Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 68
Текст из файла (страница 68)
Это замечательное явление было впервые открыто в ходе досконального генетического анализа причин мозаичной потери красного пигмента в мушином глазу (рис. 4.37); как оказалось, интенсивное распространение гетерохроматина участвует также в инактивации одной из двух Х-хромосом у женских особей млекопитающих (см. разд. 7.4.16).
С целью поиска продуктов генов, которые усиливают или подавляют распространение гетерохроматина и его устойчивого наследования, — то есть генов, кото рые, будучи мутированы, или усиливают, или подавляют (супрессируют) эффект мозаичного типа, — был проведен массовый генетический скрининг как на дрозофиле, так и на грибах.
С помощью этой методики было идентифицировано более 50-ти генов, которые играют определяющую роль в этих процессах. В последние 12З45 1 1 парениях садиках раппов»эмбриона формируется ппцжвраиапш. ютарый павы рвепроагрвнявтвя в жжеднив ауюромювйовыв обя««ти, причем в рвзньж жмпэх да разной Отепмм 12345 1 2 34 5 12345 праляфврвьзм хп«з,'В гетерохроматин аухрамвтин гены 1 5 мосомная спохация 12345 гетерохроматин аухроматин клон клетОк, в «старых клон хп«ток, в ««тарьи нна«тивираван г«н 1 ина«гивираваны б) гены 1, 2 и 3 клан хп«так, нв содержащий инакп1еивав«нных ГОНОВ а) рис. 4.37. Открьпие позиционных зффентов на основании экспрессии генов. Ген игигге у плодовой мушхи дрозофила регулирует экспрессию пигмента глаза и назван по мутации, нагорав позволила его впервые опознать.
Мухи дикого типа с нормальным геном Ногте (ИГИДе') имеют нормальную выработку пигмента, который обусловливает красный цвети» глаз, но, если ген ИФгте мутирован и инахтивирован, мутантные мухи (игьгге) совершенно не производят этот пигмент и имеют белые глаза. У тех мушек, у наторых нормальный ген ИГ)ггте' был перемещен в примыкающую к гетерохроматину область, глаза крапчатые с «росными н белыми пятнами. Белые пятна представляют последовательности «летачньж поколений, в которых ген я ггте' «умолк» под влиянием гетерохроматина.
Напротив, «росные пятна представляютпоследователь- расположение барьер ности клеточных по«олений, в которых ген гвнв Ибзйе ИФгте' зкспрессируется. На ранних стадиях «Х гетерохроматин развития, когда гетерохроматин изначально формируется, ан распространяется на сог седний эухроматин в различной степени редкая инверсия в разных клетках эмбриона (см. рис. 4.36). Наличие крупных зон нроснык и белых клеток показывает, что состояние тра нскрипционной ахти в ности, определяемое упаковкой этого гена в хроматин в предковых клетках, ,«)е~: гвн ИФгзв оказался унаследовано всеми дочерними клетками.
в рамоса в Рис. 4 36. Объяснение эффекта раскраски маза ичн ого типа у ззпиарбгйг пгеlалайюэсес о) Раси растра нению гетерохроматина (эеленый) в смежные области эухроматина (красный) обычна препятствуютспециальные последовательности барьерной ДНК, о которых мы поговорим вскоре. Однако у мух, которые унаследовали некоторые хромосомные перестройки, этот барьер более не присутствует. б) На ранних периодах развития таких мух гете рохроматин может распространиться на соседнюю хромосомную ДН К, продвигаясь в разных клетках на различные расстояния.
Такое распространение вскоре останавливается, но установившаяся картина распределения гетерохромати на наследуется, так чта производятся большие клоны клеток потомства, в которых адни и те же соседние гены ко иден с ированы в гете рохроматин и таким образом инактивираваны (отсюда «мозаичная» внешность некоторых из таких мух; см. рис. 4.37). Хотя термин «распространение» употребляется для описания формирования нового гетерохроматина вблизи с уже имеющимся гетерохраматинам, этот термин, быть мажет, не абсолютно точен.
