Том 1 (1129743), страница 79
Текст из файла (страница 79)
рис. 7.61). Если этапоследовательность удалена, то в локус β-глобина вторгается конденсированный384Часть 2. Основные генетические механизмыРис. 4.47. Некоторые механизмы действия барьера. Эти модели построены на основе результатов различных исследований по изучению механизмов действия барьера и того, как сочетание нескольких изних может функционировать в любом участке. а) Прикрепление области хроматина к большому закрепленному участку, такому как ядерный поровый комплекс, изображенный здесь, может создать барьер,который останавливает распространение гетерохроматина. б) Сильное связывание барьерных белков сгруппой нуклеосом может конкурировать с распространением гетерохроматина.
в) С помощью группыочень активных модифицирующих гистоны ферментов барьеры могут стереть гистонные метки, которыенеобходимы для распространения гетерохроматина. Например, более успешное ацетилирование лизина9 на гистоне H3 конкурирует с метилированием лизина 9 и таким образом предотвращает связываниебелка HP1, что необходимо для образования некоторых форм гетерохроматина (см.
рис. 4.46). (Иллюстрации созданы на основе A. G. West and P. Fraser, Hum. Mol. Genet. 14: R101–R111, 2005. С любезногоразрешения издательства Oxford University Press.)хроматин. Этот хроматин заглушает гены, которые он охватывает, и в разныхклетках распространяется на различное расстояние, порождая картину эффектаположения, подобную наблюдаемой у дрозофилы.
Как будет описано в главе 7,такое вторжение имеет печальные последствия: гены глобина экспрессируются вяло,и у индивидуумов с такой делецией наблюдается тяжелая форма анемии.Часто к обоим концам гена, который экспериментально встраивают в геноммлекопитающих, добавляют последовательность HS4, чтобы защитить этот ген отумолкания, вызываемого распространяющимся гетерохроматином. Анализ этойбарьерной последовательности показывает, что она содержит группу участковсвязывания ферментов гистонацетилаз. Поскольку ацетилирование боковой цепилизина несовместимо с метилированием той же боковой цепи, гистонацетилазы игистондезацетилазы — логически объяснимые кандидаты на образование барьеров вДНК — барьеров, которые блокируют распространение различных форм хроматинаГлава 4.
ДНК, хромосомы и геномы 385Рис. 4.48. Модель структуры простой центромеры. У дрожжей Saccharomyces cerevisiae специальнаяпоследовательность центромерной ДНК собирает единственную нуклеосому, в которой две копии разновидности гистона H3 (названного CENP-A в большинстве организмов) заменяют нормальный гистонH3. Затем пептидные последовательности, уникальные для этой разновидности гистона (см.
рис. 4.41),помогают собирать дополнительные белки, некоторые из которых образуют кинетохор. Этот кинетохорнеобычен тем, что захватывает только одну микротрубочку; у человека намного более крупные центромеры и кинетохоры способны захватывать 20 и более микротрубочек (см. рис. 4.50). Кинетохор подробнобудет рассмотрен в главе 17. (Переработано на основе A. Joglekar et al., Nat. Cell Biol. 8: 381–383, 2006.С любезного разрешения Macmillan Publishers Ltd.)(рис. 4.47).
Однако известно и несколько других типов модификаций хроматина,которые также могут защищать гены от умолкания.4.3.8. Хроматин в центромерах раскрывает механизм образованияразновидностями гистонов особых структурПрисутствие нуклеосом, несущих разновидности гистонов, как думают, служитспецифическими метками в хроматине, которые необычайно устойчивы. Рассмотрим, например, формирование и наследование хроматина, который образуетсяна центромерах — областях ДНК на каждой хромосоме, необходимых для организованного расхождения хромосом по дочерним клеткам при каждом деленииматеринской клетки (см. рис. 4.21).
Во многих сложных организмах, в том числечеловека, каждая центромера встроена в отрезок специального центромерногогетерохроматина, который сохраняется на всем протяжении интерфазы, дажепри том, что опосредствованное центромерой движение ДНК происходит только вовремя митоза. Этот хроматин содержит специфичную к центромере разновидностьгистона H3, известную как CENP-A (см.
