obshaya_tsitologia (1120994), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Старые и новые октамеры гистоновраспределяются между дочерними дуплексами ДНК случайным образом.Что происходит со старыми нуклеосомами в вилке репликациии ДНК доконца не ясно. Согласно одной из гипотез, каждая из нуклеосом при подходе кней репликативной вилки как бы расщепляется на две «полунуклеосомы», ануклеосомная ДНК разворачивается, чтобы дать пройти этот участок ДНКполимеразе.
После этого новосинтезированная цепь ДНК связывается сосвободными гистонами, которые есть в избытке в ядре, и образуются новыенуклеосомы на второй цепи ДНК.Как уже упоминалось, для активно функционирующих зон хроматинахарактерно деконденсированное, диффузное,состояние. На этом свойствехроматина основан один из методов получения фракций активного хроматина,127когда с помощью центрифугирования удается осадить конденсированныйхроматин из гомогенатов ядер, отделив его тем самым от диффузногохроматина, обладающего высокой транскрипционной активностью.
Фракцииактивного хроматина обладают рядом характерных свойств: повышеннойчувствительностью к нуклеазам, повышенным уровнем модификации гистонов(особенно ацетилированием гистона H1), повышенным содержанием некоторыхнегистоновых белков.Биохимические данные показывают, что во время транскрипции частьнуклеосомнвх белков остается связанной с ДНК.
Нуклеосомы как частицывидны на хроматиновых фибриллах как до места отхождения транскрипта, так ипосле него при редкой посадке РНК-полимеразы, фермента вдвое большего, чемнуклеосома. При частой посадке этого фермента (например при транскрипциирибосомных генов, или генов в других активных локусах), частицы РНКполимеразы располагаются тесно друг к другу и между ними нуклеосомы невидны (рис. 101). Вероятнее всего нуклеосомные белки при прохождении РНКполимеразы не теряют связи с ДНК, а сама ДНК в составе нуклеосомыразворачивается. Предлагаются два варианта изменения структуры нуклеосомпри синтезе РНК. При одном их них нуклеосома «расщепляется» на две полунуклеосомы, а ДНК разворачивается; при другом – нуклеосома частичнодекомпактизируясь, сохраняет тетрамер H3-H4, а два димера H2A-H2B временноотходят, а затем, после прохождения РНК-полимеразы, возвращаются, при этомвосстанавливается исходная нуклеосома.Второй уровень компактизациии – 30 нм фибриллаТаким образом первый, нуклеосомный, уровень компактизации хроматинаиграет как регуляторную, так и структурную роль, обеспечивая плотностьупаковки ДНК приблизительно в 6-7 раз.Однаковомногихэлектронномикроскопическихисследованиях былопоказано, что как в митотических хромосомах, так и в интерфазных ядрахвыявляются фибриллы хроматина с диаметром 30 нм (рис.
57в, 62).128Хроматиновые фибриллы такого диаметра были видны как на ультратонкихсрезах после фиксации глутаровым альдегидом, так и на препаратахвыделенного хроматина и выделенных хромосом в растворах, содержащих хотябы низкие концентрации двухвалентных катионов. Было показано, что 30 нмфибрилла хроматина может обратно менять свой диаметр, становитсяфибриллой с толщиной 10 нм, если препараты хроматина переводить вдеионизованную воду или в растворы, содержащие хелатон ЭДТА. С другойстороны, даже частичная экстракция гистона H1 переводит исходные 30 нмфибриллы хроматина в 10 нм нити, имеющие типичный нуклеосомный уровеньорганизации.ПридобавлениикнимгистонаH1восстанавливаетсяпервоначальный диаметр фибрилл.Все это говорило о том, что нуклеосомные цепочки хроматина каким-тоспецифическим образом уложены так, что возникает не хаотическая агрегациянуклеосом, а правильная нитчатая структура с диаметром 30 нм.Относительно характера упаковки нуклеосом в составе 30 нм фибриллыхроматина существует, по крайней мере, две точки зрения.Одна из них защищает, т.н.
соленоидный тип укладки нуклеосом. Согласноэтой модели, нить плотно упакованных нуклеосом диаметром 10 нм образует всвою очередь спиральные витки с шагом спирали около 10 нм. На один витоктакой суперспирали приходится 6 нуклеосом (рис. 62). В результате такойупаковки возникает фибрилла спирального типа с центральной полостью,которая иногда на негативно окрашенных препаратах бывает видна как узкий«канал» в центре фибриллы. При частичном разворачивании, декомпактизациитакой фибриллы и нанесении ее на подложку хорошо видно «зигзагообразное»расположение нуклеосом вдоль фибриллы.
Считается, что гистон H1обеспечивает взаимодействие между соседними нуклеосомами, не толькосближая и связывая их друг с другом, но и обеспечивая кооперативную связьнуклеосом так, что образуется довольно плотная спираль из 10 нм фибриллы.Удаление, даже частичное, гистона H1 вызывает переход 30 нм фибриллы в 10129нм фибриллу, а полное удаление его вызывает разворачивание последней вструктуру типа «бусин-на-нити».
