Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 156
Текст из файла (страница 156)
Нуклеоид содержит много суперспирализованных петель Изолированная из нуклеоида ДНК, судя по ее реакпии с бромистым этидием, ведет себя как замкнутая двухцепочечная структура, Маленькая молекула этого реагента встраивается (интеркалирует) между парами оснований ДНК и вызывает образование положительных супервитков в замкнутых кольцевых молекулах ДНК, у которых две цепи соединены ковалентно.
В открытых кольцевых молекулах, содержащих одноцепочечный разрыв, или в линейных молекулах ДНК может свободно вращаться и таким образом освобождаться от дополнительного напряжения, создаваемого в результате включения бромистого этидия. В природных кольцевых отрицнте,эьгэо суперспирализованных ДНК интеркаляция бромистого этидня сначала удаляет отрицательные супервитки и затем вводит положительные супервитки. По количеству бромистого этидия, необходимого для нулевой суперспирализации, измеряют исходную плотность отрицательных супервитков. В процессе выделения компактного нуклеоида вводится некоторое количество одноцепочечных разрывов; такие же разрывы можно ввести в результате ограниченного гидролиза ДНКазой. Однако при этом не исчезает способность ДНК образовывать положительные супернитки в ответ на интеркаляцию бромистого этидия.
Подобная реакция генома, содержащего одноцепочечные разрывы, в ответ на включение бромистого этидия говорит о том, что в нем должны существовать независимые тлблива 28.2 У. Е сой существует несколько ДНК-свизывиощих белков НЬР1 Мономер, 20000 17 000 дальтон копий Р Субъединица, Неизвестно Проками- Неизвестен 3000 дальтон ны 28. О геномах и хромосомах 349 домены. Суперспирализация в каждом домене не зависит от событий, происходящих в других доменах. Для объяснения такой автономности предложена модель организации бактериальной хромосомы, схематически изображенная на рис. 28.6. Согласно этой модели, кажцый домен состоит из одной петли ДНК, концы которой закреплены каким-то (неизвестным) образом так, что вращательное движение не передается из одного домена в другой.
Существует около 100 таких доменов на 1 геном, так что каждый состоит примерно из 40 т. п.н. (13 мкм). При этом ДНК образует более компактную нитевидную структуру, которая еще детально не описана. Благодаря существованию отдельных доменов в различных областях генома может сохраняться разный уровень суперспирализации. Этим фактором также можно объяснять различную чувствительность определенных бактериальных промоторов к суперскручиванию (гл. 11). Суперспирализация ДНК может иметь два последствия.
Если ДНК остается свободной, ее движения не сдерживаются и отрицательные супервитки вызывают напряжение скручивания, которое может быть снято раскручиванием двойной спирали, как это описано в гл. 2. ДНК может находиться в динамическом равновесии меныу состояниями напряжения и раскручивания (см. гл.
32). Однако суперспирализация может сдерживаться, сели белки связываются с ДНК и поддерживают ее в определенной трехмерной конфигурации, В этом случае супервитки будут представлены по ходу ДНК, связанной с белками. Энергия взаимодействия между белками и суперскрученной ДНК влияет на стабильность двойной спирали. Например, если отрицательно суперспирализованная ДНК связывается с белком, относительно специфичным к одноцепочечной ДНК, в области связывания может перманентно происходить локальная денатурация ДНК. С другой стороны, связывание гистоновых белков с образованием нуклеосом стабилизирует двойную спираль отрицательно суперспирализованной ДНК (гл. 29).
Снимается ли большинство образовавшихся супервнтков в ДНК Б, сой ш ч(чо, или двойная спираль испытывает напряжение скручивания, характерное для свободной от белков ДНК? Измерить степень суперспирализации !и ч!!го трудно из-за того, что удерживающие белки могут теряться в процессе выделения. Однако ситуацию ш чгко можно исследовать, используя реагент псорален, вызывающий перекрестные сшнвки и более охотно связываюшийся с ДНК в состоянии напряжения скручивания. По связыванию псоралена с ДНК Е.
гой 1п ч1чо средняя плотность суперспирализации соответствует одному отрицательному супервитку на каждые 200 п.н. Этот результат показывает, что супервитки действительно создают напряжение скручивания !и ч1чо. Большинство естественных супервитков в ДНК и. сой может находиться в свободном состоянии. Наиболее важные черты структуры компактного пуклеоида еще предстоит изучить. Какова специфичносзь образования доменов -всегда ли одни и те же последовательности лежат в тех же самых местах, или содержание отдельных доменов может изменяться? Как сохраняется целостность домена'? Какую структурную роль играют ДНК-связывающие белки? Биохимический анализ сам по себе, вероятно, не может полностью ответить на эти вопросы.
