Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 176
Текст из файла (страница 176)
последовательности в любом участке ДНК, из которого специально не удалены гистоны. Тогда в отсутствие спспифических регуляторных белков промоторы, усилители транскрипции и другие регуляторные участки будут организованы с помошью гистоновых октамеров в такое состояние, в котором они, возможно, не могут быть активировапы. (Доказательств существования какого-либо белка, способного удалять гнстоны с ДНК, нет.) Имеются некоторые основания думать, что для активации гена необходимо нарушение структуры хроматина. Фактор транскрипции гена 5Я-РНК не активирует т И!го гены, если они находятся в комплексе с гистонамн.
Однако этот фактор можез образовывать необходимый комплекс со свободной ДНК, после чего добавление гисто- 30. Нуклеосомы в активном хроматине Симмеуричимй комплекс ~~с,~,~~.сЯ~:,Я,, ебчо Попукомплексм Белок осогосулэб'бобер~~~ 'ож лбгскчк ллебкйс~~~скулсо СОО бйбхбьбьбьбчбЬЮУ'Ййбеб Репликеоия ДНК СС)О рис, ЗО 21 Белковый комплекс может воспроизводиться на оперативно добирая затем недостающие белковые молекулы дНК, расщепляясь на полукомплексы нрн рснлнкацни н ко- длп восстановления полных комплексов.
Рекомендуемая литература Темы, затронутые в этой главе, рассматриваются Лыжином ((лпч(н, Оепе Ехргеьа(оп, 2, Епсанойс С(згогповошея байеу, ?у(ечу Ъ'ог1с, 394 — 427, 1980). Данные по функциональным аспектам хроматина представлены ИгоКемснссем, Хорцсм и Цахау ((дб-Катенед Нога апб Еагйаи, Апп. йеч. В!ос(геш., 51, 89 — 1 21, ! 982). Существование сверхчувствительных сайтов кратко обсуждается в работе Элгин (Е(йпь СеП, 27, 413-415, 1981). Их наследованию дочерними клетками посвящена статья Граудина и Вайнтрауба (бгоис(1ле, И'е1ипаиЬ, Се!1, 30, 131 — 1 39, 1982).
Серию наиболее результативных экспериментов, посвященных исследованию изменений в транскрибируемых генах, описали Вайнтрауб, Ларсен и Граудинг (И'ещггаиЬ, Еагхен, 6гопс((не, Сс!1, 24, 333 — 344, 1981), а также Вайсброд, Грау- нов не снимает остаточной активности генов. Уже связанный с ДНК фактор остается на своем месте, позволяя молекулам РНК-полимеразы последовательно инициировать транскрипцию. Криз.ичным в этой ситуации может оказаться то, кто первым (фактор трапскриппии , или гистоны) свяжется с регуляторным сайтом. При репликации происходит очевидное нарушение структуры хроматина, так как нуклеосомы должны временно отсутствовать по крайней мере в одной из дуплицнрованных хромосом.
При этом другие белки могут связываться с регуляторным сайтом и препятствовать образованию нуклеосом, Безнуклеосомный участок может быть узнан по сверхчувствительному сайту и может служить границей, с которой начинается фазированне нуклеосом. Каким образом можно проверить предположение, что изменение состояния хроматина часто связано с репликацней? Системой нужного нам типа могла бы быть (к примеру) индукция в генах сверхчувствительных сайтов в ответ на действие гормонов.
Однако четкий ответ на вопрос о том, как образуются активные районы, будет зависеть от разработки таких систем, которые можно будет использовать для активации структуры хроматина !и чйго (что может оказаться трудным, если репликация ДНК действительно необходима). Сверхчувствительный сайт (или какая-то другая активируюшая структура) сформированный однажды, может сохраняться при репликации. Это может происходить в том случае, если фактор способен сегрегировать при репликации.
