Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Нить представлена ДНК, а каждая бусина, называемая сердцевиной, или кор частицей, нуклеосомы (ппс1еозоте соге рагис!е), состоит из ДНК, намотанной, как на катушку, на белковый стержень, образованный гистонами. Структурная организация нуклеосом впервые была определена в гидролизате, полученном после обработки развернутого хроматина специфическими ферментами (так называемыми нуклеазами), которые разрезают ДНК между нуклеосомами. В ходе обработки такими ферментами в течение короткого периода ничем не за щищенная ДНК из промежутков между нуклеосомными кор частицами — лин керная ДНК вЂ” подвергается деградации. Каждая отдельно взятая нуклеосомная бо нм Рис. 4 22. Нуклеосомы квк они есть в поле зрения электронного микроскопа.
о] Хромэтин, выделенный прямо из интерфвзного ядра, выглядит кэк нить толщиной 30 нм, 61 Нв этом электронном микрофотоснимке показан сегмент кромвтинэ, который после выделения был искусственно «рэспэковэн», или разуплотнен, чтобы можно было различить нуклеосомы. 1Снимок а любезно предоставила Ввгьэгв Напзхэ!о; фотография б была прислана Иаопэ Гое.1 вид овшгу 48 гистон Н2А 42 гастон Н2В 41) гистон НЗ ЯВ гистон НЯ Рис. Я 24. Структура корчасгицы нуклеосомы, определенная рентген оструктурным анализом кристаллов. Все гистоны окрашены в соответствии со схемой, представленной на рис. Я.23 а двойная спираль днк — в светло-серый цвет. (Заимствовано из к. извет ег ац ягагиге 389: 251 — 280, 1997. с любезного позволения Маспквап Рцьйгзьегз Г.Ы.1 ми (рис.
4.25). При сборке нуктеосомьг «гистоновьге укладки» сначала связываются друг с другом с образованием димеров НЗ вЂ” 1И и Н2Л вЂ” Н2В, а димеры НЗ вЂ” П4 объединяются в тетрамеры. После этого тетрамер НЗ вЂ” Н4 далее объединяется с двумя димерами Н2Л вЂ” Н2В с образованием компактного октамерного стержня, на который при желании наматывается ДНК (рнс. 4.26). ДНК и гистоны надежно соединены: в каждой нуклеосоме между ДНК и гистоновым стержнем образуется 142 водородные связи. Почти половина этих связей возникает между основной цепью аминокислот гистонов и фосфодиэфир ными группами сахарофосфатного остова ДНК.
Многочисленные ггьтрофобиые взаимодействия и солевые мостики также скрепляют ДНК с белком в нуклеосоме. Например, более одной пятой от обгцего числа аминокислот в каждом из гистоновых стержней представлено лизином или аргинином (обе аминокислоты с оснбвными боковыми цепями), и их положительные заряды могут эффективно нейтрализовать отрицательно заряженный остов ДНК. Эти многочисленные взаимодействия отчасти объясняют, почему Д11К практически любой последовательности может быть свя зана с октамерным гистоновым стержнем. Путь ДНК вокруг гистонового стержня не гладок, скорее наоборот: исходя из неровной поверхности стержня, можно было ожидать несколько изломов в молекуле ДНК.
Подобного рода изгибы предполага ют сугцественное сжатие малой бороздки спирачи ДН К. Некоторые динуклеотиды в малой бороздке особенно легко поддаются сжатию, поэтому некоторые после довательности нуклеотидов связываются с нуклеосомой более плотно, чем другие а) нгд М,....-... - "з-." С .
'н»,»;кыы-"»..чгы,~- с с М с нгв нз м Н4 М-концевой хвост гистоновая укладка в) (рис. 4.27). Это, вероятно, объясняет некоторые поразительные и притом весьма неординарные примеры очень точного расположения нуклеосом на протяжении всей цепи Д11К. Однако для болыпинства ггоследг>вательностейг Д!! К, имеюп)ихся в хро мосомах, предпочтение тех или иных последовательностей нуклеосомами должно быть незначительным, чтобы обеспечить преимущество других факторов, которые позволят нуклеосоме занять любую из множества позиций в последовательности Д!1К болыпинства хромосомных областей. Кроме гистоновой укладки, каждый из стержневых гистонов имеет амино кислотный Х.концевой «хвост., который выступает из гистонового стержня (см.
рис. 4.26). Такие гистоновые хвосты подвергаются ковалентным модификациям нескольких различных типов, которые, в свою очередь, управляют ключевыми особенностями структуры и функции хроматина, что мы обсудим вкратце. Как отражение их фундаментальной роли в предопределении функции Д!4К посредством управления структурой хроматина гистоны входят в когорту наиболее высококонсервативных белков эукариот.
11апример, последовательности аминокислот гистона )!4 гороха и коровы отличаются только по 2 из 102 позиций. Такая высокая консервативность в ходе эволюции навлекаег на мысль о том, что функции гистонов определяются почти всеми их аминокислотами. так что изменение даже в какой либо одной позиции было бы губительно для клетки. Это предположение проверили непо средственно на клетках дрожжей, у которых можно мутировать данный ген гистона и пгуго и ввести его обратно в геном дрожжей вместо нормального гена. Как и ожи дали, в большинстве своем изменения в последовательностях гистонов летальны дггя клетки; немногие, которые не приводят к летальному исходу, вызывают изменения в профиле нормальной экспрессии генов, а также другие отклонения от нормы. Рис.