Есть данные, что во время расширения гетерахроматин может «перескочить» через некоторые области хроматина, избавляя гены, которые лежат в их пределах, от репрессивных мер. годы получена подробная информация о свойствах белков, произведенных этими генами; как оказалось, многие из них представлены негистоновыми хромосомными белками, на которых и зиждется основание замечательного механизма регулирования генов эукариот — того, который требует точных последовательностей аминокислот стержневых гистонов.
Поэтому данный механизм регуляции генов помогает объ яснить поразительно медленное изменение гистонов с течением времени. 4З.З. Гистоны стержня ковалентно модифицируются по множеству РВЗЛИЦНЗ»зх СВЙТОВ Боковые цепи аминокислот всех четырех гистонов в стержне нуклеосомы подвер гаются поразительно разнообразным ковалентным модификациям, включая ацегилиро ванне лизинов, моно-, ди- и триметилирование лизинов, а также фосфорилирование се ринов (рис.
4.38). Большое число такого рода модификаций боковых цепей происходит на восьми относительно бесструктурных Х концевых «гистоновых хвостах», которые высовываются из нуклеосомы (рис, 4.39). Однако встречаются также определенные модификации боковых цепей на дискообразном стержне нуклеосомы (рис. 4.4В). б) ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ СЕРИНА Рис. 4.38. Некоторые характерные типьг ковалвнтных модификаций боковьж цепей аминокислот в гистонах нуклеосом. о) Показаны три разных уровня метилирования лизина; каждый может быть опознан своим связывающимся белком и„таким образом, каждый может иметь свое особое значение для клетки. Обратите внимание, что ацетилированне удаляет положительный заряд сливина и, что наиболее важно, а цетили ро ванный лизин не может быть метил и рован, и наоборот. б) Фосфор ил и рова ние серина сообщает отрицательный заряд гистону.
Модификации, не показанные здесь, — моно- или диметилирование аргинина, фосфорилирование треонина, присоединение АПР-рябовы к глутаминовой кислоте и присоединение убиквитина, СУМО или биотиновой группы к лизину. а) РЕАКЦИИ АЦЕ Н О !! — М вЂ” С вЂ” С— ! Н СН, СН СН, СН М Н С О Сн, ацвтилпизин ТИЛИРОВАНИЯ И МЕТИЛИРОВАНИЯ ЛИЗИНА ЯВЛЯЮТСЯ КОНКУРИРУЮЩИМИ Н О Н О Н О )! ! )! — М вЂ” С вЂ” С— — М вЂ” С вЂ” С— — М вЂ” С вЂ” С— ! ! ! Н СН Н СН, СН ! СНз СН СНз ! СН, СН, СН СН, СН, СН, ! М М М Н,С „ Н Нзс Н Снз' Нзс СНС!"з лизин мономвтиллизин димвтиллизин ,'Н.';,'О Н О й ".4з '.
! !! )АМ-:"".Ф-::4+ — М вЂ” С вЂ” С— 4'.:;)."': .". Н ФН .';'. Н СН, Е'::: " 4ВЗ'' ' О сорин Π— Р=.О фосфосврин Н4 Н28 Н2 вид снизу ф ф Ф ф4~ пакаЧааа())ккМйэ4ткввккаиаггрчакч †'„г;,, 1 5 9 1315 119 (чк 9ККК ВдркрвааЕИКЪЧт®Л(28(88ЭаКККК вЂ” -~~х:::='='-® Н28 5 12 14 15 20 23 24 рф;;;-;,:-'~ф а В кфт$(2ткк бтаа(()ърф$06дт)888$$88рктаач()5 — ~~, .-Ф::с. 2 4 9 10 14 1718 23 282728 актам Н4 ф 4~ ~: Ф'Ф ф 8)р ф 8)р ва)()055008)аьа$аалакнк)8чбкввх()ахт 1 3 5 8 12 18 20 глобупярные домены М-концввыв хвосты - ". мвтилированив:ф! фосфорилированив (59 ацетилированив вв убиквитинированив 3 Рис. 4.39. Ковалентная модификация квостов стержневых гисгонов.
