) Bruusgaard JC, Liestøl K, Ekmark M, Kollstad K & Gundersen K. (2003). Number and spatial distribution of nuclei in the muscle fibres of normal mice studied in vivo. The Journal of physiology 551 (2): 467–478. PMID 12813146. DOI: 10.1113/jphysiol.2003.045328. Vrije toegang

[45] (en) Gregory T.R. (2001). The Bigger the C-Value, the Larger the Cell: Genome Size and Red Blood Cell Size in Vertebrates. Blood Cells, Molecules and Diseases 27 (5): 830–843. PMID 11783946. DOI: 10.1006/bcmd.2001.0457.

[Hutter-46] (en) Hutter KJ, Stöhr M (1982). Rapid detection of mutagen induced micronucleated erythrocytes by flow cytometry. Histochemistry 75 (3): 353–62. PMID 7141888. DOI: 10.1007/bf00496738.

[47] (en) Raven, P. (2013). Biology of Plants, 8th edition. W.H. Freeman Publishers, "23: Cells and tissues of the plant body", 547–552. ISBN 9781464113512.

[pmid29619017-48] (en) Wallen RM, Perlin MH (2018). An Overview of the Function and Maintenance of Sexual Reproduction in Dikaryotic Fungi. Front Microbiol 9: 503. PMID 29619017. PMC 5871698. DOI: 10.3389/fmicb.2018.00503. Vrije toegang

[Imanian2012-49] (en) Imanian B, Pombert JF, Dorrell RG, Burki F, Keeling PJ (2012). Tertiary endosymbiosis in two dinotoms has generated little change in the mitochondrial genomes of their dinoflagellate hosts and diatom endosymbionts. PLOS ONE 7 (8): e43763. PMID 22916303. PMC 3423374. DOI: 10.1371/journal.pone.0043763. Vrije toegang

[Mine2008-50] (en) Mine, I.; Menzel, D.; Okuda, K. (2008). Morphogenesis in giant-celled algae. Int. Rev. Cell Mol. Biol. International Review of Cell and Molecular Biology 266: 37–83. DOI: 10.1016/S1937-6448(07)66002-X.

[McInnes-51] (en) McInnes A, Rennick DM (1988). Interleukin 4 induces cultured monocytes/macrophages to form giant multinucleated cells. The Journal of Experimental Medicine 167 (2): 598–611. PMID 3258008. PMC 2188835. DOI: 10.1084/jem.167.2.598.

[Goldring-52] (en) Goldring SR, Roelke MS, Petrison KK, Bhan AK (1987). Human giant cell tumors of bone identification and characterization of cell types. The Journal of Clinical Investigation 79 (2): 483–91. PMID 3027126. PMC 424109. DOI: 10.1172/JCI112838.

[Pennisi-53] (en) Pennisi E (2004). Evolutionary biology. The birth of the nucleus. Science 305 (5685): 766–8. PMID 15297641. DOI: 10.1126/science.305.5685.766.

[54] Margulis, Lynn (1981). Symbiosis in Cell Evolution. W. H. Freeman and Company, San Francisco, 206–227. ISBN 978-0-7167-1256-5.

[56] (en) LóPez-García P., Moreira D. (2001). Symbiosis. Cellular Origin, Life in Extreme Habitats and Astrobiology. Springer, Dordrecht. DOI:10.1007/0-306-48173-1_8, "The Syntrophy Hypothesis for the Origin of Eukaryotes". ISBN 978-1-4020-0189-5.

[57] (en) Horiike T, Hamada K, Kanaya S, Shinozawa T. (2001). Origin of eukaryotic cell nuclei by symbiosis of Archaea in Bacteria is revealed by homology-hit analysis. Nat Cell Biol. 3 (2): 210–214. PMID 11175755.

[Lopez-Garcia-58] (en) López-García P, Moreira D (2006). Selective forces for the origin of the eukaryotic nucleus. BioEssays 28 (5): 525–33. PMID 16615090. DOI: 10.1002/bies.20413.

[Fuerst-59] (en) Fuerst JA (2005). Intracellular compartmentation in planctomycetes. Annual Review of Microbiology 59: 299–328. PMID 15910279. DOI: 10.1146/annurev.micro.59.030804.121258.

[60] Leeuwenhoek, A. van: Opera Omnia, seu Arcana Naturae ope exactissimorum Microscopiorum detecta, experimentis variis comprobata, Epistolis ad varios illustres viros. J. Arnold et Delphis, A. Beman, Lugdinum Batavorum 1719–1730. Geciteerd volgens: Dieter Gerlach, Geschichte der Mikroskopie. Verlag Harri Deutsch, Frankfurt am Main, Duitsland, 2009. ISBN 978-3-8171-1781-9.

[61] (en) Brown, Robert (1866). On the Organs and Mode of Fecundation of Orchidex and Asclepiadea. Miscellaneous Botanical Works I: 511–514.

[Cremer-62] (de) Cremer, Thomas (1985). Von der Zellenlehre zur Chromosomentheorie. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo. ISBN 978-3-540-13987-4. Online versie

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[a]

[6]

[7]

[b]

[c]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[d]

[16]

[17]

[18]

[19]

[e]

[20]

[21]

[f]

[23]

[g]

[24]

[25]

[26]

[27]

[28]

[29]

[30]

[31]

[32]

[33]

[34]

[h]

[35]

[36]

[37]

[38]

[39]

[40]

[41]

[42]

[43]

[44]

[45]

[i]

[47]

[48]

[49]

[50]

[51]

[52]

[53]

[8]

[9]

[15]

[22]

[46]

Algemene structuren:	celkern · celmembraan · cytoplasma · cytoskelet · cytosol · dictyosoom · endoplasmatisch reticulum · flagel · golgicomplex · lysosoom · microtubulus · mitochondrion · nucleolus · peroxisoom · ribosoom · trilhaar · vesikel
Specifiek voor dierlijke cel:	centriool · centrosoom
Specifiek voor plantaardige cel:	amyloplast · bladgroenkorrel · celwand · chloroplast · chromoplast · elaioplast · etioplast · gerontoplast · leukoplast · nucleomorf · plasmodesma · plastide · proplastide · proteïnoplast · statoliet · vacuole