obshaya_tsitologia (1120994), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Общая организация митотических хромосомИнтенсивное изучение ультраструктуры хромосом началось в середине 50-хгг., что было связано с внедрением в цитологию метода электронноймикроскопии. Однако вклад электронной микрскопии в изучение структурыинтерфазных и митотических хромосом оказался неизмеримо ниже того, что далэтот метод для изучения структуры цитоплазмы. Наши представления оструктурной организации даже элементарных компонентов ядра и о структурехромосом очень скудны и противоречивы.
Разрыв между успехами вбиохимическом изучении процессов биосинтеза ДНК и РНК, с одной стороны, ичрезвычайно медленным прогрессом в исследовании тонкой организацииклеточного ядра – с другой, объясняется многими причинами. Одна из основныхпричин та, что современные методы не позволяют изучать ядро и хромосомы вцелостной совокупности составляющих их элементов. Хромосома оказаласьслишком мала для детального анализа с помощью светового микроскопа ислишком велика и плотна для изучения в электронном микроскопе. Навыделенных хромосомах в электронном микроскопе не удается выявить вседетали из-за наложений проекций разных уровней и можно наблюдать лишьхарактер формы или же тонкую структуру в ограниченных участках.Исследование ультратонких срезов хромосом ограничивается характеристикойотдельны элементов без возможности получить объемное представление о всейструктуре.
Это происходит из-за того, чтобы в данном случае мы можемисследовать лишь плоские сечения, составляющие только 0,05-0,025 частьобщего объема ядра. Так как для ядра и хромосом характерно преобладание148тонких и длинных спутанных фибриллярных структур, которые на ультратонкихсрезах будут иметь вид беспорядочно разбросанных коротких отрезков, то потаким сечениям воссоздать трехмерную картину взаимосвязи этих элементовдруг с другом практически невозможно.При изучении ультраструктуры хромосом исследователи сталкиваются спарадоксальной ситуацией: чем ближе подходим к высшим структурнымуровням организации хромосом, тем меньшей по объему и более низкой понадежности становится информация об этой важнейшей клеточной структуре(рис.
75).Действительно, получена полная информация о генетическом коде человека,хорошо изучен нуклеосомный уровень компактизации ДНК, определен общийпетлевой доменный характер дальнейшей укладки ДНК, подтверждаютсяпредставления о хромонемном уровне, но все же, на сегодня мы до конца незнаем как построена митотическая хромосома (рис. 76).Трудности изучения хромосом связаны кроме всего прочего, что это оченьлабильная структура, легко меняющая свою морфологию в зависимости отусловий эксперимента.Так обращает на себя внимание свойство митотических хромосом обратимоизменять свой объем при изменении ионного окружения.
Как уже указывалось,применение гипотонических растворов приводит к набуханию хромосом, но привозвращении их в изотонические условия, они вновь приобретают исходнуюморфологию.Изэтогоследует,чтосуществуеткакой-томеханизм,стабилизирующий общую организацию хромосомы. В хромосоме существуеткакой-то структурный порядок, алгоритм взаимодействия компонентов, которыйинвариантноприводитинтерфазнуюразвернутую,деконденсированнуюхромосому в состояние плотного тела (митотическая хромосома), не меняющегони своей толщины, ни длины, ни особенностей структуры в бесчисленном рядуклеточных поколений.149Как уже говорилось, для изучения ультраструктуры хромосом широкоприменяется метод получения целых выделенных митотических хромосом.
Натаких препаратах видно, что в состав хромосом входят 25-30 нм элементарныефибриллы. Однако уловить характер их укладки, какой-либо порядок в ихрасположении не удается. Хромосомы в этом случае имеют вид тел, состоящихкак бы из перепутанных изгибающихся фибрилл, или, по образному выражениюодного из цитологов, напоминают результат аварии на макаронной фабрике.На препаратах таких выделенных и распластанных хромосом нет реальнойвозможности выяснить, из какого числа нитей состоит хромосома, тем болеепроследить путь и порядок укладки одной нити от начала до конца, если бы онабыла основой хромосомы. Более того, процесс выделения хромосом приводит кизменению их структуры.
Легко видеть в световом микроскопе, что переносживых делящихся клеток в гипотонические растворы приводит к резкомунабуханию их хромосом. Хромосомы при этом плохо различимы, ониувеличиваются в объеме, становятся менее оптически плотными. В целоммитотические хромосомы в этих условиях ведут себя так же, как препаратывыделенного хроматина, - набухают, переходят в менее конденсированноесостояние. Такое воздействие на них гипотонической среды приводит к потересубструктуризации хромосомы.Однако на то, что такая субструктуризация существует, говорит масса фактовне только электронномикроскопических, но и полученных с помощью световогомикроскопа.
