В.И. Иванов - Генетика (1117686), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Повторам аминокислот в полипептидных цепях коллагена соответствуют повторы кодонов в экзонах гена Со11а1. Из этого примера видно, что не только уникальные последовательности, но, и повторы в генах могут иметь функциональное значение в кодируемых ими полипептидных цепях. Таким образом, роль повторяющихся элементов генома может быть различной. Некоторые из них, например теломерные и альфоидные повторы, имеют структурное значение; то же время повторяющиеся гены рРН К обеспечивают более высокий уровень синтеза продукта, т.е. играют функциональную роль. Роль микросателлитных повторов, диспергированных по геному а также А1ц, П)ЧЕ и многих других повторяющихся последовательностей пока остается неясной. 4.2.
ХРОМОСОМНЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА После открытия структуры ДНК долгое время полагали, по бакгериальная хромосома представляет собой чистую ДНК в виде двойной спирали. Однако позднее выяснилось, что хромосома прокариот содержит в своей структуре примерно 20% белков. Их роль — обеспечить определенную компактизацию и прикрепление ДНК к оболочке бактерии. В настоящее время белки прокариотической хромосомы известны Показано, что мутации в соответствующих генах не приводят к заметным феноти и ическим проявлениям. По-видимому, роль этих белков вспомогательная, и они могут заменять друг друга в создании определенной структуры.
Таким образом, прокариоты, в отличие от эукариот, не имеют высокоспециализированной системы организации хромосомы. )хромосома эукариот состоит в основном из белков (50 — 60%) и дНК, с нези „ тельным количеством молекул РНК (до! 0% от количества дН К). Белки можно д разделить на гистоновые (половина или большая доля белков хромосомы) и негистоновые. В свою очередь гистоновые белки, доля которых в структуре хромосомы составляетдо 80%, делятся на 5 основных классов: НЗ, Н4, Н2А и Н2В и Н!. Негисто- <в Чиггиь /. <)бщггв, гие<пика <ювые белки (гю большей части кислые, вотличие от гистонов) представлены больп<им количеством различных видов. Показано, что все они участвуют в образовании структур надмолекулярного уровня.
4.2.1. УРОВНИ УПАКОВКИ ХРОМАТИНА Хромосомная ДНК эукариотической клетки упакована исключительно компактно. Например, самая маленькая хромосома человека — 22, содержит примерно 4.6 10" «.н., что соответствует длине 1,4 см. Во время митоза эта хромосома укорачивается ло 2 мкм, те. становится в 7000 раз компактнее.
Очевидно, чтобы достичь такой <<лотности упаковки и сохранить эффективность основных генетических процессов (как правило, связанных с локальной распаковкой), структура хромосомы должна иметь несколько уровней организации. Вещество хромосомы — хроматин. В этом <срминс подчеркивается способность вещества хромосомы к окрашиванию, видимоес уже на стадии интерфазы. Химическая структура хроматина различается по дли«с хромосомы, а сам хроматин претерпевает различные уровни своей упаковки от <ппсрфазы до метафазы клеточных делений. Существуют две наиболее известные модели, объясняющие механизм упаковки хроматина.
Согласно одной из них, наиболсс известной в зарубежной литературе, нить ДНК претерпевает пять уровней ком<шктизации от 2 нм (ее собственный диаметр) до 1400 нм (высококонденсирощп «игя метафазная хромосома). Низшим уровнем иерархической организации хро- днк Рис. 4.8. Структура нуклеосомы. (По: Гилберт, 1995) Нукпеосомы образуют нукпеосомную фибриппу диаметром 11 нм. 14б пвр оснований ДНК накручены нв октвмер гистонов.
Каждый из четырех гистонов (Н2Я, Н2В, НЗ и Н4) повторен два- жды )лала 4. Миогаурпвиелаи оргаииэанил генома Короткийучвсток и к и ~к и ' и ~ деайНОй Сяяраяя ДНК е ъы ъ г 11 нм Хроматнн в форме «бусин на нити» Хромвтнноввя фнбрнппв 30 нм, состоящая из упакованных нуклеосом 30 им Петли хроматяновой фябрнплы Конденсированный участок ивтвфаэной хромосомы 700 нм Рис. 4.9.
Уровни компактизации хроматина, следуюшие после образоланил нуклеосом. (По: Албсртс, Брей, Льюис, 1994) Хроматнновая нить (30 нм), петли ДНП (ЗОО нм), хроматндв (600 700 нм) н метвфаэная хромо- сома(1400 нм) мосом считается иуклеоеомиый. Нуклеосома состоит из кора (сердцевины, стержня) и намотанной на него Д НК (146 п н., 1,8 витка). Кор представляет собой гистоновый октамер Н2А, Н2В, НЗ, Н4 (по две молекулы каждого). Хроматин на этой сталин имеет вид ябусиня (глобул диаметром 11 нм), нанизанных на «нить» (молекуляр~ ~ук1 ДН К). Такая структура обеспечивает компактизацию примерно в 6 — 7 раз (рис. 4.8). Вторая ступень компактизации — формирование хдомаикииовой фибриллы дииметром )0 им. В этом процессе участвует гистон Н1, который связывается с ДНК между нуклеосомными корами и сворачивает нуклеосомную фибриллу в спираль, наполо- 70 Часгль!.
Общее репеглипа бис соле~ юила, с шагом в 6 — 8 нуклеосом. Уровень комнактизации на этом этапе постигает ~~римерно 40. Третий этап — пепельно-доменный— наиболее сложный. Соленоидная фибрилла складывается, образуя петли различной длины. Общий уровень компактизации возрастает до 1000, но, очевидно, может различаться в различных районах хромосомы.