о) Структура нуклеосомы с обозначенным цветом месюположением первых 30-ти аминокислот в каждом из его восьми (зеленых) Н-концевых гистоновых хвостов. 6) Обозначены хорошо известные модификации четырех гистоновых стержне вьж белков.
Хотя здесь для обозначения метил и рован на используется один символ (зл), каждый лизин (К) или аргинин (й) может быть метилнрован несколькими различными способами. Обратите вниманиее также и на то, что некоторые позиции (например, лизин 9 гистона НЗ) могут быть модифицированы либо метил и рова пнем, либо ацетили рова кием, но не тем и другим вместе. Большинство из показанных модификаций заключается в присоединении относительно маленькой молекулы к гистоновым хвостам; исключение — убиквитин — 76-амннокислотный белок, используемый также в других клеточных процессах (см. рис. 6.92). (Переработано из Н. 5апгоз-йота апс( С.
Са)с)аз, Екг, Х Салсег 41: 2381-2402, 2005. С любезного разрешения издательства Евеыег.) вид сверху ° ацетилирование е метипирование е фосфорилирование ' убиквитинирование е ацетипирование или метилирование вид сбоку Рис. 4.40. Карта модификаций гистонов на поверхности кор-частицы нуклеосомы.
Заметим, что гнстонные хвосты были здесь опущены (сравннте с рис. 4.39) функции большинства этик модификаций стержня еще не известны. (Переработано из М. 5. Созбгоче, 1 О. Воеке апг) С. ууо!Ьегкег, я!от. 5тгнст. Мо!. В!о!. 11: 1031-1043, 2004. С любезного разрешения Масок))ап рцывьегз стс).) Модификации всех вышеупомянутых типов обратимы. Модификация опреде лешюй боковой цепи аминокислоты в нуклеосоме осуществляется специфическим ферментом, причем в большинстве своем зти ферменты воздействуют только на один или несколько участков. За удаление каждой конкретной модификации боковой цепи отвечает иной фермент.
Так, например, ацетильные группь! присоединяются к опреде ленным лизинам набором различных гистонацетилтрансфераз (НЛТ) и удаляются набором комплексов гистогщезацегилаз (НОАС). Аналогичным образом метильные группы присоединяются к боковым цепям лизина набором ра,!личных гистопметил трансфераз и удаляются набором гистондеметилаз. Каждый фермент направляется к определенным участкам на хроматине в определенные моменты времени жизнен ного цикла каждой клетки.
Начальная «вербовка» этих ферментов по большей части зависит от белков, регулирующих гены, — регуляторньгх белков (депе геди!аготу рго(е(пз), которые связываются с определенными последовательностями ДН К по длине хромосом и, в свою очередь, тоже производятся в разные периоды времени жизни организма, как описано в главе 7. Но, по крайней мере в некоторых случаях, кона лентные модификации на нуклеосомах могут сохраняться надолго, даже после того, как регулирующие гены белки, которые в свое время вызвали их, исчезнут, — и, таким образом, они несут в себе память об истории развития клетки.
Поатому различные группы нуклеосом могут сильно отличаться по схемам ковалентных модификаций, что зависит от их точного положения в хромосоме и от статуса клетки. Модификации гистонов тщательно регулируются и имеют важные последствия. Ацетилирование лизинов по Х концевым «хвостам», как правило, разрыхляет структуру хроматина, отчасти потому, что присоединение ацетильной группы к ли зину удаляет его положительный заряд и тем самым снижает сродство «хвостов» к соседним нуклеосомам (см. рис. 4.33). Однако наиболее глубокое воздействие модификаций гистонов заключается в их способности привлекать к отрезку хро ХАРАКТЕРНАЯ ФУНКЦИЯ НЗ НЗ.З активация транскрипции Функция центромеры сборка кинетохора СЕКР-А нательная вставка Н2А репарация и рекомбинация ДНК 1, 1, экспрессия генов, расхождение хромосом подавление транскрипции, инактиаасыя Х-хромосомы макроН2А гистонная укладка матина, который был соответствующим образом модифицирован, специфические белки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
