obshaya_tsitologia (1120994), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Более того один из белков матрикса («скэффолда») митотическиххромосом, белок Scl оказался просто топоизомеразой II. С помощьюиммунофлуоресценции было показано, что на интерфазных хромосомах Sclлокализуется в основании петель ДНК.При изучении кинетики гидролиза вновь синтезированной ДНК нуклеазамибыло обнаружено, что ядерный матрикс связан с репликацией ДНК. Былообнаружено, что большая часть ДНК, содержащая радиоактивную метку,связана с матриксом: свыше 70% новосинтезированной ДНК было локализованов зоне внутреннего ядерного матрикса.
Это наблюдение давало основаниесчитать, что на ядерном матриксе происходит инициация и собственнорепликация ДНК. Фракция ДНК, ассоциированная с ядерным матриксом,оказалась обогащенной репликативными вилками. В составе ядерного матриксаобнаружена ДНК-полимераза α, основной фермент репликации ДНК. Кроменего с ядерным матриксом связаны и другие ферменты репликативногокомплекса (реплисомы): ДНК-праймаза, ДНК-лигаза, ДНК-топоизомераза II.Высказана гипотеза о том, что репликация ДНК осуществляется таким образом,что петли ДНК как бы протягиваются через закрепленные в матриксерепликационные комплексы (рис.
70). Было обнаружено, что участки начала143репликации ДНК располагаются вблизи (или совпадают с ними) участковпостоянного прикрепления ДНК к ядерному матриксу.В состав ядерного матрикса входит около 1% РНК, включающей в себя какгетерогенную высокомолекулярную РНК, так и рибосомную РНК, и РНКядерных малых РНП. На возможность связи элементов матрикса с процессамитранскрипции указывали данные о том, что при коротком мечении матриксобогащался быстро меченной гетерогенной РНК. Было обнаружено, что в составбелковвнутреннегоядерногоматриксавходитРНК-полимеразаII,ответственная за синтез информационных РНК.
С ядерным матриксом клетокяйцеводов кур оказалась связанной большая часть (95%) новосинтезированныхпре-мРНК овальбумина и пре-рРНК. Эти наблюдения привели к заключению,что ядерный матрикс может выполнять структурную роль в синтезе,процессинге и транспорте РНК в ядре.С ядерным матриксом связаны собственно транскрибирующиеся гены.Транскрипционные комплексы закреплены на ядерном матриксе, а саматранскрипция осуществляется одновременно с перемещением матричной ДНКотносительно закрепленных транскрипционных комплексов, содержащих РНКполимеразу II. Кроме тРНК и ее предшественников в составе ядерногобелкового матрикса обнаруживаются малые ядерные рибонуклеопротеиды (мяРНП), которые участвуют в созревании информационных РНК, в процессесплайсинга (см.
ниже). Эти РНК-содержащие частицы, иногда называемыесплайсосомами, собраны в группы или кластеры, связанные с белкамиядерного матрикса.Элементы ядерного матрикса могут прямо участвовать в регуляциитранскрипции. Так участки MAR обычно связаны с такими регуляторнымипоследовательностями на ДНК как энхансеры и сайленсеры, определяющимиинтенсивностьтранскрипционныхпроцессов.Наядерномматрикселокализованы белки-рецепторы для ряда стероидных гормонов.144Относительно связи ДНК с элементами ядерного матикса на сегоднясложились представления о том, что эта связь может отражать различныефункциональные особенности.
Так связь ДНК с ламиной может отражатьструктурную, постоянную ассоциацию ДНК, а связь с внутренними элементами– функциональную, связанную как с синтезом ДНК, так и РНК,Поведение белков ядерного матрикса во время митоза изучено еще далеконедостаточно. О судьбе ламины при митозе уже было сказано: ее компонентыразбираются, частично переходя в цитоплазму, частично (ламин В) оставаясь всвязи с мембранами. Относительно компонентов внутриядерного матриксасведений меньше: известно, что часть этих белков входит в состав матрикса(«скэффолда») митотических хромосом.Четвертый – хромонемный уровень упаковки хроматинаИсследуяструктурнуюорганизациюхроматинаихромосомможноопределенно говорить о нескольких уровнях компактизации ДНК.