Диаметр такой структуры в среднем составляет 300 нм., по-видимому, она наиболее типична для интерфазной хромосомы. г 3 4 5 На четвертом этапе компактизации 300 нм-фибриллы дополнительно сворачиваются, образуя хроматиды диаметром примерно 600 — 700 нм (рис. 4.9). Последняя, пятая, ступень компакгизщ ~ии (и 7000 раз) характерна для метафазной хромосомы; ее диаметр равен 1400 нм. Известна и другая схема ком пактизации хроматина, предложенная Ю.С. Чепцовыиы м. Она основана на данных световой и электронной микроскопии.
Согласно этой модели первым уровнем также является нуклеосомнын. На втором этапе 8 — 10 нуклеосом образуют глобулу, назьпиемую пуклеомером. Ряд сближенных нуклеомеров формирукп' 20 — 30-наномегровую фибриллу. Третий уровень — хромомерныа. Петли фибрилл ДНП, скрепленные негисгоновыми белками, образуют розетковидные структуры. На четвертом — хромонемном уровне происходит их сближение с образованием структур, состоящих из петлевых доменов.
Предполагается, что на следующем, пятом, уровне компактизации, характерном для хроматид, происходит спиральная укладка хромо~ ~смных нитей (рис. 4.10). 4.2.2. СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ХРОМОСОМ Несмотря на большие успехи в изучении тонкой структуры хроматина, полной ясности в том, как устроена хромосома у эукариот, нет. На основании данных, полученных молекулярными методами, предложена модель петельно-доменной организации интерфазных хромосом. Согласно этой модели хромосома состоит из петель основания которых «зая коре н ы» на ядерном матр иксе.
Такая петля может содержать один или несколько генов. При инактивации генов соответствующий петельный домен компакгизуется в суперсоленоид, а при активации происходит так называемое «выпетливание». Для обозначения нуклеотидных последовательностей, связанных с ядерным матриксом, принята аббревиатура МАХ (от англ.
глагпх аллое(агег( гехгопл7; участки, связанные с интерфазным/хромосомным матриксом (скэффолдом) назы- 71 (лава 4. Мнон>уравнения организация генома ноют БАК (от англ. легЯоЫ апас)>тенг геягог>в). 111н > ниии астся, что»рикрс»лс»ис»с гли к скэг1>г1юлду полдерживает «открытук>» конфшурш>ию хромосом>юго ломе>иь Б>ыло высказа>ю предположение о том, что МА1Ь!БАКв-последо>гательности яшшются >раницами структурно-функционалы>ых единиц эукариотических хромосом. Однако имеющиеся примеры обнаружения МАКа,>БАКз не только по флангам гена, >ю и в интронах противоречат этой гипотезе и свидетельствуют о необходимости дальнейшей экспериментальной проверки.
Предложена модель топологической организации рДНК и связанных с ней белков транскрипционного комплекса в структуре ядрышкового организатора (ЯОР), согласно которой активные копии рДНК локализованы в больших петлях. Эти петли прикреплены к хромосомному скэффолду, а снаружи как бы покрыты «шапкой» из белков транскрипционного комплекса. Плотно упакованные петли состоят из неактивных копий рДН К. Согласно одной из гипотез, мультикопийный комплекс рибосомных генов у животных состоит из генов четырех типов: активно-транскрибирусмых, потенциально активных (не транскрибируемых в данном типе клеток), неактивных и молчащих.
Прочную связь с ядерным матриксом имеют активные и потенциально-активные повторы; непрочную, разрушаемую протеазным гидролизом,— »сактивные копии. В интерфазном ядре неактивные копии обнаруживакпся в фибриллярном центре ЯОР а молчащие — вне ядрышка.
Неактивные копии слабо метилированы и в основном в области 185-цистрона, в то время как «молчащие» копии интенсивно метилированы по всей длине транскрибируемых областей генов. Метилирование ДНК является одним из механизмов инакгивации различных генов, атом числе и рибосомных (подробнее см. гл. 12). Показано, что неактивные копии рД1! К обладают нуклеосомной организацией, тогда как активные — лишены нуклеосом. 4.2.3.
ЭУХРОМАТИН И ГЕТЕРОХРОМАТИН Эукариотическая хромосома состоит из эухроматина и гетерохроматина. Этот термин известен с 1930-х годов, когда Э. Хайц открыл окрашивающиеся гранулы в интсрфазных ядрах, сохраняющие свое компактное состояние на протяжении всего клеточного цикла. Эти структуры были названы гетерахраматввам.
По расположению в хромосоме и по тому времени, в котором эта часть хром агина находится в компактном состоянии, различают гетерохроматин двух типов; ноны етитутивныи и 4акультативный. Факультативный гетерохроматин представлен, например, одной из двух Х-хромосом человека, отцовским набором хромосом у кок»ид (семейство божьих коровок). Одна из двух Х-хромосом человека, плотно упаковл >- > и>я, находится при ядерной мембране в виде телец Барра на стадии интерфазы. Консгитутивный гетерохроматин локализован в при центромерных и теломерных участках хромосом.
Химическая структура его известна. Он состоит из различных фракций как умеренных, так и многократно повторяющихся последовательностей (о повторах см. равд. 4.! .3). Функции гетерохроматина пока еше недостаточно изучены. Возможно, он и>)>ает струк>урпую роль, поскольку расположен рядом с центромерой. Очевидно, по Чооиь ( Олими гииеиими ромосомные псрссзройки, как правило, затрагиьчщп именно гетерохроматин. Вот ючему локализация в гетерохроматиновых участках структурных генов с уникальпями последовательностями могла бы привести к увеличению частоты мутаций.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
