Том 1 (1129743), страница 103
Текст из файла (страница 103)
В их числе мы видим ДНК-хеликазу идва белка-установщика хеликазы, Cdc6 и Cdt1, которые собираются на комплексеORC – ДНК, в итоге в каждой точке начала репликации во время G1-фазы формируется предрепликационный комплекс (рис. 5.36). Переход клетки из G1- в S-фазуРис. 5.35. Точка начала репликации у дрожжей. Эта принадлежащая дрожжам точка начала репликации(идентифицирована при помощи процедуры, обрисованной на рис. 5.33) содержит приблизительно 150пар нуклеотидов и имеет участок связывания ORC и участок связывания Abf1 — вспомогательного белка,который облегчает прикрепление ORC. Все точки начала репликации содержат участки ORC-связывания,но вспомогательные белки в разных точках начала репликации различаются. Большинство точек началарепликации, подобно изображенному на этом рисунке, содержат еще и отрезок ДНК, который достаточно легко расплестается.Глава 5. Репликация, репарация и рекомбинация ДНК 477Рис.
5.36. Механизм запуска (инициации) репликации ДНК у эукариот. Этот механизм гарантирует, чтокаждая точка начала репликации будет активирована только один раз в одном клеточном цикле. Точканачала репликации может быть использована только в том случае, если на этом участке ДНК во времяG1-фазы сформируется предрепликационный комплекс. В начале S-фазы циклинзависимые киназы фосфорилируют различные репликационные белки, вызывая и разборку предрепликационного комплекса,и запуск репликации ДНК.
Новый предрепликационный комплекс не сможет сформироваться в точкеначала репликации до тех пор, пока клетка в очередной раз не вступит в G1-фазу.478Часть 2. Основные генетические механизмызапускается активацией протеинкиназ (Cdk), что влечет за собою отсоединениеустанавливающих хеликазу белков, активацию хеликазы, раскручивание ДНКточки начала репликации и установку остальных репликационных белков, в томчисле ДНК-полимераз (см.
рис. 5.36).Протеинкиназы, которые запускают репликацию ДНК, одновременно предотвращают сборку новых предрепликационных комплексов, пока следующаяМ-фаза не приведет полный цикл в исходное положение (подробностей радиможно обратиться к стр. 1067–1069). Такая стратегия обеспечивает единственныйудобный момент для формирования предрепликационных комплексов (G1-фаза,когда активность Cdk низка) и второй момент для их активации и последующегодемонтирования (S-фаза, когда активность Cdk высока).
Поскольку эти две фазыклеточного цикла взаимно исключают друг друга и наступают в предписанномпорядке, каждая точка начала репликации может запускаться один и только одинраз в течение цикла деления клетки.5.3.9. Идентификация последовательностей ДНК, определяющихзапуск репликации у млекопитающих, оказалась нелегким деломПо сравнению с ситуацией у почкующихся дрожжей определение последовательностей ДНК, которые задают начальные точки репликации у прочих эукариот,далось гораздо труднее.
Недавно, однако, удалось идентифицировать специфическиепоследовательности ДНК у человека — каждая несколько тысяч пар нуклеотидовв длину, что достаточно, чтобы служить точками начала репликации. Эти точкипродолжают функционировать, будучи перенесены (методами рекомбинации ДНК)в иные области хромосомы, если при этом они попадают в область, где хроматинотносительно разуплотнен. Одна из таких точек начала репликации принадлежитк группе генов β-глобина. При нормальном положении этого участка в геномеего функция зависит главным образом от отдаленных последовательностей ДНК(рис. 5.37). Как сказано в главе 7, такая отдаленная ДНК необходима для экспрессии всех генов в группе β-глобина, а ее влияние и на транскрипцию, и на функциюточки начала репликации может объяснять длительный период разуплотненностиструктуры ее хроматина.У человека для запуска репликации необходим ORC, гомологичный таковомув клетках дрожжей.
Многие из числа других белков, которые участвуют в процессеинициации репликации у дрожжей, аналогичным образом играют центральные ролиРис. 5.37. Делеции, которые инактивируют точку начала репликации у человека. Эти две делециивстречаются по отдельности у двух индивидов, которые страдают талассемией — нарушением, обусловленным отсутствием экспрессии одного или нескольких генов из представленного на схеме кластерагенов β-глобина. У обоих делетированных мутантов ДНК в этой области реплицируется вилками, которыеначинаются в точках начала репликации вне кластера генов β-глобина.Глава 5. Репликация, репарация и рекомбинация ДНК 479в этом процессе у человека.