Такой соленоидный тип упаковки ДНКприводит к плотности упаковки равной приблизительно 40 (т.е. на каждый мкмнити приходится 40 мкм ДНК). Эти представления получили подтверждениепри анализе структуры хроматина с помощью дифракции рентгеновских лучей инейтронов. Здесь необходимо отметить, что представление о соленоидном типеукладки получены из анализа вторично конденсированного хроматина. Вначалебыли получены препараты хроматина в присутствии ЭДТА или выделялись врастворах низкой ионной силы в присутствии ионов магния. Во всех этихслучаях первоначально хроматин деконденсировался до уровня «бусин нанити», где отсутствует или дестабилизируется контакт между нуклеосомами.Если же исследовать хроматин в составе ядер или в виде выделенныхпрепаратов, но при поддержании определенной концентрации двухвалентныхкатионов (не ниже 1мМ), то можно видеть дискретность в составе 30 нмфибрилл хроматина: она состоит как бы из сближенных глобул того же размера,из нуклеомеров.
В зарубежной литературе такие 30 нм глобулы илинуклеомеры получили название сверхбусин («супербиды») (рис. 57в, 62). Былообнаружено, что если в условиях, когда нуклеомерная структура фибриллхроматинасохраняется,препаратыхроматинаподвергнутьнуклеазнойобработке, то часть хроматина растворяется. При этом в раствор выходятчастицы, имеющие размер около 30 нм с коэффициентом седиментации равным45S в растворах, содержащих 1 мМ магния. Если такие выделенные нуклеомерыобработатьЭДТА,удалитьионымагния,тоониразворачиваютсявнуклеосомные цепочки, содержащие 6-8 нуклеосом. Таким образом, в составодного нуклеомера входит отрезок ДНК, соответствующий 1600 парамоснований или 8 нуклеосомам.Компактность нуклеомера зависит от концентрации ионов магния и наличиягистонаH1.Негистоновыебелкивконформационныхпревращенияхнуклеомеров не участвуют.130Таким образом основная 30 нм фибрилла хроматина представляет собойлинейное чередование нуклеомеров вдоль компактизованной молекулы ДНК(рис.
62). Вероятно, что гистоны H1, находясь в центральной зоне этой крупнойчастицы, взаимодействуя друг с другом, поддерживают ее целостность. В пользуэтого говорят данные о кооперативном связывании гистонов H1 в группе по 6-8молекул.Противоречие между соленоидной и нуклеомерной моделью упаковкинуклеосом в составе фибрилл хроматина может быть снято, если принятьмодель нерегулярного соленоида: число нуклеосом на виток спирали неявляется строго постоянной величиной, что может привести к чередованиюучастков с большим или меньшим числом нуклеосом на виток.Нуклеомерный уровень укладки хроматина обеспечивает 40 кратноеуплотнение ДНК, что важно не только для достижения целей компактизациигигантских молекул ДНК.
Компактизация ДНК в составе 30 нм фибриллхроматина может налагать дополнительные функциональные ограничения. Такбыло обнаружено, что в составе 30 нм фибриллы хроматина ДНК становитсяпрактически недоступной для взаимодействия с таким ферментом как метилазаДНК. Кроме того резко падает способность хроматина связываться с РНКполимеразой и рядом регуляторных белков. Таким образом второй уровенькомпактизации ДНК может играть роль фактора, инактивирующего гены.В заключении необходимо еще раз напомнить, что как нуклеосомный, так инуклеомерный(супербидный)уровникомпактизацииДНКхроматинаосуществляются за счет гистоновых белков, которые участвуют не только вобразовании нуклеосом, но и в их кооперативном объединении в виде фибриллДНП, где ДНК претерпевает дополнительную сверхспирализацию.
Всеостальные уровни компактизации связаны с дальнейшим характером укладки 30нм фибрилл в новые компактизационные уровни, где ведущую роль играютнегистоновые белки.131Негистоновые белкиНегистоновые белки составляют около 20% от всех белков хроматина. Поопределению, негистоновые белки – это все белки хроматина, кроме гистонов,выделяющиеся с хроматином или хромосомами. Это сборная группа белков,отличающихсядруг от друга как по общим свойствам, так и пофункциональной значимости. Около 80% из негистоновых белков относится кбелкам ядерного матрикса, обнаруживаемых как в составе интерфазных ядер,так и митотических хромосом. Эта группа белков будет отдельно рассмотрена вразделе, посвященном комплексу структур, входящих в состав ядерногоматрикса: фиброзный слой или ламина ядерной оболочки и внутренний ядерныйматрикс, интерхроматиновая сеть, матрикс ядрышка.Во фракцию негистоновых белков может входить около 450 индивидуальныхбелков с различной молекулярной массой (5-200 кД).
Часть этих белковводорастворима, часть растворима в кислых растворах, часть непрочно связана схроматином и диссоциирует при 0,35 М концентрации солей (3 М NaCI) вприсутствииденатурирующихагентов(5Ммочевина).Поэтомухарактеристика и классификация этих белков затруднена, а сами белки ещенедостаточно изучены.Среди негистоновых белков обнаруживается целый ряд регуляторных белковкак стимулирующих инициацию транскрипции, так и ингибирующих ее,обнаруженыбелкиспецифическисвязывающиесясопределеннымипоследовательностями на ДНК.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