На рис. 30.21 показан гипотетический случай; белок, кооперативно связываюшийся с ДНК, образует комплекс, который расщепляется при репликации. Каждый полукомплекс затем достраивается в полный на дочерних хромосомах. Поскольку реконструкция комплекса обязательна при каждой репликации, можно предположить, что ген, возможно, выключается в делящейся клетке просто из-за ограниченного количества фактора.
Если при делении фактор разводится, комплекс нс сможет образовываться снова и гистоны образуют нуклеосомы в регуляторных участках. Этим можно объяснить, как происходит выключение генов в процессе эмбрионального развития. Отсюда возникает вопрос, каким образом могут выключаться гены в нсделяшихся клетках. Действительно, могут ли выключазъся гены в терминально дифференцированных клетках (т.е. в клетках, достигших конечной стадии фенотипичсского выражения)? Точный механизм активации (или инактивации) хроматина пока еше слишком гипогетичсн, однако общая нить рассуждений сводится к тому, что активное и неактивное состояния хроматина не могут находиться в динамическом равновесии: чтобы перевести одно состояние в другое нужны неожиданные, внезапные события.
Исходя из рассмотренных нами типов моделей можно сделать вывод, что для инициирования активации, возможно, нужна гораздо большая концентрация регуляторного белка, чем для сохранения активного состояния хроматина. События, участвующие в активации гена, не должны совпадать с инициированием транскрипции. Образование соответствующего комплекса может обусловить способность гена к транскрипции, но чтобы транскрипция действительно произошла, может понадобиться дополнительное условие. На языке биологии развития образование комплекса может означать процесс детерминации, происходящий несколько раньше процесса дифферс нинровки, который действительно включает ген. Возможным примером могут служить, гены, экспрессия которых зависит от гормонов.
В соответствующей клетке они сначала могут прийти в состояние детерминированности, а затем при появлении гормона может начаться их транскрипция. (В таком случае гены прокариот контролируются по механизму тица дифференцировки, так как их активация совпадаез с началом транскрипции, а не приводит сначала к образованию компетентного состояния). 394 Часть У!11. Упаковка ДНК дин и Вайнтрауб ()(ге!аЬгод, бгоийн, Нет!гоиЬ, Се11, 19, 289 — 301, 1980).
Моделям метилирования посвящен обзор Разина и Риггса (йаз!л, й!дда Бс!енсе, 210, 609 — 6!О, 1980). Результаты исследования вирусных безнукдеосомных пробелов собраны и подытожены в сообщении Хербоме- ла и др. (Е)егЬоае! е! а1., Се!1, 25, 651-658, 1981). Структуру центромеры выяснили Блум и Карбон (В!оот, СигЬол, Се!1, 29, 305 — 3! 7, 1982). Великолепный обзор, посвященный вопросам формированного и поддержанию структуры активного гена приведен Брауном (Вгои и, Се!1.
37. 359 — 365. 1984.) Часть! Х СОХРАНЕНИЕ ДНК В РЯДУ ПОКОПЕНИЙ Если истинно утверждение, что сущность жизни состоит в накоплении и передаче опыта от поколения к поколению, то ключевой проблемой биологии, по-видимому, можно считать вопрос о том, как увековечивает свой опыт живая материя. Взгляните на бактерию, находящуюся в большом объеме питательной жидкости. Она ассимилирует растворенные в среде вещества, растет и делится.
Две дочерние особи делают то же самое. Иногда при этом возникает ошибка и появляется клетка с несколько отличающимися свойствами. Она дает начало таким же измененным потомкам. Открытие репродукции и мутаций позволяет верить, что игра эволюции продолжается и разнообразие форм будет безгранично умножаться. Макс Дельбрюк, 1949 Глава 31 РЕПЛИКОН: ЕДИНИЦА РЕПЛИКАЦИИ Независимо от того, содержит клетка только одну хромосому (как у прокариот) илн много хромосом (как у зукариот) за период времени, соответствующий одному клеточному делению, весь геном должен быть реплицирован только один раз.