Вся совокупность морфологических и биохимических данныхдолжна быть учтена при воссоздании трехмерной организации митотическиххромосом.В 70-х годах удалось уловить общий принцип структурной организациимитотической хромосомы.Было обнаружено, что хромосомы не теряют своей морфологическойцелостности, не распадаются даже при резком набухании, вызванном удалениемвсех гистонов. Это достигается обработкой выделенных хромосом растворами150полианионов, декстрансульфата и гепарина. В этом случае хромосомы настолькодеконденсируются,чтоперестаютбытьвиднывфазово-контрастноммикроскопе. При добавлении же флуорохрома, связывающегося с ДНК (этидиумбромид), было видно, что сильно набухшие хромосомы не разваливались, азначительно (до 4 раз) увеличивались в длину и ширину. Такие сильнонабухшие,лишенныегистоновхромосомыпомещалинаподложкуирассматривали в электронный микроскоп.Оказалось, что набухшие хромосомы состоят из двух компонентов: из рыхлойсети плотных фибрилл в центральных участках (хромосомный остов –скэффолд), повторяющих контуры метафазных хромосом (осевые компоненты),и из многочисленных длинных тонких петель, отходящих от них в поперечномнаправлении (рис.
77). Была показана белковая природа осевых компонентов иДНК в составе петель. Средний размер боковых петель составлял около 30 мкм.Если такие препараты обработать ДНКазой, то можно получить белковыеостовы и анализировать их состав. Оказалось, что в них присутствует около 20белков негистоновой природы, сходных с белками ядерного матрикса. Исходя изэтого, была предложена модель структурной организации митотическиххромосом.
В ее основе лежит принцип поперечного расположения петель ДНКвдоль белковой осевой структуры. В принцип этот тип организациимитотической хромосомы очень напоминает хромосомы типа «ламповыхщеток», встречающихся в процессе мейоза.Петлевое расположение ДНК вдоль хромосомы получило в дальнейшемцелый ряд подтверждений. Однако при разных способах депротеинизациикроме петель в периферии набухших хромосом можно было выявить ирозеткоподобные структуры, состоящие из ДНК.В последнее время получены данные, говорящие о том, что осевые структурымогут представлять собой артефакт, получившийся в результате монтажа ивысушивания дегистонизированных хромосом на подложке. На самом же деле втеле хромосомы существуют негистоновые белковые связки (скрепки),151сшивающие основания боковых петель ДНК, но эти связки разбросанные рыхлопо объему хромосомы (рис. 78). Как бы то ни было, принцип петлевойпоперечной укладки ДНК в теле хромосомы очень важен для понимания ееобщей ультраструктурной организации.Необходимо подчеркнуть, что на поперечных и продольных сеченияхмитотических хромосом, фиксированных в нативном состоянии внутри клетокникаких центральных или осевых элементов не обнаружено.
Они выявляютсятолько после удаления из выделенных хромосом всего набора гистонов, чемупредшествует изоляция хромосом в гипотонической среде.Наоснованиихристоматийнаяэтихсхема,наблюденийширокоеобъясняющаяобщуюраспространениеструктурунашламитотическойхромосомы (рис. 79). По этой схеме первым уровнем компактизации ДНКявляется нуклеосомная фибрилла, толщиной 10 нм, где вокруг однойнуклеосомы, оборачивается 146 п.н.
ДНК с коэффициентом компактностиравным 6-7 (к.к. 6-7); второй уровень – 30 нм фибрилла-соленоид (к.к. 40);третий уровень – петлевой домен, 60 т.п.н. на петле в 0,2-0,3 мкм (к.к. 680).Далее отрезок примерно с 18-20 петлевыми доменами образуют вокруг осевогоэлемента хромосомы один виток диаметром 0,7-0,8 мкм (толщина хроматиды) скоэффициентом компактизации 12 х 104.
Такой виток из петлевых доменовможет представлять собой минимального размера бэнд, а набор из несколькихвитков – средний бэнд.По другим представлениям можно предположить, что петле ДНК, выявляемойна хромосомах, лишенных гистонов, соответствует хромомер, промежуточнымэтапом деконденсации которого является розеткоподобная структура ДНП.Важно отметить, что хромомерные участки ДНП встречаются и винтерфазных ядрах (там они называются хромоцентрами). Оказалось, чтопорядок их деконденсации такой же, что и в митотической хромосоме: изхромоцентров возникают розеткоподобные структуры с петлями ДНП по ихпериферии.152Итак, можно несколько иначе оценить некоторые этапы компактизации ДНК,которые приводят в конце концов к построению плотного тела митотическойхромосомы (рис. 80).Первый уровень – нуклеосомный – образует сверхскручивание ДНК поповерхности гистоновой сердцевины.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
