Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 157
Текст из файла (страница 157)
Отсутствие активности связано (и, вероятно, обусловлено) с чрезвычайно высокой степенью конденсации генетического материала. Заметим, однако, что обратное утверждение было бы неверно. Хотя активные гены действительно находятся в неконденсированном эухроматине, только незначительная часть входящих в него последовательностей когда-либо транскрибируется. Таким образом, необходимым условием экспрессии гена является его локализация в эухроматине, но одного этого недостаточно.
Мы можем только гадать, используется ли тот же самый механизм, который вызывает резкие видимые различия между эу- и гетерохроматином, но только в меныпей степени для регуляции транскрипции в самом эухроматине. Иными словами, скрыты ли в структуре эухроматина менее выраженные участки с разной степенью конденсации, которые обусловливают различие между транскрибируемыми и петранскрибируемыми районами.
В интерфазном хроматине и митотических хромосомах, выделенных ш И(го, наблюдаются большие петли, состоящие из непрерывной пити, которая, очевидно, закреплена у основания и образует независимые домены, подобные тем, которые обнаруживают в бактериоиальном нуклеотиде. Этн структуры обсуждаются в гл. 29. Из-за диффузного состояния хроматииа мы в настоягцее время не можем узнать детали его организации.
Но мы можем поставить вопрос: насколько жестко организована структура хромосомы? Всегда ли определенные последовательности располагаются в одном и том же участке хромосомы, или скручивание нити в общую структуру является достаточно случайным? Несколько лет назад в результате разработки метода дифференциального окрашивания на О-сегменты было показано, что для каждой хромосомы характерна особая воспроизводимая при редупликапии ультраструктура. Если хромосомы обработать специальным образом и затем окра- „.;Ф " Цито -'" н)яч.)г 28.
О геномах и хромосомах п~ лзф.з йгн офвп ' '-' . Гегерохромагин' е' йдзв ,.,'( й(йя,: '., д,: . ,л»)г 1в ,:.Р„„. 7~", ъ ппазма ';А ' 351 Рнс. 2».В Тонкий срез ядра окрашен по Фельгену. Виден гетерохрочатнн в виде компактных участков, сгруппированных около ядрышка н ядерной мембраны. (Фотограг)гпл любезно предосгаепепа Р,. Рпбоп.) сить краской Гимза, на них образуется серия спсцифичебких полос (О-полосы; О-сегменты). В качестве примера иа рис.
28.9 показан хромосомный набор человека, До того как появился этот метод окрашивания, хромосомы различали только по размеру и по относительной локализации центромеры (см. далее). Теперь же кажлукз хромосому можно идентифипировать по характерному расположению полос. Картина расположения полос воспроизводится настолько постоянно, что можно различить участок, транслоцированный с олной хромосомы на другую, сравнив его по структуре с исходным диплоидным набором хромосом. Метод О-сегментации находит самое широкое практическое использованде, однако природа дифференциального окрашивания до сих пор остается загадкой, Известгго наверняка лишь то.
что без предварительной обработки хромосомы окрагциваются краской (имза более или менее равномерно. Таким образом. образование полос обусловлено тели. что различные виды предварительной обработки по-разному влияют на отдельные участки хромосомы. (Вероятно, в результате экстракции какпх-то компонентов, связывающих краску, из участков, образующих промежутки между О-сегментами.) Однако разнообразие эффективных воздействий так велико, что не позволяет понять общей природы реакции. Можно только предполагать существование какой-то большой по длине структуры.
но, что лежит в ее основе, не известно. Наиболее простая молель хромосомы представляет собой одну протяженную двухцепочечную молекулу ДНК. Эта модель согласуется с фактом существования нити размером в 30 нм, которая обнаруживается на протяжении всей хромосомы. В ранних экспериментах было показано, что такая нить состоит из одной конденсированной двухцепочечной ДНК. Этот вывод нашел детальное подтверждение в последующих экспериментах, которые обсуждаются в гл. 29. Хромосома, так же как и индивидуальная молекула ДНК, реплицируется полу- консервативным путем (см. рис.
2.10 и гл. 31). Такой способ репликаций свидетельствует против модели хромосомы, состоящей из многих независимых молекул ДНК. Таким образом, можно объяснить структуру интерфазного хроматина и митотических хромосом, исходя из нредставлений об очень длинной молекуле ДНК. Эта молеку- ° с ч .я %~ зт 1„.~ч( "В ~ ~Л. 4'6'В" ,1 ужи $ ®\' ° )в г»г, Н )» «Н М ДДЙ„'8Й;„'И3 6 У 8 9 10 11 12 Х »»»» 88 66 Е 6 . ЙЙ 13 14 16 16 1г 18 па ря 19 20 ° в а а А 21 22 У рнс.