Однако молекулярный анализ структуры нуклеоида (при использовании соответствующих методов отбора) можно было бы выполнить с помощью структурных мутантов. Рис. 28.6. Бактериальный геном состоит из болмао~о числа петель двухцепочечной ДНК (уложеявых в виде волокон). Каждая петля закреплена в основании и образует независимый структурный домен.
Различия между интерфазным хроматином и митотическими хромосомами Индивидуальные хромосомы различимы только в течение короткого промежутка времени в процессе деления клетки. Лишь в это время каждая из них видна в виде компактного образования с плопюстью упаковки 10000. На рис. 28.7 приведена электронная микрофотография пары сестринских хроматид, снятая в метафазе. (Сестринские хроматиды -это дочерние хромосомы, образованные во время предшествуюшей репликации, которые на этой стадии митоза еще соединены вместе; см. гл. 1.) Каждая хроматида состоит из узловатой нити диаметром около 30 нм, уложенной в хромосомную структуру. В течение большей части жизненного цикла эукариотической клетки генетический материал находится в ядре в таком состоянии, что индивидуальные хромосомы нельзя различить.
Структура интерфазного хроматииа в период между делениями не претерпевает видимых изменений. Например, обычно не видно каких-либо перемен в период репликации, когда количество хроматина удваивается. Хроматин имеет нитевидную структуру, однако обгцую конфигурацию нити в пространстве трудно проследить в деталях. Сами по себе нити хроматнна сходны, а может быть, и идентичны тем, которые наблюдаются в митотических хромосомах. Различают два типа хроматина. Как это видно на рис. 28.8, в большей части нити упакованы менее плотно, чем в хромосоме.
Этот материал называют эухромати- З50 Часть У111. Упаковка ДНК Рис. 28.7, Сестринские хроынтиды мнтотнчсской пары, каждая из которых состоит нз инта (-30 ны в диаметре), компактно свернутой н хромосому. рьстссрафн» ысбсзно прсдссгнннсна Г Онрсав) ном. Общая плотность его упаковки в интерфазе составляет, вероятно, около 1000 — 2000, а во время митоза он конденсируется еше в 5 — 10 раз. В некоторых участках хроматина нити упакованы очень плотно и находятся в состоянии, напоминающем митотические хромосомы. Этот материал называют гетерохроматвном. Степень конденсации таких участков почти не изменяется на протяжении всего клеточного цикла. Различные гетерохроматиновые участки часто агрегируют и образуют темноокрашенный хромоцентр.
Одни и те же фибриллы, не прерываясь, проходят через эу- и гетерохроматин; из этого следует, что эти состояния представляют собой различную степень конденсации генетического материала. Аналогично этому различна степень конденсации и эухроматиновых участков в ицтерфазе и во время митоза. Из этих наблюдений вытекает важный вывод о том, что генетический материал упакован таким образом, что в хроматине могут сушествовать рядом друг с другом оба альтернативных со- стояния и возможны периодические изменения в упаковке эухроматина при переходе от интерфазы к делению. Сушествует корреляция между структурой генетического материала и его транскрипционной активностью. Митотические хромосомы т.ранскрипционно инертны; в периол клеточного деления транскрипция прекращается.
В гетерохроматине также не наблюдается транскрипционной активности. Сушествуют два класса гетерохроматина, каждый из которых содержит последовательности разного типа, но оба они в равной мере лишены гранскрипционной активности. Конститутивный гетерохроматии состоит из определенных областей, которые никогда не экспрессируются. Сюда относятся сателлитные последовательности ДНК.
В виде факулыативиого гетерохроматина могут находиться целые хромосомы, которые оказываются неактивными в ряду клеточных поколений, хотя при иных обстоятельствах они способны к экспрессии. Отличным примером может служить Х-хромосома млекопитающих, одна из копий которой (случайная) полностью инактивирована у каждой самки. (Этот механизм компенсирует наличие двух Х-хромосом у самки по сравнению с одной у самцов.) Неактивная Х-хромосома сохраняется в гетерохроматическом состоянии; активная Х-хромосома является частью эухроматина. В данном сл) чае можно видеть корреляцию между транскрнпционной активностью и структурной организацией, поскольку в альтернативных состояниях находятся идешппчные последовательности ДНК.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