Первый –нуклеосомный, дающий 7-кратное уплотнение ДНК в составе фибрилл ДНП,второй – 30 н.м. фибрилла или нуклеомерный уровень с40--70-кратнойстепенью упаковки, третий – доменно-петлевой или хромомерный приводящийк 600-700-кратному уплотнению ДНК в составе этих структур. Дляподдержания первых двух уровней компактизации было достаточно участиетолько гистоновых белков, тогда как петлевые и розетко-подобные доменныеструктуры уже требовали участия негистоновых белков, и перехода отспирального или соленоидного типа укладки ДНК к образованию компактныхглобулярных структур, состоящих из петель хроматиновых 30-нм фибрилл, кструктурам типа хромомеров, имеющих уже размеры 0,1-0,2 мкм.Однако еще в классических работах цитологов начала ХХ века как винтерфазных ядрах, так и, особенно, в митотических хромосомах описывалисьнитчатые структуры – хромонемы, имеющие толщину 0,1-0,2 мкм. Ихудавалось наблюдать как на фиксированных объектах, так и в живых клетках.Подробные исследования ультраструктуры митотических хромосом на разных145этапах митоза с помощью электронной микроскопии полностью подтвердилоналичие этого четвертого уровня компактизации хроматина (рис.
71).При изучении ультраструктурных основ строения митотических хромсомнеобходимо учитывать хромонемный уровень компактизации хроматина.Хромонему – нитчатую хроматиновую структуру со средней толщиной 0,1-0,2мкм удается проследить в естественных условиях на разных стадиях начальнойконденсации хромосом в профазе митоза и при деконденсации хромосом втелофазе. Причем такие хромонемы выявляются как в клетках растений, так иживотных (рис.
72, 73).Изучение профазных хромосом как животных, так и растений показывает, чтопроцесс конденсации хромосомного материала включает в себя промежуточныйэтап – образование из фибрилл ДНП нитчатых хромонемных структур,являющихся единицей последующей хромосомной структуризации.В естественных условиях в составе метафазных хромосом хромонемныеэлементы на ультратонких срезах не выявляются. Но по мере деконденсациимитотических хромосом в поздней анафазе и ранней телофазе снова можновидеть признаки хромонемной организации хромосом.
В поздней анафазе, когдахромосомы достигают противоположных полюсов клетки, в их структуре сновавыявляются хроматиновые нитчатые образования с толщиной 0,2 мкм. При этомвсяструктурахромосомразрыхляется,чтоотражаетначалообщейдеконденсации митотических хромосом. Эта начальная стадия деконденсациисвязана не с разрыхлением фибрилл ДНП внутри хромонем, а с расхождением,обособлением участков хромонемы друг от друга. Особенно заметным ивыраженным этот процесс становится в телофазе.
В это время хромосомыначинают увеличиваться в объеме, при этом расстояние между отдельнымиучастками хромонемы также возрастает. В расположении отдельных нитейхромонемы, так же как и в профазных хромосомах, улавливаются признакиспиральности в их укладке: часто видны кольчатые или петлистые незамкнутыеучастки, иногда располагающиеся параллельно друг другу. Спиральность146хромонемы в составе митотических хромосом удается наблюдать в ряде случаевпри частичной искусственной деконденсации выделенных митотическиххромосом (рис.
74). В поздней телофазе хромосомы уже полностью окруженыядерной оболочкой. Хромонемные элементы расходятся на значительныерасстояния, но все же зоны отдельных хромосом еще выявляются. В это времянекоторые участки хромонем начинают разрыхляться, их толщина взрастает.Таким образом, наблюдая за состоянием структуры и расположениемхромонемных участков в ядрах и хромосомах в телофазе, можно видеть картину,обратную той, что наблюдалась в профазе: разрыхление хромосом за счетпервоначального расхождения участков хромонемы и последующего ихразрыхления, деконденсации самих хромонем.Ультраструктурная организация хромонемного уровня упаковки ДНП хорошовыявляется при постепенном экспериментальном разрыхлении хромосом припонижении концентрации двухвалентных катионов.
Оказалось, что плотное теломитотических хромосом сначала разрыхляется так, что выявляется егохромонемная организация: на срезах видно, что хромосомы представленысечениями толстых (0,1-0,2 мкм) хромосомных нитей, хромонем (рис. 73).Затем, при последующем снижении концентрации двухвалентных катионов,происходит как бы распад хромонемных элементов на множество линейнорасположенных глобулярных блоков хроматина с диаметром около 0,1-0,2 мкм.В дальнейшем эти блоки (хромомеры) начинают деконденсироваться: на ихпериферии видны петли фибрилл ДНП, а в центре остается тело хромомера.Возникает розеткоподобная структура.
Важно отметить, что расположение зон срозеткоподобными хромомерамисовпадает с рисункомG-бэндированияхромосом. По мере дальнейшей деконденсации петли увеличиваются в длину, ацентральные участки хромомеров прогрессивно уменьшаются. При полнойдеконденсации все тело хромосомы представлено на срезах равномернорасположенным фибриллами ДНП.147Надоотметить,чтовсовременныхмолекулярнобиологическихисследованиях строения хромосом хромонемный уровень, как один из высшихуровней упаковки ДНП, совершенно выпадает из поля зрения исследователей.Лишь в последнее время некоторые исследователи на основании косвенныхданных приходят к выводам о наличии в интерфазных ядрах хромонемоподобных структур.Глава 7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
