Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 67
Текст из файла (страница 67)
названны г нуклео сома.чи. Нуклеосома состоит из октамерного гистонового стерж я гистоновых бел/сов, который обвит двойной спиралью ДНК. Нуклеосомы разделеньг г/роме жуткими около 200 пар нуклеотидов и обычно сов.честно упакованы (с помощью молекул гиппона Н/) в квазирегулярное .чножество, образующее 30 нм хрома типовую фибриллу. Несмотря на высокую степень уплотнения хроматина, его структура должна быть очень динамичной — чтобы сохранялась возможность доступа к ДНК.
В самой нуклеосоме происходит некоторое самопроизвольное раз матывание и повторное наматывание ДНК; однако общая стратегия обратичого изченения локальной структуры .троматина является прерогативой движимых гидролизом А ТР колтлексов перестройки хроматини. Клетки содержат богатый набор таких комплексов, копгорь/е нацеливаются на определенные облаопи хро митина в надлежащие моменты времени.
Комплексы перестройки сотрудничают ЗМ';:.',.з»ВД~фВ)Ф(зВВВ(з))РВВ)1ЮВ4МФ$ВВВВ(()МФМВФ)Вз1'"',;:,'.:.'::,.::-::: ".: ';::;.":=,::: "-'::::::Ф', с гистоновы.ии игаперона ии, апо позволяет им передвигать нуклеосомные стержни, воссоздавать их из различных наборов гастонов или даже полностью удалять их из нуклеосом, с тем чтобы высвободить связанную с ними ДИК. Описав принципы упаковки ДНК в нуклеосомы и образования хроматинового волокна, мы обратим наш взор на механизмы, которые создают различные структуры хроматина в различных областях генома клетки. Теггерь мы знаем, что механизмы такого типа используются для управления многими генами в геномах зукариот.
Самое главное, некоторые типы структуры хроматина могут быть унаследованы; то есть структура может быть непосредственно передана от клетки ее потомкам. Поскольку такого рода клеточная память основывается на унаследованной струк туре белка, а не на изменении последовательности ДНК, она относится к одной из форм впигенетического наследования. Приставка ерт' в переводе с греческого означает < на» и соответствует сути механизма, потому что зпигенетика представляет собой форму наследования, которая накладывается на генетическое наследование, основанное на ДНК (рис. 4.35).
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ ЗПИГЕНЕТИЧЕСКАЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ ген Х активен ген У активен изменение ) структурные изменения последовательности ДНК у хромвтинв ВВВВФВВВ ген Х нввкгивен ЕВ ВВВВ ФВ РАЗМНО7КЕНИЕ ген нее~вен СОМАТИЧЕСКИХ КЛЕТОК ВВ ВВ ,к»т" и ..ЕВ ген х неактиеен пгн х невкгивен ВВтвгВВВВ ВФВФВВВВ ген у невктивен ген у невктивен ОБРА3ОЕАИНЕ ВАРОДышЕВых'КлетОк Рис. 4.3$. Сравнение генетического наследования с эпигенетнческим наследованием, проводимое по структурам кромэтина. Генетическое наследование основано нэ прямом наследовании нуклеотидных последовательностей ДНК в ходе репликэции ДНК.
Изменения в последовательности ДНК не только точно передаются от соматической клетки всем ее потомкам, но также — через зародышевые клетки — от одного поколения другому, Область генетики, рассматриваемая в главе 8, основывается нэ наследовании таких изменений между поколениями. Представленная здесь схема наследования эпигенетического типа основана нэ других молекулах, связанных с ДНК, и поэтому такое наследование менее устойчиво, чем изменение в последовательности ДНК; в частности, зпи генетическая информация обычно (но не всегда) стирается во время образования яйцеклетак и сперматозоидов. В этой главе обсуждается толька один эпигенетический механизм, основанный нэ наследовании структур хромэтинэ.
Другие эпигенетические механизмы будут представлены в главе 7, которая посвящена регулированию экспрессии генов (см. рис, 7.86). 4З.Управлениеструктуройхроиатина 337 В главе 7 мы представим множество различных способов регулирования экспрессии генов. Там мы обсуждаем эпигенетическое наследование подробно и представляем несколько различных механизмов, которые его обеспечивают.
Здесь же нас интересует только один из таких механизмов, основанный на структуре хроматина. Мы начнем этот параграф с введения в наследуемые структуры хроматина, а затем опишем основу для них — ковалентную модификацию гистонов в нуклеосомах. Мы увидим, что такие модификации служат опознавательными участками для белковых модулей, которые приносят определенные белковые комплексы к соответствующим областям хроматина и таким образом оказывают определенные воздействия на экспрессию генов или запускают другие биологические функции. За счет таких механизмов структура хроматина играет ключевую роль в развитии, росте и под держании жизнедеятельности организмов эукариот, в том числе и наших с вами бренных тел.
