Том 1 (1129743), страница 104
Текст из файла (страница 104)
Такие многосубъединичные комплексысвязываются с сильно оснóвными гистонами и отправляют их на поприще сборкитолько в том случае, если этого требуют обстоятельства. Эти гистоновые шапероны, вместе со своими «ношами», направляются к недавно реплицированной ДНКпосредством специфического взаимодействия с присущим эукариотам скользящимзажимом, названным PCNA (см. рис. 5.38, б).
Такие зажимы располагаются на ДНКпозади движущихся репликационных вилок и пребывают там достаточно долго,чтобы гистоновые шапероны успели выполнить поставленные перед ними задачи.5.3.11. Механизмы дублирования хромосом эукариот гарантируютнаследование профиля модификации гистоновИз главы 4 мы узнали, что гистоны подвергаются ковалентным модификацияммногих типов и что профили таких модификаций могут нести важную информациюотносительно судьбы будущей ДНК. На интуитивном уровне совершенно невозможно понять, для чего нужно стирать эти схемы при каждом делении клетки:ведь, так как эта информация закодирована в гистонных белках, а не в ДНК, дляее сбережения и дублирования необходимы специальные механизмы.
Мы с вамиуже знаем, что гистоновые тетрамеры H3–H4 распределяются случайным образомпо двум дочерним хромосомам, которые появляются вслед за движущейся репликационной вилкой. Хвосты, а также другие области гистонов H3 и H4, могут бытьинтенсивно модифицированы (см. рис. 4.39), и, таким образом, каждая дочерняяхромосома засевается крупицами памяти о родительской схеме модификации гистонов H3 и H4.Как только сборка нуклеосомы позади репликационной вилки заканчивается,родительские схемы модификации тетрамеров H3–H4 могут быть закреплены при помощи ферментов модификации гистонов, входящих в состав комплексов чтения-записи,которые опознают тот же тип модификации, что производят сами (рис. 5.39).Верное дублирование схем модификации гистонов может служить основой многих примеров эпигенетического наследования, при котором наследуемое изменениев фенотипе клетки происходит без изменения нуклеотидной последовательностиДНК.
К теме эпигенетики мы возвратимся в главе 7, когда будем рассматриватьвопрос о том, как «решения», принимаемые родительской клеткой, «помнят» клеткиее потомства много поколений спустя.Глава 5. Репликация, репарация и рекомбинация ДНК 481Рис. 5.38. Размещение родительских и новосинтезированных гистонов позади репликационной вилкиэукариот.
а) По всей видимости, распределение родительских тетрамеров H3–H4 по молекулам дочернейДНК случайное и наследуется приблизительно поровну. Напротив, димеры H2A–H2B высвобождаютсяиз ДНК при прохождении репликационной вилки. б) Гистоновые шапероны (NAP1 и CAF1) восстанавливают полный комплект гистонов в дочерних молекулах. Хотя некоторые дочерние нуклеосомы содержаттолько родительские гистоны или только недавно синтезированные гистоны, в большинстве своем онисуть гибриды старых и новых. (Переработано из J. D. Watson et al., Molecular Biology of the Gene, 5th ed.Cold Spring Harbor: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2004.)5.3.12. Концы хромосом реплицируются теломеразойМы с вами уже знаем, что синтез отстающей нити в репликационной вилкепроисходит прерывисто по механизму «обратных стежков» с образованием короткихфрагментов ДНК.
Этот механизм сталкивается с особой проблемой, когда репликационная вилка достигает конца линейной хромосомы: на самом конце линейноймолекулы ДНК нет места для размещения РНК-затравки, необходимой для началапоследнего фрагмента Оказаки.Бактерии решают эту проблему «концов репликации», обзаведшись кольцевымимолекулами ДНК вместо хромосом (см. рис. 5.27). Эукариоты решают ее гениаль-482Часть 2. Основные генетические механизмыРис. 5.39. Стратегия, посредством которой родительские схемы модификации гистонов H3 и H4 могутбыть унаследованы дочерними хромосомами.
Хотя маловероятно, что этот механизм распространяетсяна все модификации гистонов, он определенно относится к некоторым из них (см. рис. 4.51). Например,ряд гистонметилазных комплексов специфически распознает N-концевые гистонные хвосты, которыебыли до этого метилированы на том же участке, который эта метилаза модифицирует.ным способом: на концах хромосом у них есть специализированные нуклеотидныепоследовательности, которые включены в структуры, названные теломерами (см.главу 4). Теломеры содержат много тандемных повторов короткой последовательности, которая похожа у таких разных организмов, как протисты, грибы, растенияи млекопитающие.
