Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 66
Текст из файла (страница 66)
н ап6 1 уу)6 от, наг. 5ггисг. Мот Рдос 11: 763 — 769, 2004. С благосклонного дозволения Месят))!Вп РОЫ)зпегз 616.) зировать скольжение нуклеосолгы и, продвигая таким способом стержень нуклеосомы но двойной спирали ДН К, делают нуклеосомную ДН К доступной для других белков клетки (рис. 4.29). Кроме того, за счет кооперативного взаимодействия с отрица тельно заряженными белками, которые выступают в роли гистоновых шаперонов, некоторые комплексы перестройки способны удалять из нуклеосомы либо весь стержень, либо часть его — катализируя либо замену гистонов Н2А — Н2В, либо полное удаление октамерного стержня из катушки ДНК (рис. 4.30).
Клетки содержат десятки различных АТР зависимых комплексов перестройки хроматина, которые специализируются на выполнении различных задач. По боль шей части это крупные белковые комплексы, которые могут содержать 10 н более субьединиц.
Деятельность таких комгглексов подлежит тщательному управлению со стороны клетки. Когда гены включаются и выключаются, комплексы пере стройки хроматина доставляются к определенным областям ДНК, в которых они оказывают локальное действие на структуру хроматина (обсуждаем в главе 7; см. также рис. 4.4б далее).
Как упоминалось ранее, для большинства последовательностей ДНК, на ходящихся в хромосомах, экспериментально показано, что нуклеосома может за нять любую из множества позиций относительно последовательности ДНК. Самое важное влияние на расположение нуклеосомы, кажется, оказывает присутствие на молекуле ДНК других сильно связанных с ней белков. Некоторые связанные КАТАЛИЗ СКОЛЬ)КЕНИ В НУКЛЕОСОМЕ Рис. 4.29. Скольжение нуклеосомы, катализируемое АТР-зависимыми комплексами перестройки хроматина. Используя энергию гидролиза АТР, комплекс перестройки, как думают, продвигает ДНК связанной им нуклеосомы и ослабляет ее прикрепление к стержню нуклеосомы.
Таким образом, каждый цинл, состоящий из связывания АТР, гидролиза АТР и высвобождения продуктов — АОР и Р,— перемещает ДНК по гистоновому октамеру в направлении стрелки, показанной на этом рисунке. Для осуществления представленного на рисунке скольжения в нуклеосоме требуется много таких циклов. (См. также рис. 4 46, 6.) АТР-зввиси комппвк перестро хромвти ЙЙ Н2А-Н2В 4% гистоновый швпврон Рис. 4.30. Удаление нуклеосомы и замена гистонов, катализируемые АТР-зависимыми комплексами перестройки хроматина. За счет кооперативного взаимодействия с определенными гисгоновы ми шаперонами некоторые комплексы перестройки хроматина могут удалять димеры Н2А — Н2В из нуклеосомы (верхний ряд реакций) и заменять их димерами, которые содержат иной гистон, такими, например, как димер Н2А2-Н2В (см.
Рис. 4.41) Другие комплексы перестройки привлекаются к определенным участкам на хроматине, с тем чтобы полностью удалить гистоновый октамер и/или заменить его иным стержнем нуклеосомы (нижний ряд реакций). АТР-зависимый комплекс перестройки хроматина ц ДНК без р нуклеосомы,фЩ эфтой нуклеосомы '"зг (гистонового окгамера) 332 Часть 2. Основные генетические механизмы белки предпочитают формирование нуклеосомы «бок о бок» с ними. Другие создают препятствия, которые вынуждают нуклеосому передвигаться в позицию «между ними».
Поэтому точные позиции нуклеосом на отрезке ДНК зависят главным образом от присутствия и природы других белков, связанных с ДНК. Благодаря присутствию АТР-зависимых комплексов перестройки взаимное расположение нуклеосом на ДНК может быть очень динамичным и быстро изменяться согласно потребностям клетки. 4.2.11. Нуклеосомы обычно упакованы в компактную хроматиновую фибриллу Хотя на хромосомной ДНК и образуются чрезвычайно длинные нити нуклеосом, хроматин в живой клетке, по всей вероятности, лишь изредка принимает развернутую форму «бусин на интим Вместо этого, нуклеосомы укладываются друг на друга и образуют правильный строй, в котором ДНК уплотнена еще сильнее.
Таким образом, когда ядра очень мягко лизируют на сетке электронного микроскопа, основная доля хроматина наблюдается в виде нити (фибриллы) с диаметром около 30 нм, что значительно толще, чем хроматин в форме «бусин на нити» (см. рис. 4.22). Как же нуклеосомы упакованы в 30-нм хроматиновой фибрилле? Эгому вопросу еще не найден окончательный ответ, однако получена важная информация о структуре фибриллы. В частности, высокоразрешающие структурные исследования были проведены на гомогенных коротких нитях нуклеосом, приготовленных из очищенных гистонов и очищенных молекул ДНК. Структура тетрануклеосомы, определенная с помощью рентгеноструктурного анализа, была положена в основу зигзагообразной модели укладки нуклеосом в 30-нм хроматиновой фибрилле (рис.