4.3.1. Некоторые ранние домыслы и предположения о структуре хроматина Тридцать лет назад гистоны считались относительно неинтересными белками. Было известно, что нуклеосомы охватывают всю ДНК хромосом и, как думали, существуют для того, чтобы обеспечить упаковку огромного количества ДНК, имеющегося во многих ядерных клетках, в компактные хромосомы. Основываясь на том, что было известно из опытов над бактериями, многие ученые полагали, что регулирование генов у эукариот происходит в обход нуклеосомы, считая нуклеосомы «безучастными обывателями».
Но были причины бросить вызов данному мнению. Так, например, биохимики установили, что хроматин млекопитающих состоит из приблизительно равной массы гистоновых и негистоновых белков. Это может говорить о том, что в среднем каждые 200 пар нуклеотидов ДН К в наших клетках связаны с более чем 1000 аминокислот негистоновых белков (то есть масса белка эквивалента полной массе гистонового октамера плюс гистона Н1). Теперь мы знаем, что многие из этих белков связыва ются с нуклеосомами, и их обилие могло бы предполагать, что гистоны являются чем-то более существенным, нежели только «упаковочным материалом».
Вторая причина оспорить точку зрения, согласно которой гистоны не суще ственны для регуляции генов, основывалась на удивительно медленных темпах эволюционного изменения в последовательностях четырех стержневых гистонов. Ранее упомянутый факт, что последовательности гистона Н4 млекопитающих и гороха различаются только двумя аминокислотами, подразумевает, что замена почти любой из 102 аминокислот в последовательности гистона Н4 должна быть губительна для этих организмов. Какого рода процесс мог сделать жизнь организма настолько чувствительной к точной структуре стержня нуклеосомы, что только две аминокислоты заменились за более чем 500 миллионов лет случайной изменчивости, сопровождаемой естественным отбором? Есть и последнее, но не менее важное обстоятельство: сочетание генетики и ци тологии показало, что специфическая форма хроматина заглушает гены, которые она упаковывает, безотносительно к последовательности нуклеотидов, а значит, это способ хранения генетической информации, который непосредственно наследуется обеими дочерними клетками при делениии материнской клетки.
Именно к этому предмету мы и обратимся далее. 338 Часть 2. Основные генетические механизмы 4.3.2. Гетерохроматин высокоорганизован и необычайно устойчив к экспрессии генов Исследования на световых микроскопах в 1930-е гг. позволили различить два типа хроматина в интерфазных ядрах клеток многих высших эукариот: вьюокоспирализованную форму, названную гетерохроматином, и весь остальной, менее уплотненный хроматин, названный эухроматином. Гетерохроматин представляет собой особо компактную форму хроматина (см. рис. 4.9), и мы, наконец, начинаем понимать важные проявления его молекулярных свойств. Хотя он расположен во многих местах по всей длине хромосом, при всем при том он особенно сосредоточен в определенных областях и наиболее заметно — в центромерах и теломерах, о которых уже было сказано ранее (см.
рис. 4.2! ). В типичной клетке млекопитающих более десяти процентов генома упаковано в такую форму гетерохроматина. ДНК в гетерохроматине содержит очень немного генов, и те эухроматиновые гены, которые становятся упакованными в гетерохроматин, выключаются упаковкой такого типа. Однако теперь мы знаем, что термин гетерохроматин охватывает структуры хроматина нескольких различных типов, общей особенностью которых является особо высокая степень компактизации. Таким образом, о гетерохроматине следует думать не как о заключающем в себе «мертвую» ДНК, а скорее как о создающем различные типы компактного хроматина с разными свойствами, которые делают его очень устойчивым к экспрессии подавляющего большинства генов.
Когда ген, который обычно экспрессируется в эухроматине, экспериментально перемещают в область гетерохроматина, он прекращает экспрессироваться и умолкает, или, как говорят, заглушается. Такие отличия в экспрессии генов являются примерами позиционных эффектов (роябоп е(гес(з), суть которых — в зависимости активности гена от его позиции относительно близлежащей области гетерохроматина на хромосоме. Изначально распознанные у дрозофилы позиционные эффекты к настоящему времени обнаружены у многих эукариот, в том числе у дрожжей, растений и человека. Позиционные эффекты, связанные с гетерохроматином, показывают особенность, названную мозаичным эффектом положения (роябоп ейес! тат!епа(!оп), который в прошлом стал важнейшим ключом к пониманию функции хроматина.
У дрозофилы события разрыва хромосомы, которые непосредственно соединяют область гетерохроматина с областью эухроматина, как правило, инактивируют близлежащие эухроматиновые гены. Зона инактивации распространяется на различное расстояние в разных первых клетках зародыша мухи, но как только гетерохроматиновое состояние устанавливается в гене, оно обычно устойчиво насле. дуется всеми потомками этой клетки (рис. 4.36).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
