Том 1 (1129743), страница 83
Текст из файла (страница 83)
4.61). Таким образом,должны существовать и другие типы гетерохроматина, белковый состав которыхне известен. По всей вероятности, все эти типы гетерохроматина регулируются поразному и играют различную роль в клетке.Структура хроматина во всех доменах в конечном счете зависит от белков,которые связываются с определенными последовательностями ДНК и которые, какизвестно, изменяются в зависимости от типа клетки и стадии ее развития в многоклеточном организме. Таким образом, и картина распределения хроматиновых доменов, и их индивидуальный состав (модификации нуклеосом плюс негистоновыебелки) могут быть различными в разных тканях.
Эти различия делают разные геныдоступными для генетического считывания и помогают объяснить рост многообразияклеток, который сопутствует развитию зародыша (описано в главе 22). Сравненияполитенных хромосом в двух различных тканях мухи заложили основу этому общему представлению: хотя картины распределения дисков и междисковых участковв значительной степени одинаковы, есть воспроизводимые различия.4.4.4. Петли хроматина становятся менее конденсированными вовремя экспрессии расположенных в них геновКогда насекомое переходит из одной стадии развития в другую, в его политенных хромосомах возникают характерные вздутия, или хромосомные пуфы, астарые пуфы спадают, по мере того как новые гены начинают экспрессироваться, астарые выключаться (рис.
4.62). Осмотр каждого такого вздутия, когда оно являетсяотносительно маленьким и картина полосчатости все еще различима, показывает,что большинство вздутий появляется в результате деконденсации тех или иных хромосомных дисков.Отдельные хроматиновые фибриллы, которые образуют пуф, можно наблюдать в электронный микроскоп.Рис. 4.64. Распределение богатых генами областей генома человекав интерфазном ядре. Детекцию богатых генами областей проводили спомощью флуоресцентного зонда, гибридизированного с рассеяннымповтором Alu, который представлен более чем миллионом копий вгеноме человека (см.
рис. 5.75). По неизвестным причинам эти последовательности группируются в областях хромосом, богатых генами. Наданной картине области, обогащенные последовательностями Alu — зеленые; области, обедненные этими последовательностями — красные,тогда как области с их средним содержанием — желтые.
Как видно,ДНК вблизи ядерной оболочки «обделена» областями, обогащеннымигенами. (Заимствовано из A. Bolzer et al., PLoS Biol. 3: 826–842, 2005. Сразрешения Public Library of Science.)Глава 4. ДНК, хромосомы и геномы 401Рис. 4.65. Влияние высоких уровней экспрессии генов на внутриядерную местную локализациюхроматина. а) Флуоресцентные микрофотографии ядер клеток человека показывают, как положениегена изменяется, когда он начинает эффективно транскрибироваться. Область хромосомы, смежная сгеном (красный), как заметно, покидает свою хромосомную территорию (зеленую) только тогда, когдаген высоко активен. б) Схематичное представление большой петли хроматина, которая разворачивается,когда ген «включен», и стягивается, когда этот ген «выключен».
Как показывают те же самые методы,остальные гены, которые экспрессируются менее активно, остаются на своей хромосомной территорииво время транскрипции. (Заимствовано из J. R. Chubb and W. A. Bickmore, Cell 112: 403–406, 2003. С любезного дозволения издательства Elsevier.)В благоприятных случаях заметны петли, во многом напоминающие наблюдаемыев хромосомах типа ламповых щеток, свойственных земноводным, о которых былосказано раньше. В отсутствие экспрессии петля ДНК принимает утолщенную структуру, возможно, свернутой 30-нм фибриллы, но когда происходит экспрессия гена,петля растягивается.
На полученных с помощью электронной микроскопии фотографиях хроматин, расположенный по обе стороны от деконденсированной петли,кажется значительно более компактным, а это предполагает, что петля представляетсобой обособленный функциональный домен структуры хроматина.Наблюдения, сделанные при исследовании клеток человека, также позволяютпредположить и то, что плотно свернутые петли хроматина расширяются, как быстараясь занять больший объем, когда находящийся в них ген экспрессируется.Например, находящиеся в состоянии покоя области хромосомы протяженностью402Часть 2.
