Том 1 (1129743), страница 82
Текст из файла (страница 82)
Полосы могут быть идентифицированы поих различной толщине и разным промежуткам в их взаимной разбивке, и каждой396Часть 2. Основные генетические механизмыРис. 4.58. Полный набор политенных хромосом из клетки слюнной железы Drosophila melanogaster.На этой иллюстрации, полученной на световом микроскопе микрофотоснимка, гигантские хромосомыдля большей наглядности расправлены на предметном стекле и прижаты покровным стеклом — «раздавлены». Дрозофила имеет четыре хромосомы, и четыре различные пары хромосом представлены.Но каждая хромосома крепко спарена со своим гомологом (так что каждая пара выглядит как единаяструктура), что не свойственно большинству ядер (разве только во время мейоза).
Каждая хромосомаподверглась многократным циклам репликации, и гомологи, а также все их дубликаты остались в точном строевом порядке друг с другом, в результате чего образовались огромные хроматиновые канаты,состоящие из множества нитей ДНК.Все четыре политенные хромосомы обычно связаны друг с другом гетерохроматиновыми областямиоколо своих центромер, которые объединяются и образуют единый большой хромоцентр (розоваяобласть). Однако в этом препарате хромоцентр был раздроблен на две части при процедуре «раздавливания».
(Переработано на основе T. S. Painter, J. Hered. 25: 465–476, 1934. С любезного разрешенияиздательства Oxford University Press.)Глава 4. ДНК, хромосомы и геномы 397Рис. 4.59. Микрофотографии политенных хромосом в слюнных железах Drosophila melanogaster. а)Полученный на оптическом микроскопе микрофотоснимок участка хромосомы. ДНК была окрашенафлуоресцентным красителем, но здесь представлено обращенное изображение, в котором белые участкиДНК выглядят черными; ясно видно, что диски являются областями повышенной концентрации ДНК.
Этахромосома была обработана при высоком давлении, чтобы отличающий ее профиль распределения полос и междисковых промежутков проявился более четко. б) Электронный микрофотоснимок маленькогоучастка политенной хромосомы дрозофилы, наблюдаемого в тонком срезе. Легко различимы полосы,сильно отличающиеся по толщине и отделенные междисковыми промежутками, в которых хроматиннаходится в менее конденсированной форме. (Иллюстрация а переработана из D. V. Novikov, I. Kireevand A. S. Belmont, Nat.
Methods 4: 483–485, 2007. С благосклонного разрешения Macmillan Publishers Ltd.Снимок б любезно предоставлен Veikko Sorsa.)из них был присвоен номер, чтобы построить «карту» хромосом, которая былаиндексирована в соответствии с секвенированной последовательностью геномаэтой мухи.Политенные хромосомы дрозофилы служат хорошей отправной точкой дляизучения организации хроматина высокого уровня. В предыдущем параграфе мыувидели, что существует много форм хроматина и каждая из них содержит нуклеосомы с различной комбинацией модифицированных гистонов.
В ходе считываниятакого гистонного кода определенные наборы негистоновых белков собираются нануклеосомах и влияют на биологическую функцию тем или иным образом. Некоторые из этих негистоновых белков могут распространяться по ДНК на значительные расстояния, сообщая подобную структуру хроматина смежным областямгенома (см. рис. 4.46). Так, в некоторых областях весь хроматин имеет подобнуюструктуру и отделен от соседних доменов барьерными белками (см. рис.
4.47).Поэтому при низком разрешении интерфазная хромосома может рассматриватьсякак чересполосица структур хроматина, каждая из которых содержит специфическиемодификации нуклеосом, сопряженные со специфическим набором негистоновыхбелков. (При более высоком уровне разрешения в глаза бросается множествоспецифичных к последовательности связывающихся с ДНК белков, которые будутописаны в главе 7).Такая картина интерфазной хромосомы помогает нам интерпретировать результаты, полученные в ходе исследований политенных хромосом. Путем окрашивания высокоспецифичными антителами можно показать, что на разных дисках398Часть 2.
Основные генетические механизмыРис. 4.60. Картина модификаций гистонов на политенных хромосомах Drosophila melanogaster. Антитела, которые специфично узнают различные модификации гистонов, могут указать местоположениекаждой такой модификации среди множества дисков и междисковых промежутков на этих хромосомах.В двух показанных здесь препаратах сравниваются положения двух различных меток на хвостах гистонаH3. В обоих случаях антитело, «пометившее» модифицированный гистон, окрашено зеленым, а ДНК —красным.
Показана только маленькая область, окружающая хромоцентр. а) Диметиллизин 9 (зеленый) —модификация гистона, относящаяся к прицентромерному гетерохроматину. Как это видно, метка связанас хромоцентром. б) Ацетилированный лизин 9 (зеленый) — модификация, которая сосредоточена вгистонах, связанных с активными генами. Как видно, эта метка присутствует в многочисленных полосахна плечах хромосомы и отсутствует в гетерохроматиновом хромоцентре. Подобные эксперименты могутбыть проведены с целью определения местоположения многих других модифицированных гистонов, атакже негистоновых белков (см., например, на рис.
