Том 1 (1129743), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Основываясьна том, что было известно из опытов над бактериями, многие ученые полагали, чторегулирование генов у эукариот происходит в обход нуклеосомы, считая нуклеосомы «безучастными обывателями».Но были причины бросить вызов данному мнению. Так, например, биохимикиустановили, что хроматин млекопитающих состоит из приблизительно равной массыгистоновых и негистоновых белков. Это может говорить о том, что в среднем каждые200 пар нуклеотидов ДНК в наших клетках связаны с более чем 1 000 аминокислотнегистоновых белков (то есть масса белка эквивалента полной массе гистоновогооктамера плюс гистона Н1).
Теперь мы знаем, что многие из этих белков связываются с нуклеосомами, и их обилие могло бы предполагать, что гистоны являютсячем-то более существенным, нежели только «упаковочным материалом».Вторая причина оспорить точку зрения, согласно которой гистоны не существенны для регуляции генов, основывалась на удивительно медленных темпахэволюционного изменения в последовательностях четырех стержневых гистонов.Ранее упомянутый факт, что последовательности гистона H4 млекопитающих игороха различаются только двумя аминокислотами, подразумевает, что заменапочти любой из 102 аминокислот в последовательности гистона H4 должна быть372Часть 2. Основные генетические механизмыРис.
4.36. Объяснение эффекта раскраски мозаичного типа у Drosophila melanogaster. а) Распространению гетерохроматина (зеленый) в смежные области эухроматина (красный) обычно препятствуют специальные последовательности барьерной ДНК, о которых мы поговорим вскоре. Однако у мух, которыеунаследовали некоторые хромосомные перестройки, этот барьер более не присутствует. б) На раннихпериодах развития таких мух гетерохроматин может распространиться на соседнюю хромосомную ДНК,продвигаясь в разных клетках на различные расстояния. Такое распространение вскоре останавливается,но установившаяся картина распределения гетерохроматина наследуется, так что производятся большиеклоны клеток потомства, в которых одни и те же соседние гены конденсированы в гетерохроматин итаким образом инактивированы (отсюда «мозаичная» внешность некоторых из таких мух; см.
рис. 4.37).Хотя термин «распространение» употребляется для описания формирования нового гетерохроматинавблизи с уже имеющимся гетерохроматином, этот термин, быть может, не абсолютно точен. Есть данные,что во время расширения гетерохроматин может «перескочить» через некоторые области хроматина,избавляя гены, которые лежат в их пределах, от репрессивных мер.губительна для этих организмов. Какого рода процесс мог сделать жизнь организманастолько чувствительной к точной структуре стержня нуклеосомы, что только двеаминокислоты заменились за более чем 500 миллионов лет случайной изменчивости,сопровождаемой естественным отбором?Есть и последнее, но не менее важное обстоятельство: сочетание генетики и цитологии показало, что специфическая форма хроматина заглушает гены, которыеона упаковывает, безотносительно к последовательности нуклеотидов, а значит, этоспособ хранения генетической информации, который непосредственно наследуетсяобеими дочерними клетками при делениии материнской клетки.
Именно к этомупредмету мы и обратимся далее.4.3.2. Гетерохроматин высокоорганизован и необычайно устойчивк экспрессии геновИсследования на световых микроскопах в 1930-е гг. позволили различить дватипа хроматина в интерфазных ядрах клеток многих высших эукариот: высокоспирализованную форму, названную гетерохроматином, и весь остальной, менееуплотненный хроматин, названный эухроматином. Гетерохроматин представляетсобой особо компактную форму хроматина (см.
рис. 4.9), и мы, наконец, начинаемпонимать важные проявления его молекулярных свойств. Хотя он расположен вомногих местах по всей длине хромосом, при всем при том он особенно сосредоточенв определенных областях и наиболее заметно — в центромерах и теломерах, о ко-Глава 4.
ДНК, хромосомы и геномы 373Рис. 4.37. Открытие позиционных эффектовна основании экспрессии генов. Ген Whiteу плодовой мушки дрозофила регулируетэкспрессию пигмента глаза и назван помутации, которая позволила его впервыеопознать. Мухи дикого типа с нормальнымгеном White (White+) имеют нормальную выработку пигмента, который обусловливаеткрасный цвет их глаз, но, если ген White мутирован и инактивирован, мутантные мухи(White–) совершенно не производят этотпигмент и имеют белые глаза.