4.25. Общая структурная организация гистонового стержня. о) Как показано на рисунке, каждый из основных гистонов содержит М-концевой хвост, который претерпевает ковалентную модификацию нескольких аидов, и область гистоновой укладки б) Структура гистоновой укладки, которую образуют все четыре стержневых г исто на. е) Ги стоны 2А и 2 В образуют диме р за счет взаимодействия, известного как «рукопожатие». Гисгоны НЗ и Н4 образуют днмер за счет взаимодействия того же типа. димер НВ-Н4 тетрамер НЗ-Н4 имер Н?А-Н?В днк к тетрамеру НЗ-Нв присоединяются двадимера гистоновый октамер Рис.
4 26. Сборка гиен»нового октамера на ДИК. Гисгоновый ди мер НЗ-Н4 и ди мер Н2А-Н2В образуются за счет взаимодействия типа «рукопожатия». Тетрамер НЗ-Н4 образуется и связывается с ДНК. После зтого два димера Н2А-Н2В присоединяются и завершают построение нуклеосомы. Гисгоны окрашены, как н на рис. 4.24 и 4.25. Обратите внимание, что все восемь ГЧ-концевых хвостов гистонов как бы висят на имеющей форму диска стержневой структуре. Ик конформации очень гибкие.
Внутри клетки реакции сборки нуклеосомы, показанные здесь, опосредуются белками„называемыми гисгпоновь«ии шоперонами ((згзгопе зпарегоп рготегпз1 или носгпоени ком и гнспг онов, одни из которых специфичны к гисто нам НЗ-Н4, а другие — к гисюнам Н?А-Н28. (Переработано на основе иллюстраций А ЧГагегоогбф »Яг.КЩ7)(йгс)ФЬ(г(НЖЯ Д(Ч(БИВФ )(ФФКОУ11»г( В(13ИКйб(ЯУ<(А)ФЬЮ Вс()МЯ<<Ю клеосоме.
Спираль ДНК преимущественно пары С»-С (мвлая бороздка на внешней Рис. Я.27. Изгиб ДНК в ну делает <,7 тугих оборота вокруг гистоноаого охта мера. На этой схеме показано, как малая бороздка сжимается на внутренней части витка Благодаря некоторым структурным особенностям молекулы ДН К, обозначенные ди нуклеотиды предпочтительно располагаются в таких суженных местах малой бороздки,что позволяетобъяснить, почемуопределенные последовательности ДНК прочнее других прикрепляются к стержню нуклеосом»с 4.2.30. Нукпвосоаяья обпвдпизт динпаяимной структурой и часто псгдпвргвготся изаявнпниявл, кптвпизирупвя(»гвя АТР-зпвисиая<эгвяи коаяпппкспяли ппрпстройии хроаявтимв Многие годы биологи полагали, что, однажды сформировавшись в опреде ленной позиции на ДНК, нуклеосома остается закрепленной за этим местом из за очень прочного соединения между ее стержневыми гистонами и ДНК.
Будь это так, это создало бы проблемы генетическим механизмам считывания, которые, в принципе, требуют быстрого доступа ко многим специфическим последователь ностям Д11К, а также машинам транскрипции и репликации ДИК, которь<м нужно быстро продвигаться по хроматину. Но кинетические исследования показывают, что ДНК в отдельно взятой нуклеосоме разматывается с каждого конца со скоростью приблизительно 4 раза в секунду и остается голой на 10 — 50 миллисекунд, после чего частично развернутая структура вновь «закрывается» в нуклеосому. Таким образом, ббльшая часть ДНК в выделенной нуклеосоме, в принципе, доступна для связывания с другими белками (рпс.
4.28). Для находящегося в клетке хроматина явно необходимо дальнейшее ослабление ДНК-гистоновых контактов, потому что клетки эукариот содержат большое разно. образие ЛТР зависимых колплексоп перестройки хрол<г<тг<гга. В этих комплексах субъединица, которая гидролизуег АТР, эволюционно родственна ДНК хеликазам (обсуждаемым в главе 5) и связывается как с белковым стержнем нуклеосомы, так и с двунитевой ДНК, намотанной на него. Используя энергию гидролиза ЛТР для перемещения ДИК по стержню, эта субъединица временно изменяет структуру нуклеосомы, ослабляя прикрепление ДНК к гистоновому стержню.
Посредством повторяющихся циклов гт<дролиза ЛТР такие комплексы перестройки могут катали Несмотря на высокую консерватив ность стержневых гистонов, эукариотиче скис организмы содержат, хотя и в мень гисгоновый стержень ших количествах, также стержневые нуклеосомы (гистоновый октвмер1 ги< тоны специализированного варианта, которые отличаются по последователь ности аминокислот от обычных. Как мы увидим, эти варианты, вкупе с удиви тельно большим разнообразием ковалентных модификаций, которыми могут быть дополнены гистоны в нуклеосомах, делают возможным все множество различных структур хроматина, которое требуется для функционирования ДНК в клетках высших эукариот.
Ж: -":;::;:~~4)е)У)()))Е$М~~~)твт)йт(В ~~в,':~~М~~В(зв884(16 . обвитая ДНК нуклеосома существует в течение 260 миллисекунд развернутая нуклеосома существует 10-60 мигтпигмкунд ВнОВь 06Витая нукпеосома СВЯЗЫВАНИЕ БЕЛКА СВЙТ-специфичный ДНК-связывающий белок Рис. 4.28. Динамичные нуклеосомы. Измерения кинетики показывают, что ДНК в отдельно взятой нуклеосоме удивительно динамична: она быстро разматывается и затем вновь оборачивается вокруг нуклеосомного смржня. Как видно, благодаря атому большая часть связанной с ней последовательности Днк доступна для других связывающихся с Дик белков. (Данные взяты из 6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
