Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 167
Текст из файла (страница 167)
В этой связи следует упомянуть также прежнюю идею о том, что модификация заряженных групп гистонов может быть использована для регуляции сродства данного белка к ДНК 1гл. 30). В результате таких взаимодействий гистоны могут образовывать термодинамически более стабильные агрегаты, минуя этап кинетических промежуточных продуктов 1ззе. другах комплексов, возникающих в результате высокого сродства гастонов к ДНК). Из этого следует, что в процессе сборки нуклеосомы должны выполняться по крайней мере две функции, не свойственные самим компонентам нуклеосом. Первая из них касается контроля сродства гистонов к ДНК; это функция нуклеоплазмина.
Второй связан с установлением длины ДНК, которая содержится в нуклеосоме; эту функцию еще предстоит выяснить. Нуклеосомы в нитях хроматина При исследовании хроматина под электронным микроскопом можно видеть два типа нитей; нити размером 1О нм и нити размером 30 нм. Это примерный диаметр нити (диаметр нити в 30 нм в действительности варьирует от 25 нм до 30 им). Нити размером 10 им — это в основном непрерывный ряд нуклеосом. В действительности иногда они переходят в более вытянутые отрезки, на которых нуклеосомы имеют вид бусинок, нанизанных на нитку, как это показано на рис. 29.22. Нити размером 10 нм образуются в условиях низкой ионной силы в отсутствие гистона Н1.
Это означает, что образование данной структуры — функция самих нуклеосом. Как расположены нуклеосомы в нитях размером в 10 нм? Рассматривая отдельную частицу как некий плоский цилиндр, можно расположить соседние цилиндры либо бок о бок, либо торцами друг к другу, Эти два способа расположения можно различить с помощью биофизических методов, таких, как рассеяние нейтронов или электрический дихроизм, которьяй определяет ориентацию индивидуальных субъединнц относительно оси. На основе полученных результатов была предложена модель, изображенная на рис. 2923.
Согласно этой модели, 373 29. Нуклеосомные частицы н структура хроматнна Ось ннг т размером! 0 нм < 209 / Ось / цилиндра I „ГЯ -~ в..~- Мпнпнуклпсспма Нукпвасомм улплгенм стопкой вдоль нити Нуклвпспмм ппд углом 20' к нити Рнг. 29,22. Нить размером !О нм в частично раскрученном со стоянии представляет собой цепочку нуклеосом. 1аюгпграфня любезно предоставлена Вагьвга Наюьа!и) цилиндры ориентированы бок о бок друг к другу, а их торцы расположены параллельно )по крайней мере не сильно отклоняются) к оси фибриллы.
Полученные данные подразумевают, что максимальный угол между торцами и осью может быль около 20'. Когда хроматин исследуют в условиях высокой ионной силы и в присутствии гистона Н1, получают нити размером 30 цм. Такой пример показан на рис. 29.24. Видно, что фибриллы имеют спиральную структуру. Примерно б нуклеосом содержится в каждом витке, плотность упаковки которого равна 40 !т.е. на каждый 1 мкм оси нити приходится 40 мкм ДНК). Такие нити служат основным компонентом интерфазного хроматина и митотнческих хромосом (смп например, рис.
28.7). Нити размером 30 и !О нм могут обратимо преврашаться друг в друга при изменении ионной силы. Отсюда, очевидно, следует, что при высокой ионной силе и в присутствии гистона Н) линейный ряд нуклеосом нити размером 1О нм закручивается в структуру толщиной 30 нм. С другой стороны, существует несколько возможных способов упаковки нуклеосомы в нити. Наиболее вероятный способ описывается радиальной моделью, пока- занной на рис. 29.25.
В этой модели нуклеосомы повернуты в спирально закрученном ряду, так что угол между торцами соседних нуклеосом составляет примерно бО'. Похоже на то, что параметры нити размером 30 нм не жестко фиксированы и могут изменяться. Это сделало бы возможным изменение длины ДНК на нуклеосому, а также другие изменения в плотности упаковки. Пока не известно, имеют ли нити одинаковой толщины одинаковую структуру в интерфазном хроматине и в митотических хромосомах.
Хотя известно, что для образования фибрилл размером 30 нм необходимо присутствие гистона Н!, данные о его локализации противоречивы. Поскольку он относительно легко экстрагируется из хроматина, можно думать, что он расположен снаружи суперспиральной оси нити. Однако другие данные свилетельствуют о его внутренней локализации, поскольку он труднее обнаруживается в нитях размером 30 нм, чем в тех отдельных нитях размером 10 нм, в которых он це утрачен.
Как перейти от нити размером 30 нм к специфическим структурам митотических хромосом? Существует ли еще какая-нибудь специфичность в расположении интерфазного хроматина? Фиксировано ли расположение бусинок в отдельных участках нитей размером 30 нм, или они располагаются случайно? Пока на зти вопросы у нас нет ответа.
Петли, домены и остов Интерфазный хроматин кажется запутанной массой, занимаюгцей большую часть объема ядра, в противоположность высокоорганизованной и воспроизводимой ультраструктуре митотических хромосом. Что контролирует распределение интерфазного хроматина внутри ядра? Некоторые косвенные данные об организации интерфазного хроматина были получены при выделении гено- Рис. 29.23. Нить размером 10 нм состоит из серии нуклеосом, расположенных бок о бок стопкой вдоль нити или с наклоном менее 20" к оси. Часть Ч111. Упаковка ДНК 374 »д спер»т Вид спереди Рис 29.24.
