Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 179
Текст из файла (страница 179)
Топо- логическая связь между событием инициации и структурой клетки может определяться наличием сайта роста в клетке, единственного участка, в котором может происходить инициация. На одну клеточную единицу должен приходиться один сайт роста. Было высказано предположение, что между бактериальной ДНК и мембраной сушсствует физическая связь. Бактериальную ДНК можно обнаружить в мембранных фракциях. Она содержит увеличенное число копий генетических маркеров, локализуюшихся вблизи точки начала репликации, рспликационную вилку, терминатор. Вполне вероятно, что сайт роста-это структура на мембране, к которой прикрепляется своим участком с точкой начала репликацни хромосома, чтобы инициировать репликацию. Репликационные вилки хромосом млекопитающих могут быть связаны с ядерным матриксом. Хромааома прикреплена к мембране Раплииирааанныа хромоаомы прикраппаны к мембране пожду аайтами раатат мембрана Клетку раадалиат паратародка Кахтдал иа дочерних клеток имеет по одной хромосоме Рнс.
31.10. рвкроиленве бактериальной ДНК к мембране может обеспечивать механизм сегрегации. Связь между ДНК и мембраной может объяснять и сегрегацию. Если дочерние хромосомы прикреплены к мембране, онн могут быть физически отделены друг от друга при росте мембраны между ними. Благодаря образующейся перегородке хромосомы оказываются в различных дочерних клетках (рис. 31.10). Если мы вспомним событие сет.регацни, изображенное на рис. 31.9, то следует ожидать, что и терминатор репликации хромосомы должен быть вовлечен в этот процесс. До сих пор мы имели дело с бактериальной хромосомой, предполагая, что она линейна, Поскольку на самом деле хромосома бактерии замкнута в кольцо, каждая из двух репликационных вилок движется вокруг генома к точке встречи.
Мы не знаем. что происходит при их столкновении. Разрушаются ли вилки, наталкиваясь одна на другую, илн имеется специфический терминатор, в котором онн останавливаются? Каким образом ферменты, вовлекаемые в процесс репликацни, освобождаются от хромосомы, если мы знаем, что ДНК должна быть реплицирована н воссоедннена в области, где вилки встречаются? Свойства мутации тглрТ позволяют предположнттч что она относится к гену, который кодирует белок Е. соИ, участвующий в терминации раунда репликации.
Однако продукт этого гена еще не охарактеризован. Область хромосомы Е. сой, которая может обеспечить остановку движения репликационных вилок, т.е. служить терминатором процесса репликации, была идентифицирована. Оказалось, что она не локализована точно на полпути по кругу хромосомы. Такая несоразмерность указывает на то, что две вилки должны проходить различные расстояния. В ДНК плазмиды йбК терминатор был идентифицирован как область, которая останавливает 402 Часть 1Х.
Сохранение ДНК в ряду поколений Рис. 31.!1. Иикл эукариотичсской клетки делится на четыре фазы,О1, а О2 н М. Указана продолжительность фаз в культивируемой линии клеток млекопитающих. процесс репликации. Эта область остается эффективной, если она внедрена в другую молекулу ДНК. Потенциальная последовательность терминатора, по-видимому, не способна образовывать вторичную структуру, так что способ ее действия неизвестен, Каждая хромосома зукариот содержит много репликонов В эукариотических клетках репликация ДНК занимает часть клеточного цикла. Период между митозами (интерфазу) можно разделить на определенные фазы (рис. 31.11).
Типичная клетка начинает свой цикл в диплоидном состоянии. Она остается в этом состоянии в течение периода Й1, который, как правило, занимает основную часть цикла (и наиболее вариабелен но продолжительности у клеток с различным фенотнпом). Фаза Б характеризуется синтезом ДНК. У вьюших эукариотических клеток этот период длится в течение нескольких часов. Репликация создает тетраплоидное состояние, в котором клетка остается в течение периода О2, Затем митоз (М) уменьшает набор хромосом до диплоидного числа в каждой дочерней клетке. (Периоды, предшествующие и сменяющие Б-фазу, получили названия О1 и О2; они представляют «интервалы» в синтезе ДНК.) г'обытия, ответственные за инициацию Б-фазы, происходят во время периода О1.
Известно, что в этом периоде происходит синтез белка„однако точная природа событий до сих пор остается неясной; в частности, не решен вопрос относительно того, являются ли эти события внезапными или постепенно накапливаемыми. Мы мало знаем о том, каким образом на молекулярном уровне клетка принимает решение перейти к репликации генома. Возможно, это происходит в результате регуляторного события, отличающегося по природе от тех событий, которые включены в последующий синтез ДНК. Репликация большого количества ДНК, содержащейся в эукариотической хромосоме, осуществляется посредством разделения хромосомы на множество отдельных репликонов.
Такие репликоны активируются не все одновременно; в любой точке Б-фазы только некоторые из них вступают в репликацию. По-видимому, каждый ре- пликон активируется в спепифичное время Б-фазы; однако убедительных доказательств этого еще не получено. Очень важно, что сигналом для вступления в Б-фазу служит активация первых репликонов. В течение следующих нескольких часов происходят инициационные события в других репликонах. Поэтому контроль Б-фазы включает два процесса: выведение клетки из периода О! и инициацию репликации в отдельных репликонах упорядоченным способом.