4.31). Но криоэлектронная микроскопия более длинных нитей нуклеосом говорит в пользу совершенно иной, соленоидальной, структуры с частично вкли нивающимися друг в друга нуклеосомами (рнс. 4.32). Что заставляет нуклеосомы столь плотно укладываться друг с другом в 30-нм хроматиновой фибрилле? Одним важным фактором выступают связи между нуклеосомами, образованные гистоновыми хвостами, в особенности хвостами гистона Н4 (рис. 4.33). Другой важный фактор — дополнительный гистон, который часто пребывает в отношении 1:1 со стержнями нуклеосом, известный как гистон Н1.
Этот так называемый связующий гистон крупнее, чем каждый из стержневых гистонов, и его намного сильнее «потрепало» в ходе эволюции. С каждой нуклеосомой связывается одна молекула гистона Н1, который контактирует и с ДНК и, с белком, видоизменяя тем самым траектирию выхода ДНК из нуклеосомы. Хотя еще не выяснено во всех подробностях, как Н1 уплотняет нуклеосомы в 30-нм фибриллы, изменение траектории выхода ДНК выглядит определяюще важным фактором для того, чтобы нуклеосомная ДНК входила в сцепление и замыкалась с образовыванием 30-нм фибриллы (рис.
4.34). В организмах большинства эука риот синтезируется несколько форм белка гистона Н! с родственными, но весьма различными последовательностями аминокислот. Возможно, что 30-нм структура, обнаруженная в хромосомах, представляет собой постоянно меняющуюся мозаику из нескольких разновидностей Н1.
Например, линкерный гистон семейства Н1 присутствовал в структуре исследуемых нуклеосом, представленных на рис. 4.32, но отсутствовал в тетрануклеосоме, пред- хвост Н2В хвост Н2А хвост Н хвост Н2В '"" хвост НЗ Рис. 4.33. Гипотетическая модель роли гистоновых хвостов в образовании 30-нм фибрилл. о) На этой иллюстрации схематически показаны приблизительные точки выхода восьми гистоновых хвостов (по одному от каждого гисюнового белка), которые отходят от каждой нуклеосомы.
фактическая структура представлена в правой части рисунка. В полученной с высоким разрешением структуре нуклеосомы хвосты в значительной мере бесструктурны, что предполагает их чрезвычайную гибкость. б) Гипотетическая модель, показывающая, как гистоновые хвосты могут помогать упаковывать нуклеосомы в 30-нм фибриллы. 3та модель опирается 1) на экспериментальные данные, что гипо новые хвостьг способствуют формированию 30-нм фибрилл, н 2) на определенную с помощью рентгеновской кристаллографии структуру нуклеосомы, в которой хвосты одной нуклеосомы наюдятся в контакте с гистоновым стержнем соседней нуклеосомы в образованной ими кристаллической решетке. ставленной на рис. 4.3).
Более того, ранее у нас была возможность убедиться в том, что линкерная ДНК, которая соединяет смежные нуклеосомы, может варьировать по длине; такие различия в длине связок, вероятно, привносят местные возмущения в структуру. А присутствие многих других связывающихся с ДНК белков, равно как и белков, которые связываются непосредственно с гистонами, несомненно, при вносит важные дополнительные особенности в любое сомножество нуклеосом.
Ген — некоторая последовательность нуклеотидов в молекуле ДИК, кото рая служит функциональным элементом для производства белка, структурнои РНК или же каталитической либо регуляторной молекулы РНК. Кодирующие в) гистон Н1 Рис. 4З4. Как связующий гистон связывается с иунлеосомой. Показаны положение и структура глобулярной области гистона Н1. Как видно, эта область удерживает дополнительные 20 пэр нуклеотидов ДНК, где последняя отходит от стержня нуклеосомы. Связывание такого типа гистоном Н1, как думают, является важным для формирования 30-им хромати ново го волокна, Длинный С-концевой хвост ги стон а Н1 нужен ему также и для высокоаффинного связывания с хроматином, но ни его положение, ни позиция Н-концевого хвоста не известны. Изображение а схематично, б — модель структуры /Изображение б заимствовано иэ О.
Вгошп, Т. /гага апг/ Т. Митей, я/ат. 5/гост. Мо/. Вю/. 13: 250-255, 2006. С любезного разрешения Маспнйап Рцывбегз |.та.) белок геоы эукариот обычно состоят из вереницы чередующихся интронов и экзонов, связанной с регуляторным и областями ДН К. Хромосома образуется из единственнои и чрезвычаино длинной молекулы ДНК, которая содержит линейную группу множества генов.
Геном человека содержит з,2. /О" пар нуклео тидов ДНК, разделенны г на 22 различные аутосомы и 2 половые хромосомы. Только малая доля этои ДНК кодирует белки или молекулы функциональной РНК. Молекула хромосомной ДНК содержит также и три другие важные в функциональном отношении последовательности нуклеотидов: точки начала репликации (сайты инициации) и теломеры позволяют молекуле ДНК эффек тивно реплицироваться, тогда как в центромерах дочерние молекулы ДНК при крепляк/тся к митотическому веретену деления, что обеспечивает их точное расхождение по дочерним клеткам во время М фазы клеточного цикла. ДНК эукариот тесно связана с равной по весу массой гистонов, которые формируют повторяющиеся массивы ДИК белковых частиц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