28.9. Прн непользования метода С-скрашивания на каж- дом нз членов хромосомного набора образуется характерная серия поперечных полос. (Это азобрапенае «ромосоиного набора человека прсаостаалсна М, Па- смзап ) 352 Часть УПЕ Упаковка ДНК Ф ии й'С 1 ~С ч 1 ъ г м 1 3 3 Й Й Н й й И И 6 7 6 9 К) 11 13 Х 13 З$16 16 17 За $ ° ° а в 21 Ы Зг Рис. 28.!О. Нри использовании метода С-окрашиваиия иитеисивио окрашиваются цеитромеры всех хромосом. ('рота~рафа» любезна предоотавиеиа Н Оаюдвапэ ла уложена в форму, в которой она может периодически менять степень конденсации, что способствует осушествлению транскрипции и репликации. Эукариотическая хромосома как единица сегрегации В митозе сестринские хроматиды перемещаются к противоположным полюсам клетки (как показано на рис.
1.5). Это перелвижение возможно благодаря прикреплению хромосомы к микротрубочкам, которые соединены с центриолями или закреплены рядом с ними у полюсов клетки. Место прикрепления микротрубочек к хромосоме ограничено определенным участком, который называют цеитромерой. Локализация цензромеры хорошо видна на фотографии (рис.
267), где представлены сестринские хроматиды па стадии метафазы митоза. Хроматиды еще соединены друг с другом в области центромеры. Исторически термин ицентромераи использовали в структурном и в функциональном смысле для описания участка хромосомы, ответственного за ее передвижение. В митозе центромера тянется по направлению к полюсу и тащит за собой прикрепленную к ней хромосому.
С этой точки зрения хромосому можно рассматривать как специальное приспособление, используемое для прикрепления болыпого числа генов к аппарату клеточного деления. Как показывают результаты разрывов хромосом, центромера служит для расхождения хромосомы по дочерним клеткам. В резуль~ате единичного разрыва образуется один фрагмент с центромерой и другой ацеитрический фрагмент, т.е.
лишенный центромеры. Ацентрический фрагмент не прикреплен к митотическому веретену и может не попасть ни в одно из ядер дочерних клеенок. (Заметим, что каждая хромосома может иметь молоко одну центромеру.) Если в результате транслокации получатся хромосомы с более чем одной центромерой, в митозе образуются аберрантные структуры, поскольку две центромеры могут тащить одну и шу же сестринскую хроматиду к разным полюсам, что привелет к разрыву хромосомы. Области, находящиеся по обеим сторонам от центро- меры, часто богаты сателлнтными последовательностями ДНК и могут содержать значительное количество конститутивного гетерохроматина. В отличие от интерфазного хроматина гетерохроматин не сразу заметен в митотических хромосомах, но его можно увцдеть, используя метод С-окрашивания.
На рис. 28.10 видны темноокрашенные области в районе всех центромер. Это свойство (так же, как и характерные черты интерфазного гетерохроматина) связано не с какимиию особенностями сателлитной ДНК, а зависит от белков, специфически присутствующих в этом месте, Конститутивный гетерохроматин, вероятно, не связан непосредственно с механизмом деления, так как он не всегда обнаруживается рядом со всеми центромерами.
Какое свойство центромеры прямо связано с механизмом расхождения хромосом'? Внутри центромеры можно увидеть темноокрашивающееся волокнистое образование с диаметром или длиной около 400 нм. Это вещество называют кииетохором. Кинетохор -это различимая структура, которая, по-видимому, непосредственно прикрепляется к микротрубочке. Обычно считают, что некая специфическая последовательность ДНК определяет место формирования кинетохора на хромосоме.
У хромосом разных организмов структуры кинетохоров сильно варьируют, что затрудняет анализ их функции. Однако было показано, что кинетохоры содержат ДНК; поэтому можно предполагать, что кинетохор образуется непосредственно на соответствующей последовательности хромосомы. Если за расхождение хромосом отвечает последовательность ДНК в центромере, то любая молекула ДНК, имеющая эту последовательность, буде~ надлежащим образом двигаться в процессе клеточного деления, тогда как ДНК без этой последовательности утратит такую способность. Это предсказание было использовано для выделения цснтромерной ДНК у дрожжей 5.
сегелиае. У хромосом дрожжей нез заметно выраженных кинетохоров, как у хромосом высших эукариот. В то же время мнтотическое деление и расшепление в мейозе происходят с помощью аналогичных механизмов. Недавно методами генной инженерии были получены плазмиды, которые реплицируются подобно хромосомам (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