Поэтому кажется весьма вероятным, что у дрожжейи у человека механизмы запуска репликации окажутся в общих чертах схожими.Однако участки связывания белкового комплекса ORC, кажется, у человека менееспецифичны, нежели у дрожжей, чем можно объяснить тот факт, что точки начала репликации в геноме человека очерчены менее четко. Фактически структурахроматина, а не последовательность ДНК может играть основную роль в определении точек начала репликации у млекопитающих. Таким образом, как и во многихдругих областях цитобиологии, у дрожжей механизм запуска репликации ДНКнаигрывает яркий лейтмотив, ведущий свое начало от самых истоков жизни, а учеловека исполняет искусную вариацию на эту извечную тему.5.3.10. За репликационной вилкой собираются новые нуклеосомыЕсть несколько дополнительных моментов в репликации ДНК, которые свойственны эукариотам.
Как было сказано в главе 4, хромосомы эукариот состоят изпримерно равных частей ДНК и белка. Поэтому дублирование хромосомы требуетне только репликации ДНК, но также и синтеза и сборки новых хромосомных белков на ДНК позади каждой репликационной вилки. Хотя мы далеки от пониманияэтого процесса во всех тонкостях, но уже начинаем постигать, как дублируетсяфундаментальная единица упаковки хроматина — нуклеосома. Для создания новыхнуклеосом в каждом клеточном цикле клетке требуется большое количество нового гистонного белка, приблизительно равное по массе новосинтезированной ДНК.По этой причине организмы большинства эукариот обладают множественнымикопиями гена каждого гистона. Клетки позвоночных, например, имеют около 20копий наборов генов, в большинстве своем содержащих гены, которые кодируютвсе пять гистонов (Н1, H2A, H2B, H3 и H4).В отличие от большинства белков, которые синтезируются непрерывно навсем протяжении интерфазы, гистоны синтезируются главным образом в S-фазу,когда уровень гистонной мРНК возрастает примерно в пятьдесят раз (и в результате увеличенной транскрипции, и в результате уменьшенной деградации мРНК).Молекулы мРНК основных гистонов деградируют в течение нескольких минут,когда синтез ДНК останавливается в конце S-фазы.
Механизм зависит от особыхсвойств 3'-концов этих молекул мРНК, о чем будет сказано подробнее в главе 7. Инаоборот, сами гистонные белки на удивление устойчивы и могут существовать втечение всей жизни клетки. Тесная связь между синтезом ДНК и синтезом гистонов,кажется, отражает механизм обратной связи, который контролирует уровень свободных гистонов, — чтобы гарантировать, что количество производимых гистоновв точности соответствует количеству новосинтезируемой ДНК.По мере своего продвижения репликационная вилка должна так или иначеминовать родительские нуклеосомы.
Проводимые in vitro опыты показывают, чтоаппарат репликации обладает удивительной способностью (которая пока недостаточно изучена) проходить через родительские нуклеосомы, не снимая их с ДНК.Однако, для того чтобы эффективно реплицировать хромосомы в клетке, нужныбелки перестройки хроматина (о которых мы говорили в главе 4), которые дестабилизируют стык ДНК–гистон.
При помощи таких комплексов репликационныевилки могут эффективно преодолевать даже области высококонденсированногогетерохроматина.Когда репликационная вилка пробирается через хроматин, в большинствесвоем старые гистоны остаются связанными с ДНК и рассредоточиваются по до-480Часть 2. Основные генетические механизмычерним спиралям ДНК позади репликационной вилки. Но так как количество ДНКудвоилось, для завершения укладки ДНК в хроматин необходимо равное количествоновых гистонов. Старые и новые гистоны сочетаются любопытным образом.
Когдануклеосома пересекается репликационной вилкой, гистоновый октамер, кажется,разбивается на тетрамер H3–H4 и два димера H2A–H2B (см. рис. 4.26). ТетрамерH3–H4 остается связанным с ДНК и распределяется случайным образом междуодним и другим дочерними дублетами, но димеры H2A–H2B высвобождаются изДНК. Свежесобранные тетрамеры H3–H4 добавляются к новосинтезированнойДНК, чтобы заполнить «пустоты», а затем, для довершения нуклеосом, добавляются, опять же наугад, димеры H2AB — половина которых из «старой гвардии»,а половина — из новой (рис. 5.38).Для упорядоченной и быстрой комплектации ДНК вслед за движущейся репликационной вилкой новыми тетрамерами H3–H4 и димерами H2A–H2B требуютсягистоновые шапероны («молекулярные сопровождающие» гистонов, называемыетакже факторами сборки хроматина).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
