Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 166
Текст из файла (страница 166)
В состав хроматипа входят как нуклеосомные ги- руюшийся хроматин, до того как в его состав входят гистоны Н2А и Н2В. Другие данные были получены при использовании по- перечно-сшитых гистоновых октамеров, которые не могут диссоциировать на отдельные белки, но тем не менее сохраняют способность связывать ДНК с образованием минимальной нуклеосомы. Это говорит о том. что в принципе ДНК может обвиваться вокруг предварительно сформированного октамера. Далее было сделано допущение, что благодаря своей симметричной структуре нуклеосома, возможно, разделяется на две «полунуклеосомытт.
С этой точкой зрения согласовывалось наблюдение о том, что мини-хромосома вируса БУ40 способна изменять свою структуру при низкой концентрации соли. При этом образуется вдвое больше бусинок, каждая из которых меньше по размеру, чем пуклеосома. Могут ли они быль полунуклеосомами, состоящими из гетервтипичного тетрамера 1Н2А Н2В НЗ. Н4]? Могут ли такие промежуточные формы использоваться при репликации хроматина, соединяясь с другим набором нз четырех гистонов для восстановления полной нуклеосомы, как это гипотетически представлено на рис.
29.19? При попытке собрать нуклеосомы )и упго процесс сборки в основном рассматривают как соединение свободной ДНК с гистонами. Но в действительности )п у|уо хроматин репродуцируется. Отрезок ДНК, уже связанный с нуклеосомими, реплицируется, давая начало двум дочерним дуплексам. Что происходит в этот момент с предсушествуюшими нуклеосомами? Диссоциируют ли гистоновые октамеры на свободные гистоны, которые затем вновь собираются, или же они остаются в собранном виде? Некоторые такие возможности показаны на рис.
29.20. Эксперименты с использованием поперечных сшивок говорят о том, что гистоновый октамер может быть консервативным, сохраняясь целиком на протяжении всего цикла репликации. Остаются ли «старые» октамеры связанными в каком-либо определенном порядке с дуплицированными ДНК? Например, все ли старые октамеры Один дуппекс забирает все "с~врыв" нуклеосомы; другой допжен пОлучить "новые" нукпеасомы 29. Нуклеосомные частицы и структура хроматина 371 с) о О о' ОО (~30дО + ОО О() ОО (-) ОС)ОС3 сои о Нуклжюомы рззрушаютсп до гистонов; новые нуклеосомы образуютсп из пула, содержащего и старые и новые г истомы стоны, так и негистоновые белки, и все эти дополнительные компоненты должны репродуцироваться.
Поскольку комплект негистоновых белков, по-видимому, варьирует в зависимости от конкретного фенотипа клетки, при его репликации сохраняются особенности клеточной специфичности. Таким образом, возможность существования механизма сегрегации белков в процессе репликации ДНК имеет значение, выходящее за рамки вопроса о сборке нуклеосом.
Одним из наиболее принципиальных вопросов, на который хотелось бы ответить, является вопрос о том, каким образом различные состояния структуры хроматина наследуются дочерними клетками. Рассмотрим ген, который активирован (или репрессирован) ну~ем связывания с ДНК какого-то специфического регуляторного белка и (или) каким-то изменением структуры хроматина. Каким путем это конкретное состояние будет унаследовано дуплицированными хромосомами дочерних клеток, образовавшихся в результате деленияу Если во время реплнкации все белки отделяются от ДНК, специфическое состояние должно заново устанавливаться в каждом цикле клетки. Однако возможно, что определешгый механизм сегрегации используется для топу, чтобы передать информацию о состоянии экспрессии генов.
Одна возможность заключается в том, что специфическая структура может быть увековечена путем сегрепщии и дупликации в процессе репликации ДНК. Например, образегь формально эквивалентный полунуклеосомной сегрегации, показан на рис. 29.20 (безотносительно к тому, используется ли такой тип сегрегации самими гистонами). Таким образом, комплекс негистоновых белков может сформироваться на ДНК, затем расщепиться на полукомплексы при репликации и вновь достроиться до полных комплексов на каждом дочернем дуплексе Общая структура хроматиновой нити может играть важную роль в сборке хроматина.
Если в ооцит иньецировать кольцевую ДНК, в нем происходи.г сборка первых нуклеосом и затем нить становится суперспирализованной. Эти свойства можно воспроизвести в системе гп уггго, содержащей АТР в качестве источника энергии, не- нцирующився участки вплнцирующнеся участки Оба дуплекса попузают "папунуклеосомы", которые должны бмть восстановлен» в полные нуклеосомы обходимой для суперспирализацни. При такой «активной сборке» образуются нуклеосомы с периодичностью 200 п.н. Выделив эту систему в очищенном виде, мы можем определить взаимодействия, участвующие в определении длины ДНК, соответствующей каждой нуклеосоме.
Другая сторона этой проблемы заключается в том, каким образом происходит изменение типа генной экспрессии. Чаще всего возможность изменений связывают с процессом репликации ДНК, во время которого временно нарушается структура хроматина. Однажды случившееся изменение может наследоваться с помощью механизма сегрегапии до тех пор, пока не произойдет другого изменения (см. также гл.