22.45 хромосомы, окрашенные для идентификациибелка Polycomb). (Переработано на основе A. Ebert, S. Lein, G. Schotta and G. Reuter, Chromosome Res. 14:377–392, 2006. С любезного разрешения издательства Springer.)политенных хромосом гистоны модифицированы по-разному (рис. 4.60), а такжеразличны наборы негистоновых белков.
Это наводит на мысль о мощной общейстратегии. Применяя сочетания антител, прочно связывающихся с соответствующими модификациями гистонов, которые создают гистонный код (см. рис. 4.39),можно определить, какие сочетания модификаций характерны для тех или иныхтипов хроматиновых доменов. А выполняя подобные эксперименты с антителами,которые узнают каждый из сотен различных негистоновых белков в хроматине,Рис. 4.61. Свидетельство в пользу существования множества форм гетерохроматина.
В данном исследовании240 поздно реплицируемых участков на плечах политенных хромосом дрозофилы изучили на предмет присутствия двух негистоновых белков. Известно, что этибелки способствуют компактизации двух различных формгетерохроматина (см. текст). Как обозначено, окрашивание антителами предполагает, что примерно половинаучастков упакована в те формы гетерохроматина, которыеотличаются от этих двух. Эксперименты наподобие этихдемонстрируют, что мы знаем об упаковке ДНК эукариотгораздо меньше, чем нам еще предстоит узнать. (Данныезаимствованы из I. F. Zhimulev and E. S. Belyaeva, BioEssays25: 1040–1051, 2003.
С любезного разрешения издательства John Wiley & Sons.)Глава 4. ДНК, хромосомы и геномы 399Рис. 4.62. Синтез РНК в пуфах политенных хромосом. Авторадиографический снимок отдельного пуфа в политеннойхромосоме из слюнных желез комара-звонца C. tentans. Какбыло упомянуто в главе 1 и будет подробно описано в главе6, первый этап экспрессии гена — синтез молекулы РНК с использованием ДНК в качестве матрицы. На разуплотненномучастке хромосомы происходит синтез РНК, которая метится3H-уридином (см. стр. 603) — молекулой РНК-предшественника,которая встраивается в растущие цепи РНК.
(Снимок любезнопредоставлен J. Bonner.)можно попытаться расшифровать множество различных загадок, закодированныхв модификациях гистонов.4.4.3. Существует множество форм гетерохроматинаМолекулярные исследования привели к переоценке нашего взгляда на гетерохроматин. В течение многих десятилетий гетерохроматин представлялся единообразным веществом, для которого характерна сильно уплотненная (высококонденсированная) структура и которое способно перманентно «заглушать» гены.
Ноесли мы определяем гетерохроматин как форму компактного хроматина, способнуюзаглушать гены, наследоваться по эпигенетическому механизму и распространятьсяпо хромосомам, чтобы вызывать мозаичный эффект положения (см. рис. 4.36), тостановится ясно, что существуют различные типы гетерохроматина. Фактическимы уже рассмотрели три таких типа при обсуждении центромеры у человека (см.рис. 4.50).Каждый домен гетерохроматина, как думают, образуется совместной сборкойРис. 4.63.
Одновременное проявление хромосомных территорий всех хромосом человека в одномядре на стадии интерфазы. Анализ FISH, в котором используется различная смесь флуорохромов длямечения ДНК каждой хромосомы. Детекция по семи цветовым каналам флуоресцентного микроскопапозволяет различить каждую хромосому в трехмерном измерении. Справа от микрофотографии каждаяхромосома опознана на схеме действительного изображения. Обратите внимание, что две гомологичныехромосомы (например, две копии хромосомы 9), как правило, не располагаются парами.
(Заимствованоиз M. R. Speicher and N.P. Carter, Nat. Rev. Genet. 6: 782–792, 2005. С любезного разрешения MacmillanPublishers Ltd.)400Часть 2. Основные генетические механизмынабора негистоновых белков. Например, классический прицентромерный гетерохроматин содержит более шести таких белков, в том числе и гетерохроматиновыйбелок 1 (HP1), тогда как так называемая форма Polycomb гетерохроматина содержит подобное число белков из неперекрывающегося набора (белки PcG). Естьсотни маленьких блоков гетерохроматина, разбросанных по плечам политенныххромосом Drosophila и определенных по их поздней репликации (обсуждается вглаве 5). Результаты окрашивания таких областей гетерохроматина антителамиуказывают на то, что известные формы гетерохроматина могут объяснить не болееполовины гетерохроматиновых политенных полос (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