Основные генетические механизмыРис. 4.66. Перемещение генов в различные области ядра при изменении уровней их экспрессии.Внутреннее пространство ядра весьма разнородно, и различные внутриядерные области, как известно,оказывают различное воздействие на экспрессию генов. Перемещения наподобие показанных на данномрисунке предположительно отражают изменения в сродстве связывания между хроматином и молекулами РНК, окружающими ген, с различными внутриядерными областями. Похоже, что такое движениепроисходит за счет диффузии и не требует регуляции направления движения, поскольку каждая областьхромосомы, будучи помечена способом, позволяющим отслеживать ее положение в живой клетке, какможно наблюдать, претерпевает постоянное беспорядочное движение.от 0,4 до 2 миллионов пар нуклеотидов в длину имеют вид компактных крапин винтерфазном ядре, когда их наблюдают с помощью флуоресцентной микроскопиис применением FISH или иных технологий.
Однако та же самая ДНК, согласно наблюдениям, занимает бóльшую территорию, когда ее гены экспрессируются, при этомпервоначальной точке на смену приходят продолговатые крапчатые структуры.4.4.5. Хроматин способен перемещаться в особые участки ядра,чтобы варьировать в них экспрессию геновНовые способы визуализации отдельных хромосом показали, что каждая из46 интерфазных хромосом в клетке человека, как правило, занимает свою собственную обособленную территорию в пределах ядра (рис. 4.63).
Однако картинынаподобие изображенной на этом рисунке дают лишь среднестатистический взглядна распределение ДНК в каждой хромосоме. Эксперименты, которые определяютместоположение определенных областей гетерохроматина в хромосоме, показывают,что часто они бывают тесно связаны с ядерной пластинкой, независимо от того,какую из хромосом мы наблюдаем. А ДНК-зонды, которые предпочтительно окрашивают богатые генами области хромосом человека, дают поразительную картинуинтерфазного ядра, которая предположительно отражает различные среднестатистические позиции активных и неактивных генов (рис.
4.64).Разнообразие проведенных экспериментов различных типов позволило прийтиГлава 4. ДНК, хромосомы и геномы 403Рис. 4.67. Электронный микрофотоснимок, на котором показаныдва распространенных фибриллярных ядерных субкомпартмента. Больший из представленных на рисунке шаров — тельце Кахаля.Меньший, более темный шар — скопление гранул промежуточногохроматина, которое называется крапинкой (см. также рис. 6.49).Эти «субъядерные органеллы» засняты в ядре ооцита Xenopus.(Заимствовано из K. E. Handwerger and J. G. Gall, Trends Cell Biol.
16:19–26, 2006. С любезного разрешения издательства Elsevier.)к заключению, что положение гена внутри ядра изменяется, когда начинается его интенсивная экспрессия.Таким образом, область, которая становится интенсивно транскрибируемой, как часто находят, простирается за пределы своей хромосомной территории, какэто имеет место в расширившейся петле (рис. 4.65).В главе 6 мы увидим, что запуск транскрипции —первый шаг в процессе экспрессии гена — требуетсборки более чем 100 белков, и кажется вполне разумным, что она будет проис-Рис.
4.68. Эксперимент, который показывает, что субъядерные органеллы хорошо проницаемы длямакромолекул. На этих микрофотографиях представлены ядра живого ооцита: в верхнем ряду сравнивается флуоресценция внутренних пространств ядрышек, телец Кахаля и крапинок с флуоресценциейокружающей нуклеоплазмы – спустя 12 часов после того, как флуоресцентные декстраны отмеченноймолекулярной массы были введены в нуклеоплазму. Яркость каждой органеллы отражает ее проницаемость, при этом наиболее проницаемая органелла — самая яркая.
Для сравнения в нижнем ряду представлены полученные на обычном световом микроскопе микрофотографии тех же самых препаратов,при этом ядрышко на каждом поле выделено коричневым цветом. Тельца Кахаля, как можно видеть,более проницаемы, чем ядрышки. Однако количественный анализ показывает, что во все органеллыпоступает большая доля декстрана, что относится и к наиболее крупным его молекулам. (Заимствованоиз K. E. Handwerger, J. A. Cordero and J. G. Gall, Mol. Biol. Cell 16: 202–211, 2005. С любезного разрешенияAmerican Society of Cell Biology.)404Часть 2. Основные генетические механизмыходить наиболее быстро в тех областях ядра, которые обогащены этими белкамив наибольшей степени.В более общем виде перед нами предстает картина весьма неоднородного ядра,состоящего из различных в функциональном отношении областей, в которые частихромосом могут перемещаться, по мере того как в них протекают различные биохимические процессы, например, при изменении уровней экспрессии расположенныхв них генов (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