Нить размером 30 нм ил»сот спиральную структуру Эта нить показана нри тоы же увеличении, что и нить размером 1О нм на рис. 29.22. (Фотогрефн» любезно предостаелене Весь»те Непзха!о) ма в виде единого компактного тела. С помощью того же метода, который был использован для выделения бактериальной о нуклеоида (гл, 28), можно лизировать ядра, нанося их сверху на сахарозный градиент. При этом геном освобождается в такой форме, что его можно собрать центрифугированием.
Геном, выделенный из )3. ше(анодажег, представляет собой компактно скрученные нити размером 10 нм, состояпгие из ДНК и четырех гистонов сердцевины. Степень суперспирализации этого компактного тела можно измери~ь по его реакции на бромистый этидий (гл. 28). Полученные данные свидетельствуют о существовании примерно одного отрицательного супервитка на 200 и.н. Эти супервитки можно удалить, вводя одноцепочечные разрезы с помощью ДНКазы; нуклеосомы при этом остаются. Следовательно, суперспирализация, очевидно, обусловлена расположением нуклеосом и должна заключаться в скручивании линкеров между отдельными нуклеосомами.
Для полной релаксации супервитков нужен один одноцепочечный разрез на каждые 85 т.п.н, Таким образом, средняя длина «замкнутой» ДНК равна примерно 85 т.п.и. Это может быть петля или домен, похожий по своему устройству на те, которые обнаружены в бактериальном геноме. Хотелось бы знать, соответствуют ли эти петли специфическим последовательностям и имеют ли они функциональное значение. Если удалить большинство белков из митотических хромосом, то можно прямо наблюдать петли.
Гистоны удаляют путем конкурентного замещения полианионами декстрансульфатом и гепарином. При этом также удаляется значительная часть негистоновых белков. Оставшийся комплекс состоит из ДНК, связанной с белком, который составляет примерно 8»; от исходного содержания белков. Как видно из рис. 29.26, хромосомы, лишенные белка, приобретают характерную структуру в виде центрального остова, окруженного ореолом из ДНК. Остов состоит из плотной сети хроматиновых нитей.
Нити ДНК, исходящие из остова, выглядят как петли, длина которых в среднем составляет 1Π— 30 мкм (30 — 90 т.п.н.). Если для того, чтобы уместиться в нити размером 30 нм, петли должны быть уплотнены в 40 раз, то их средняя длина будет около 0,25 — 1,0 мкм, т.е. немного больше, чем диаметр хромосомы. Петли можно увидеть и другим способом.
Если из хромосом удалить двухвалентные катионы, на поперечных срезах будут видны петли в форме радиальных рядов нитей размером 1О пм со средней длиной 3 — 4 мкм. Эти данные согласуются с моделью, в которой петли ДНК длиной около 60 т.п.н. закреплены па центральном белоксодержащем остове. Негистоновые белки, входящие в состав остова, могут быть металлопротеинами.
Хелатироваиие ионов металлов разрушает остов, но он может быль специфически восстановлен при добавлении ионов Спл . Ионы кальция также способствуют образованию остова, хотя, очевидно, менее специфически. Рнс 29.25. Нит ь размером 30 ны может образовывать спиральный виток из б нуклеосом на виток, уложенных радиально. 29.
Нуклеосомиые частицы и структура хроматина 375 Рис. ?9?б, Лишенная гистонов хромосома состоит из белкового остова, к которому прикреплены петли ДНК. (Фотографна любезно предоставлена Ц!иск Х. г.аепппн ) Можно расщепить ДНК, не нарушая целостности остова. Остов выглядит наподобие митотической пары сестринских хроматид. Эти сестринские половины остова обычно тесно соединены, но иногда они разделяются, оставаясь соединенными только немногими нитями. Может ли остов быть той структурой, которая отвечает за форму митотических хромосом'? Образуется ли он путем соединения белковых компонентов, которые обычно закрепляют основания петель интерфазного хроматина? Рекомендуемая литература Развитие представлений о нуклеосомах можно проследить начиная с нескольких слабых аргументов, на основе которых была выдвинута первоначальная модель Корнберга (КоглЬегд, Яс!епсе, 184, 868 — 871, 1974) до вполне весомых доказательств, собранных в таких обзорах, как (КогпЬегд, Апп.
Кеч. Вюс)гегп., 46, 931 — 954, 1977; Мсбйее, Ее(кел~е!г(, Апп. Кеч. Вюсйеш., 49, 1115 — 1156, 1980; Ееизп в Оспе Ехргекк!оп, 2, Епсагюйс Сйгошокошез, байеу, Хетт 'т'ог)с, 332 — 393, 1980). Взаимоотношения между расщеплением ДНКазой 1 и периодичностью нуклеосомной ДНК исследовано во всех возможных деталях Клугом и Луттером (К1ид, (.ицег, Хпс. Аск(з Кез., 9, 4267 — 4283, 1981). Вопрос о расположении ДНК на нуклеосоме кратко рассмотрен Вонгом (Игапд. Сей, 29, 724 — 726, 1982).
Модель гистонового октамера разработана Клугом и др. (К(ид ег а1., Ыагпге, 287, 509 — 516, 1980); в этой работе цитируются также ранние работы по структурному анализу. О свойствах нуклеоплазмина сообщили Эрншоу и др. (Еиглзйан ег а1., Се!1, 21, 373-383, 1980), которые также рассмотрели вопросы нуклеосомной сборки (Еак)сеу, Еапийаж, )ч)агате, 286, 763-767, 1980). 376 Часть Ч111.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