Большинство наших сведений о свойствах отдельных репликонов получено в результате радиоавтографических исследований, проведенных по схеме, представленной на рис. 31.7. Хромосомные реплнконы обычно проявляют двунаправленную реплнкацию, о чем свидетельствуют симметричные пары треков. Какова величина среднего репликона и сколько их в геноме? Трудность в определении отдельных единиц обусловлена тем, что смежные репликоны могут сливаться, образуя большие реплицируемые «глазки» (рис.
31.12). Используемый обычно подход для определения отдельных репликонов в такой структуре основан на измерениях последовательностей ДНК, в которых несколько репликонов можно различить как активные, по-виднмому захваченные на стадии, когда все они уже инициированы, но репликационные вилки смежных репликонов еще не встретились. Существуют некоторые данные, свидетельствующие, что такой тип активации обусловлен «региональным» контролем, прн котором группы репликонов инициируются более или менее координированно.
Эти данные противоречат модели, при которой отдельные репликоны в различных областях генома активируются независимо друг от друга. В группах активных репликонов средний размер реплицирующейся единицы определяется по расстоянию между точками начала репликации (т.е.
между средними точками смежных репликонов). У многих высших эукариот они удалены друг от друга на 100-200 тысяч пар пуклеотидов. Следовательно, в гаплоидном геноме млекопитающих должно быть 20000 — 30000 репликонов. У О. гае1аиойвагег или у 5. сеген(з)ае репликопы меныне, их размер постигает в среднем 40 тысяч пар нуклеотидов. Это соответствует примерно 3500 репликонам на гаплоидный набор хромосом плодовой мушки и примерно 500 репликонам у дрожжей. Колебания в размерах отдельных репликонов большие, более чем десятикратные, так что указанные средние величины дают лишь приблизительные значения числа репликонов. Скорость перемещения репликационных вилок можно оценить по максимальному расстоянию, которое проходят радиоавтографические треки в течение определенного времени.
Она колеблется от 1000 до 3000 пар оснований в 1 мин для млекопитающих; у растений эта величина не превышает 1000 пар оснований в 1 мин, возможно, нз-за их более низкой температуры. Эти значения гораздо ниже, чем соответствующие показатели движения для бактериальной репликационной вилки (примерно 50000 пар оснований в 1 мин). Что представляет собой точка начала репликации каждо~о репликона? Является ли она специфической последовательностью ДНК, возможно относящейся к семейству повторяющихся последовательностей? Или это хроматиновая нить, имеющая структуру более высокого порядка, не обязательно связанную с одним типом последователыюстн? Далее мы должны ответить на вопрос; каким образом выбираются точки начала для инициации репликации в разные периоды Б-фазы? Заключена ли со- 403 31.
Репликон: единица репликацни Тли а ад Т а а ала /~%~ЪЪЯ~Мб~ 'ххгх~г~~~~~г ~~% гхМз~гхх%~~~~г'~~г~~бМгз%згзМхМхх хММзМз хдМз~~г'хзх%х%зь%з%з 'чЮМхзсдхх%.' ~Ъ~9Мх. Ю~~~%Ъ%х%Я~ Гхх ~~~ ХЪЪМбМ ~ЯЮЪххМ% 'Ъ%ЮХЮЯЬ~ЪФМ~хдММ~ъЖ6ЪЮ ЬЮ~ЮММЪ~ъ5() У Срадилл длина ралли иа ~ММ~ЪЯаиММЪ%ЮЪМММММЪ%Ю~ЮЪ ~У~лр 3Р ммм ЮМ~~Я~Я,~ ЖЮМзМЪЛ гхМ%~Ж%ЮЮ~%хЖ%Ъ%) ЛЬ~хЖЖ/ ~.д~у~ ~~д С и раиалл раллиилиы Выделение точек начала дрожжевых рспликонов рпс. Н42. Измерение размера репликона производится на последоядтельностн ДНК, и которой активны смежные реппиконы. ответствующая информация в структуре области начала репликации, или это является следствием какой-то упорядоченной перестройки? До сих пор остается загадкой, как рспликационный аппарат отличает уже использованные точки начала от тех, которые еще должны быль реплицированы.
Чем обусловлено однократное использование каждой точки начала во время Б-фазы †свойств ДНК (например, состоянием ее метилирования) или белков, свяэашзых с ней? Известен один случай, когда точки начала пе фиксированы, а зависят от типа клеток. Репликопы ранних эмбрионов у )). те(аподаиег оказываются значительно меньшими, чем репликоны соматических клеток. Их одновременная активация уменыпает время, затрачиваемое на репликацию хромосом,— необходимость, обусловленная скоростью клеточных делений в этот период. Возможное объяснение сводится к тому, что геном содержит ряд тканеспецифичных точек начала репликации, активируемых только при эмбриональных делениях и не узнаваемых при делениях соматических клеток. Однако мы не располагаем достаточной информацией, чтобы судить, являются лн случаи тканеспецифнчной репликации общими. Не ясно, имеют ли хромосомные репликоны дискретные концы, в которых репликационные вилки прекращают движение и (по-видимому) элиминируются.
Альтернативным является предположение о движении вилки, продолжающемся от точки начала до встречи с вилкой, движущейся к ней из смежного репликона. Мы уже упоминали потенциальную топологическую проблему воссоединения вновь синтезированной ДНК в месте стыковки репликационных вилок. Известно, что эухроматин и гетерохроматин реплицируются в разное время.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
