Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 159
Текст из файла (страница 159)
Когда хромосомы вступают в мейоз, у многих из них видна латеральная дифференцированность структуры. На этой стадии хромосомы похожи на нитку бус. Бусинки представляют собой темноокрашенные гранулы, известные под названием хромомер. В мейозе, однако, экспрессия генов незначительна, и этот материал практически не используют для идентификации индивидуальных генов. Экспрессию генов можно непосредственно наблюдать в двух случаях, когда хромосомы находятся в очень вытянутой форме и можно различать индивидуальные локусы (или группы покусов).
Это хромосомы типа ламповых шеток (лучше всего изученные у некоторых амфибий) и политенные хромосомы (лучше всего изученные у некоторых насекомых). Хромосомы типа ламповых щеток образуются в про- 28. О геномах и хромосомах 355 Вмнм 23' Рнс. 28.12. Хромосома типа нламповой щетки», представляющая собой мейотнческнй биванент, у которого лве пары сестрин- цессе необычайно растянутого мейоза, который может длиться несколько месяцев! В течение этого времени хромосомы находятся в растянутом состоянии и их можно видеть под световым микроскопом. В позднем мейозе хромосомы снова возвращаются к своей обычной компакпюй форме.
Таким образом, растянутые хромосомы являются раскрученным яариантом нормального состояния хромосом. Хромосомы типа ламповых щеток являются мейотическими бивалентами; каждая такая хромосома состоит из двух пар сестринских хроматид. На рис. 28.12 изображен случай, когда пары сестринских хроматид максимально разделены и удерживаются вместе только хиазмами. Каждая пара сестринских хроматид образует серии щщипсоидных хромомер диаметром около 1 — 2 мкм, соединенных очень тонкой нитью.
Эта нить состоит из двух сестринских двухцепочечпых ДНК и тянется непрерывно вдоль хромосомы через все хромомеры. Размеры хромосом пипа ламповых щеток у тритона !то!ори!на!гния ппнезсепз колеблются от 400 до 800 мкм, а их длина в позднем мейозе составляет 15 — 20 мкм. Следовательно, хромосомы типа ламповых щеток упакованы почти в 30 раз менее компактно. Общая длина полного набора хромосом пша ламповых щеток может составлять 5-6 мм и включает в себя около 5000 хромомер. Хромосомы типа ламповых щеток получили свое название из-за наличия боковых петель, выступающих в определенных положениях из хромосом. (Они напоминают щетку для чистки керосиновой лампы, которая сейчас уже вышла из употребления.) Петли располагаются парами, по одной у каждой сестринской хроматиды. Петли являются прололжением осевой пити и представляют собой хромосомный материал, который выступает нз более компактно уложенного материала хромомеры.
скнх хромнтнд удерживаются вместе в местах хннзм !указано стрелками). (Фотогрвфня любезно пренастввяенв !ос Ов11.) Петли окружены матриксом из рибонуклеопротеинов, содержащих новосинтезированные цепи РНК. Часто единицу транскрипции можно определить по увеличению длины РНП, движущегося вдоль петли. Пример этого показан на рис. 28.13. Таким образом, петля — это активно транскрибируемый выступанзщий участок ДНК. В некоторых случаях петли соответствуют определенным генам, которые были идентифицированы. В этих случаях можно было изучить структуру транскрибированного гена и природу его продукта 1П З11п.
Гигантские хромосомы образуются В результате политении Интерфазные ядра в некоторых тканях личинок двукрылых мух содержат хромосомы во много раз большего размера, чем обычные хромосомы. У этих хромо- Рнс. 28.!3. Петля хромосомы «ламповая щетка», окруженная мнтрнксам нз рибовуклеопротенин. !Фотогряфня любезно предоставлена О Мй1ег.) 35б Часть Ч111. Упаковка ДНК Рис. 28.14. Полизеиные хромосомы !у, те!иппдамег образуют серии дисков и междисков. сом увеличены диаметр и длина. На рис. 28.14 в качестве примера изображен хромосомный набор клеток слюнной железы (у, гпе!аподахгег. Такие хромосомы называют политеиными.
Каждая хромосома состоит из видимой серии полос— дисков (более правильно, но редко описываемых как хромомеры). Существует прилаерно десятикратное различие в размере дисков. Наибольшая ширина составляет примерно 0,5 мкм, а наименьшая. 0,05 мкм. (Наименьшие диски видны только пол электронным микроскопом.) В дисках находится большая часть классы ДНК и они интенсивно окрашиваются соответствующими реагентами. Участки между отдельными дисками окрашены светлее; их называют междисками.
В хромосомном наборе О. ве!иподагпег содержится около 5000 дисков. центромеры всех четырех хромосом !у. те!иподисцег агрегируют с образованием хромоцентра, который состои~ в значительной степени из гетерохроматина (а у самцов включает целиком У-хромосому). Учитывая это, можно считать, что около 75% гаплоидного набора ДНК организовано в диски н междиски. Общая длина хромосомного набора (измеренная в метафазе митоза) составляет около 2000 мкм, а эти 75;.„ДНК содержат 1,3.10» п.н.е которые вытянуты на 40000 мкм, так что средняя плотность упаковки равна -20.