30). В хроматине, образованном в ооците путем активной сборки, содержится материал двух типов, различающийся по чувствительности к нарушению суперспирализации. Большая часть хроматина содержит закрепленные супер- витки. Они остаются после введения одноцепочечных разрывов и снимаются только после удаления гистонов. Однако часть хроматина (до 30",г,') находится в напря- ,3"те к,-'зюк ' '.цт,с,:гг; Ь у .. ',' ' .:.,-'с;:,': "*,„"~т.„: а.ь 4.',"~,';,:й':; '' '-т: »:нв „„ Рис. 292К Рспднцнроввнныс участки хромвтннв содержат ну клсосомы в обоих дочерних дуплексах ДНК. Гфотография любезно предоставлена Рдеуеп Ц МсКпзддт) 372 Часть Ч111. Упаковка ДНК женном состоянии.
В нем есть супервитки, которые можно снять, вводя одноцепочечные разрывы. В этой фракции содержатся транскрибируюшиеся последовательности. Суперспирализованная область может совпадать с доменами, ранее обнаруженными в целых геномах 1см. гл, 28). Пока мы еше не знаем, чем обусловлены различия между двумя этими типами хроматнна. Для сборки нуклеосом нужны неристоновые белки В результате экспериментов по реконструкции ДНК с гнстонами образуется структура, более напоминающая частицу минимальной нуклеосомы, чем полную нуклеосому.
При низких концентрациях, когда отдельные сформированные частицы соединены нитью ДНК, более 146 п.н. связываются с белковым октамером. Но это не постоянная характеристика, поскольку при увеличении концентрации, приводящей к более плотной упаковке частигь каждый октамер оказывается связанным только со 146 п.н. ДНК, з.е. отрезком ДНК, равным по размеру ДНК минимальной нуклеосомы.
Это выглядит так, как будто в отсутствие соседней минимальной нуклеосомы гистоновый октамер старается захватить больше ДНК, но при появлении ближайшего соседа отдает всю ДНК, за исключением той ее части, которая входит в состав собственной минимальной нуклеосомы. Что же отвечает за модуляцию этой реакции )п что, влияющей на расположение нуклеосом с интервалом, специфическим для соответствующего генома или даже для отдельных его частей? Едино~венной системой, в ко~орой удалось получить аутентичную плотность расположения нуклеосом в опытах по реконструкции, оказалась система ооцитов Хенарив.
При инъецировании ДНК вируса БУ40 в ооциты кольцевые молекулы могут формировать мини-хромосомы. При достаточном избытке ДНК цул эндогенных гистонов исющается и сборка начинает зависеть от введения дополнительных гистонов. Характерные признаки системы сохраняются в бесклеточном экстракте, где сборка нуклеосом на свободной ДНК происходит с интервалом в 195 п.н.
Это важная информация, так как она показывает, что правильная сборка нуклеосом может происходить г)е пото со свободной ДНК. Сборка не связана непременно с актом репликации; она не зависит от последовательности добавленной ДНК. Эти признаки еще не были воспроизведены полностью во фракционированной системе реконструкции, но некоторый успех в идентификации отдельных компонентов был достигнут. Из ооцитов Хенорив выделен белок сборки.
Это пентамер, содержащий идентичные субъединицы по 29000 дальтон. Это белок, преобладающий в ооцитах, и локализован он в нуклеоплазме. Антитела, полученные против этого белка, реагируют с белками нуклеоплазмы многих эукариот. Следовательно, можно предположить, что этот белок соответствует эволюционно какой-то универсальной функции, закрепленной в процессе эволюции.
Он был назван нуклеоплазмином. В присутствии нуклеоплазмина гистоны могут связываться с ДНК, образуя в физиологических условиях (низкая концентрация соли) частицы. При расщеплении этих частиц нуклеазой микрококков образуются полосы ДНК размером в 146 и 165 и. н, Отсюда следует, что некоторые из образованных минимальных нуклеосом содержат дополнительную ДНК, протяженность которой недостаточ- на для образования полных нуклеосом. Следовательно, нуклеоплазмин участвует в контроле реакции ДНК с гиеронами таким образом, что этот процесс становится продуктивным н ведет к образованию нуклеосом, а не случайных агрегатов. Однако самого по себе нуклеоплазмина недостаточно для образования нуклеосом со специфическим интервалом.
Какова функция нуклеоплазмина? Это кислый белок, который не связывается ни со свободной ДНК, ни с интактными нуклеосомами, но при этом он связывается со всеми индивидуальными гистонами. Реакция насыщаемся на уровне, равном одному пентамеру нуклеоплазмина на октамер гистона. Нуклеоплазмин, возможно, играет роль амолекулярного сопровождающего», связываясь с гистонами и передавая их ДНК более регулируемым образом, чем было бы возможно без такого конкурента. В пользу этого предположения говорит тот факт, что кислая полиглутаминовая кислота, а также РНК могут действовать сходным образом в качестве факторов сборки. Общая особенность всех этих факторов состоит в том, что все они способны связываться с гистонами, уменьшая суммарный положительный заряд. Использование высокой концентрации соли для сборки гистонового октамера )п чйго имитирует эту ситуацию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