У тех мушек,у которых нормальный ген White+ был перемещен в примыкающую к гетерохроматинуобласть, глаза крапчатые с красными и белыми пятнами. Белые пятна представляют последовательностиклеточных поколений, в которых ген White+ «умолк» под влиянием гетерохроматина. Напротив, красныепятна представляют последовательности клеточных поколений, в которых ген White+ экспрессируется.На ранних стадиях развития, когда гетерохроматин изначально формируется, он распространяется насоседний эухроматин в различной степени в разных клетках эмбриона (см. рис.
4.36). Наличие крупныхзон красных и белых клеток показывает, что состояние транскрипционной активности, определяемоеупаковкой этого гена в хроматин в предковых клетках, унаследовано всеми дочерними клетками.торых уже было сказано ранее (см. рис. 4.21). В типичной клетке млекопитающихболее десяти процентов генома упаковано в такую форму гетерохроматина.ДНК в гетерохроматине содержит очень немного генов, и те эухроматиновыегены, которые становятся упакованными в гетерохроматин, выключаются упаковкойтакого типа. Однако теперь мы знаем, что термин гетерохроматин охватываетструктуры хроматина нескольких различных типов, общей особенностью которыхявляется особо высокая степень компактизации.
Таким образом, о гетерохроматинеследует думать не как о заключающем в себе «мертвую» ДНК, а скорее как о создающем различные типы компактного хроматина с разными свойствами, которыеделают его очень устойчивым к экспрессии подавляющего большинства генов.Когда ген, который обычно экспрессируется в эухроматине, экспериментальноперемещают в область гетерохроматина, он прекращает экспрессироваться и умолкает, или, как говорят, заглушается. Такие отличия в экспрессии генов являютсяпримерами позиционных эффектов (position effects), суть которых – в зависимостиактивности гена от его позиции относительно близлежащей области гетерохроматина на хромосоме. Изначально распознанные у дрозофилы позиционные эффектык настоящему времени обнаружены у многих эукариот, в том числе у дрожжей,растений и человека.Позиционные эффекты, связанные с гетерохроматином, показывают особенность, названную мозаичным эффектом положения (position effect variegation),который в прошлом стал важнейшим ключом к пониманию функции хроматина.У дрозофилы события разрыва хромосомы, которые непосредственно соединяютобласть гетерохроматина с областью эухроматина, как правило, инактивируютблизлежащие эухроматиновые гены.
Зона инактивации распространяется на различное расстояние в разных первых клетках зародыша мухи, но как только гетерохроматиновое состояние устанавливается в гене, оно обычно устойчиво насле-374Часть 2. Основные генетические механизмыРис. 4.38. Некоторые характерные типы ковалентных модификаций боковых цепей аминокислот вгистонах нуклеосом.
а) Показаны три разных уровня метилирования лизина; каждый может быть опознан своим связывающимся белком и, таким образом, каждый может иметь свое особое значение дляклетки. Обратите внимание, что ацетилирование удаляет положительный заряд с лизина и, что наиболееважно, ацетилированный лизин не может быть метилирован, и наоборот. б) Фосфорилирование серинасообщает отрицательный заряд гистону. Модификации, не показанные здесь, — моно- или диметилирование аргинина, фосфорилирование треонина, присоединение ADP-рибозы к глутаминовой кислотеи присоединение убиквитина, СУМО или биотиновой группы к лизину.дуется всеми потомками этой клетки (рис.
4.36). Это замечательное явление быловпервые открыто в ходе досконального генетического анализа причин мозаичнойпотери красного пигмента в мушином глазу (рис. 4.37); как оказалось, интенсивноераспространение гетерохроматина участвует также в инактивации одной из двухX-хромосом у женских особей млекопитающих (см.
стр. 473).С целью поиска продуктов генов, которые усиливают или подавляют распространение гетерохроматина и его устойчивого наследования, — то есть генов, которые, будучи мутированы, или усиливают, или подавляют (супрессируют) эффектмозаичного типа, — был проведен массовый генетический скрининг как на дрозофиле, так и на грибах.
С помощью этой методики было идентифицировано более50-ти генов, которые играют определяющую роль в этих процессах. В последниегоды получена подробная информация о свойствах белков, произведенных этимигенами; как оказалось, многие из них представлены негистоновыми хромосомнымибелками, на которых и зиждется основание замечательного механизма регулированиягенов эукариот — того, который требует точных последовательностей аминокислотГлава 4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