Это ясно показывает, в каком растянутом состоянии находится генетический материал в политенной хромосоме по сравнению с его обычными состояниями в интерфазном хроматине или в митотических хромосомах. !Фптптрафна любезно прелпетавзена 3 Вппп е.1 Какова структура этих гигантских хромосомз Каждая хромосома образуется в результате последовательных актов рецликации конъюгировавшей диплоидной пары. Реплики не разделяются, а остаются прикрепленными друг к другу по всей длине.
В начале процесса каждая коныогировавшая пара содержит количество ДНК, равное 2С (где С вЂ” эю содержание ДНК в одной индивидуальной хромосоме). Затем число удвоений происходит до 9 раз; в результате максимальное содержание ДНК может достигнуть 1024С. Число удвоений варьирует в различных тканях личинки )3.
еле!алодагпсг н. конечно, у разных двукрылых мух тоже. Каждая политенная хромосома видна в виде болыпого числа параллельных нитей, сильно сконденсированных в дисках и слабее в междисках. Вероятно, каждая такая нить представлена единичной копией (О гаплоидной хромосомы. Отсюда и происходит термин аполитения». Степень политении определяется числом гаплоидных хромосом, содержащихся в гигантской хромосоме. Для каждой линии дрозофил характерен свой набор дисков. Постоянство числа и линейного расположения дисков впервые было отмечено в 30-х годах, когда исследователи поняли, что диски образуют цитологическую карту хромосом. В результате перестроек — таких, как делеции, инверсии или дупликации,-происходит изменение линейного порядка дисков. Бриджес (Вг!е)йез) первый осознал, что линейный порядок дисков соответствует линейному расположению генов.
(Его исходная карта хромосом с некоторыми модификациями до сих пор служит 28. О геномах и хромосомах Рис. 28.1б. Пол болылим увеличением яоказаиа гибридизация 1п яш иа дисках 8?А и 87С с мечевой РНК, выделенной из кле- ток после теплового шока. 1Фптпгрвфия любезно прсдастввлвив 1. Впппсс.) Рвздзвлвккыв кизяки-мишзии Првдмезипв сзвклс Ззмсразиуь сухим льдам Озмы уь зззкслпм Пасрузить в жидкий агар Деиззурирсвззь ДН К Дабзвить рздиазктивкый зонд Отмыть лзсвяззвшуюси мезку Рздисзвзпгрзфкл Клепсз- мишень Рис.
2817. Нп хромосоме 1У иэ слюнной железы С. селгаш Рис. 2815. Ииливидувльиыс лиски, содержащие определенные видны три кольца Бпльбипии. ~слыл можно идентифицировать методом гибридизации ш игп. гфпсвгрвфия любезно лрвластявлслз в. Овпсьа1о основой всех работ.) Таким образом, генетические перестройки, как это видно по карте сцепления, можно привести в соответствие со структурными перестройками на цитологической карте. В конечном итоге конкретную мутацию можно локализовать в определенном диске.
Положение определенных генов на цитологической карте можно определить непосредственно с помощью метода )и зйп, или цитологнческой гибридизации, расслютренной в гл. 24 в связи с высокоповторяюшимися последовательностями ДНК. Общая схема кратко повторена на Рнс. 28.15. Радиоактивная проба, представляющая некий ген 1чаше всего меченый клон кДНК, полученный с мРНК), гибридизуется с денатурированной ДНК политенных хромосом )п гйш. Методом радиоавтографии можно определить местоположение одного илн нескольких исследуемых генов, наблюдая за скоплением зерен серебра над одним или несколькими дисками, как это показано на рис. 28.16.
Используя этот метод, можно прямо установить диск, в котором расположена данная последовательность ДНК. Нарушение хромосомной структуры при транскрипции Одна из наиболее удивительных особенностей политенных хромосом — это возможность непосредственного наблюдения их активных участков. Некоторые диски иногда «разбухают» или образуют пуфы; при этом наблюдается выпячивание хромосомного материала из осевой структуры.
Пример очень больших пуфов )названных кольцами Бальбиани) изображен на рис. 28.17. Какова природа пуфа? Пуф представляет собой участок, в котором хромосомные нити находятся в более раскрученном виде по сравнению с их обычным состоянием, когда они упакованы в диске. Вместе с тем эти нити остаются непрерывно связанными с нитями, находя- шимнся в осевой части хромосомы. Пуфы обычно образуются из материала отдельных дисков, хотя некоторые особенно крупные пуфы, такие, как кольца Бальбиани, разбухают так сильно, что заслоняют собой соседние диски.
Порядок образования пуфов соответствует транскрипции генов. В процессе развития личинки пуфы появляются и исчезают в определенном тканеспецифическом порядке. Каждая ткань в любой момент развития характеризуется определенной карзиной расположения пуфов. Пуфы индуцируются гормоном экдизоном, который контролирует развитие дрозофнлы. Некоторые пуфы ин- Часть УП1. Упаковка ДНК 358 Глава 29 НУКЛЕОСОМНЫЕ ЧАСТИЦЫ И СТРУКТУРА ХРОМАТИНА дуцируются непосредственно гормонами, тогда как индукция других опосредована продуктами более ранних пуфов. Пуфы — это еайты, е которых происходит е данный люлсепт синтез РНК.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