рис. 4.41), плюс дополнительные белки,которые упаковывают нуклеосомы в особенно плотные структуры и образуют кинетохор — специальную структуру, необходимую для прикрепления митотическоговеретена деления.Специфическая последовательность ДНК приблизительно из 125 пар нуклео-386Часть 2. Основные генетические механизмыРис. 4.49. Свидетельство пластичности формирования центромер у человека. а) Ряд обогащенных A–Tпарами последовательностей α-сателлитной ДНК повторяется много тысяч раз во всех центромерах(красный) хромосом человека, окруженных прицентромерный гетерохроматином (коричневый цвет).Однако из-за древнего события разрыва и воссоединения хромосомы некоторые хромосомы человекасодержат два блока α-сателлитной ДНК, каждый из которых предположительно функционировал какцентромера в его исходной хромосоме.
Обычно такие дицентрические хромосомы не размножаютсяустойчиво, потому что они неправильно прикрепляются к веретену деления и разрываются во времямитоза. Однако в тех хромосомах, которые остаются целыми, одна из центромер так или иначе инактивирована, даже при том, что она содержит все необходимые последовательности ДНК. Это позволяетхромосоме устойчиво размножаться. б) У малой доли (1/2000) потомков человека в клетках наблюдаютсялишние хромосомы. Некоторые из таких лишних хромосом, которые образовались в результате событияразрыва, совершенно не имеют α-сателлитной ДНК, и все же новые центромеры (неоцентромеры) возникают из того, что было первоначально эухроматиновой ДНК.тидов достаточна, чтобы служить центромерой у дрожжей S.
cerevisiae. Несмотряна ее небольшой размер, более дюжины различных белков собирается на этойпоследовательности ДНК; в число этих белков входит разновидность CENP-Aгистона H3, которая, наряду с тремя другими стержневыми гистонами, образуетспецифичную к центромере нуклеосому. Дополнительные белки в центромере дрожжей прикрепляют эту нуклеосому к единственной микротрубочке митотическоговеретена деления дрожжей (рис. 4.48).Центромеры в более сложных организмах значительно крупнее, чем таковыев почкующихся дрожжах.
Например, центромеры мухи и человека простираютсяна сотни тысяч пар нуклеотидов и, кажется, не содержат специфичную к центромере последовательность ДНК. Эти центромеры в основном состоят из короткихповторяющихся последовательностей ДНК, известных у человека под названиемα-сателлитной ДНК. Но те же повторяющиеся последовательности обнаруженытакже и в других (нецентромерных) позициях на хромосомах, а это указываетна то, что их недостаточно, чтобы направлять формирование центромеры. Чтонаиболее поразительно, в некоторых необычных случаях наблюдалось, как нафрагментированных хромосомах человека самопроизвольно формируются новыецентромеры, названные неоцентромерами. Некоторые из этих новых позиций былипервоначально эухроматиновыми и совершенно не содержали α-сателлитную ДНК(рис.
4.49).Глава 4. ДНК, хромосомы и геномы 387Поэтому кажется, что в сложных организмах центромеры предопределяютсясборкой белков, а не специфической последовательностью ДНК. Когда для исследования растянутых волокон хромосомы из области центромеры используют антитела, которые позволяют окрасить специфически модифицированные нуклеосомы,наблюдается поразительное чередование двух модифицированных форм хроматина(рис. 4.50). Видимо, такая организация позволяет центромерному гетерохроматинусвернуться таким образом, чтобы поместить CENP-A-содержащие нуклеосомы навнешней стороне митотической хромосомы, где они связывают набор белков, которыеформируют кинетохорные пластинки. Эти пластинки, в своюочередь, захватывают группумикротрубочек митотическоговеретена деления, чтобы точноразделить хромосомы, как будет описано в главе 17.Рис.
4.50. Организация и функция хроматина, из которого формируются центромеры у человека. а) При окрашивании растянутых волокон хроматинафлуоресцентно-мечеными антителамиα-сателлитная ДНК, из которой формируется центромерный гетерохроматину человека, видна упакованной в чередующиеся блоки хроматина. Одинблок сформирован из длинной цепочкинуклеосом, содержащих CENP-A вариант гистона H3 (зеленый); другой блоксодержит нуклеосомы, которые специально помечены диметиллизином4 (красный).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