Каким образом акт репликации связан с клеточным циклом? Инпг)иания репликапин неизбежно влечет за собой дальнейшее деление прокариотической н эукариотической клетки. С этой точки зрения число потомков клетки определяется серией принимаемых ею решений, инициировать или не инициировать репликацию ДНК. Если репликация началась, то до ее завершения последующее деление клетки не сможет произойти. Именно завершение рсцликации, по-видимому, служит сигналом для клеточного деления. Дуплицированные геномы ссгрегируют по одному в каждую дочернюю клетку. У эукариот это происходит в пропессе митоза, у прокариот используется какой-то другой механизм.
В обоих случаях единицей сегрегации является хромосома. Единица, с помощью которой клетка контролирует отдельные акты репликации, получила название реплнкона. Каждый репликон в каждом клеточном цикле «возбуждается» только один раз. В нем обязательно должны присутствовать необходимые для реплнкацин контролирующие элементы: точка начала (ог!у(п), в которой инициируется репликация, точка окончания (Гегвйииз), в которой рспликацня останавливается.
Любая последовательность, присоединенная к точке начала (или, более точно, нс отделенная от точки начала точкой окончания), реплицируется как часть этого репликона. Говоря языком генетики, точка начала представляет. собой пас-действующий сайт, способный влиять только на ту молекулу ДНК, физической частью которой он является. Событие рспликации контролируется на стадии инициации.
Однажды начавшись, репликация продолжается до тех пор, пока весь репликон не будет дуплицирован. Частота инициации контролируется взаимодействием регуляторного белка (белков) с точкой репликации. Поэтому первоначальное определение репликона (у црокариот) рассматривало его как обладателя точки начала н гена, кодируюшего регуляторный белок. Теперь, однако, термин «рспликон» часто применяется в отношении эукариотических хромосом для обозначения единицы репликации, содержащей только одну точку начала; любой необходимый регуляторный белок (или белки) может быть обеспечен другой контролирующей единицей.
Бактериальная хромосома содержит один рецликон: следовательно, единицы репликации и сегрегации совпадают. Инициация в одной точке начала репликации ведет к репликацин всего генома. Наряду с хромосомой бактерии могут содержать плазмиды; каждая плазмида представляет собой автономный кольцевой геном и является оздсльным репликоном. Некоторые плазмиды разделяют строгость репликации бактериальной хромосомы: они представлены в бактериальной клетке в виде одной копии на каждую копию хромосомы (однокопнйные плазмнды).
Другие плазмиды являются многокопнйнымн, количество нх копий в клетке превышает Е ДНК каждой фаговой или вирусной частицы также составляет реплнкон, спо- собный многократно инициироваться во время инфекционного цикла, По-видимому, лучше всего характеризует репликон прокариот следующее определение: любая молекула ДНК, которая содержит точку начала репликации, способна автономно реплицироваться в клетке. Число репликационных событий будет зависеть от взаимодействия точки начала с соответствующими регуляторными белками. (Исключение составляют случаи, когда некозорые независимые репликоны физически встраиваются в бактериальную хромосому; прн этом действие их собственных точек начала рецликацин подавляется и такая единица реплицируется как часть бактериальной хромосомы.) Эукариотическая хромосома содержит большое число репликонов, т.
е. единица сегре|ации включает много единиц репликации. Эзот факт заставляет по-иному взглянуть на проблему контроля, За один клеточный цикл все репликоны хромосомы должны быль актнвированы, однако онн не становятся активными одновременно. Это происходит на протяжении определенного периода. В то же время каждый из этих репликонов в течение клеточного цикла должен быть актнвирован только один раз. Повидимому, должен существовать определенный сигнал для того, чтобы отличить реплицнрованный реплнкон от нереплицированного и показать, когда именно процесс репликации должен быть завершен. Нам хотелось бы знать последовательности иуклеотидов, которые функционируют в качестве точек начала рецликации, и способы их узнавания соответствующими белками аппарата репликации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