У человека последовательность повторяющейся единицы имеетвид GGGTTA и повторяется примерно тысячу раз в каждой теломере.Последовательности теломерной ДНК узнают специфичные к такой последовательности ДНК-связывающие белки, которые привлекают фермент, названныйтеломеразой, который и пополняет запас этих последовательностей при каждомделении клетки.
Теломераза распознает конец существующей повторяющейсяпоследовательности теломерной ДНК и продолжает его в направлении 5' → 3',используя для синтеза новых копий повтора матрицу РНК, которая являетсякомпонентом самого фермента (рис. 5.40). Ферментативная часть теломеразы напоминает другие обратные транскриптазы — ферменты, которые синтезируютДНК, используя матрицу РНК (см.
рис. 5.72). После продления родительскойцепи ДНК теломеразой репликация отстающей нити на конце хромосомы можетбыть довершена обычными ДНК-полимеразами, использующими эти продолженияв качестве матриц для синтеза комплементарной нити (рис. 5.41).Только что описанный механизм, прибегнув к помощи нуклеазы, котораясъедает 5'-конец, гарантирует, что 3'-конец ДНК в каждой теломере всегда будетболее длинным, чем 5'-конец, с которым он спарен так, что однонитевой конецвыдается наружу (см. рис.
5.41). Этот выступающий конец, как было показано,загибается петлей назад, просовывает свой однонитевой конец в спираль ДНК теломерной повторяющейся последовательности и образует t-петлю (рис. 5.42). Всамых общих чертах эта реакция напоминает встраивание цепи (strand invasion) вовремя гомологичной рекомбинации, обсуждаемой ниже, и она, возможно, эволюционировала из этих древних рекомбинационных систем. T-петли дают нормальныеГлава 5.
Репликация, репарация и рекомбинация ДНК 483Рис. 5.40. Структура части теломеразы. Теломераза представляет собой крупный комплекс белок–РНК.РНК (синим) содержит матричную последовательность для синтеза новых теломерных повторов ДНК.Сама реакция синтеза выполняется доменом обратной транскриптазы, входящим в состав белка (показанзеленым). Обратная транскриптаза — это специальная форма фермента полимеразы, которая используетматрицу РНК для синтеза нити ДНК; теломераза уникальна тем, что все время несет свою собственнуюматрицу РНК. Теломераза имеет также несколько вспомогательных белковых доменов (не показаны),которые необходимы для правильной сборки фермента на концах хромосом. (Перерисовано из J. Lingnerand T. R. Cech, Curr. Opin. Genet.
Dev. 8: 226–232, 1998. С любезного разрешения издательства Elsevier.)концы хромосом с уникальной структурой, которая защищает их от ферментативнойдеградации и четко отличает их от концов разорванных молекул ДНК, которыеклетка быстро репарирует (см. рис. 5.51).5.3.13. Длина теломеры регулируется и на уровне клеток, и на уровне организмаПоскольку процессы, которые удлиняют и сокращают каждую теломернуюпоследовательность, уравновешены лишь приблизительно, конец хромосомы содержит переменное число теломерных повторов. Неудивительно, что экспериментыпоказывают, что клетки, которые неограниченно делятся (например, клетки дрожжей), имеют гомеостатические механизмы, поддерживающие число таких повторовв пределах ограниченного диапазона (рис. 5.43).В соматических клетках человека теломерные повторы, предположительно,обеспечивают каждую клетку счетным механизмом, который помогает предотвратить неограниченную пролиферацию клеток во взрослых тканях.
В самой простойформе эта теория утверждает, что наши соматические клетки рождаются с полнымкомплектом теломерных повторов. Некоторые стволовые клетки, особенно в тех484Часть 2. Основные генетические механизмыРис. 5.41. Репликация теломер. Представленные здесь реакции показывают, как синтезируются повторяющиеся G-обогащенные последовательности, которые образуют концы хромосом (теломеры) ворганизмах самых разных эукариот. 3’-конец родительской нити ДНК продолжается посредством РНКнаправленного синтеза ДНК; это позволяет достроить спаренную с родительской, но еще незавершеннуюцепь дочерней ДНК в направлении от ее 5’-конца.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
