Фогель, Мотульски - Генетика человека - 1 (947311), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Широкое распространение относительно стабильного паттерна предполагает какую-то важную его функцию, которая, к сожалению. пока не выявлена. У некоторых видов, например у ()говор(н(а те(апоуазтег и Огггапотив гегг(аггя, подобное распределение коротких гюследовательностей ДНК не обнаружено. Повпгорягои(неся последовательности ДИК са сггсг(ггфггческгг,ии фуггкяггями.
Некоторые умеренно повторяюшиеся последовательности содержат гены, необходимые всем клеткам в каждой фазе индивидуального развития (рибосомной РНК, гистонов, транспортной РНК). Как правило, гены рибосомной РНК (рРНК) являются частью района ядрышкового организатора, а само ядрышко содержит пул рРНК. У человека районы ядрышковых организаторов расположены в коротком плече акроцентрических хромосом (13-15; 21; 22). Для определения числа генов рРНК у человека был использован метод гибридизации РНК— ДНК гп 91!го !!021; 10223. По соотношению объема фракции ДНК, гибридизуюшейся с рРНК. с общим содержанием ДНК в ядрах клеток человека, было определено среднее число копий рибосомных генов в диплоидной клетке.
Оно оказалось равным приблизительно 416-443. Мультигснное семейство, образованное Рис, 2,79. Сателлитная ДНК человека: аиалигичеекое ультрацеитрифуг проваиие тотальной плацеитариой ДНК в градиенте плотности сульфата цезия в присутствии ионов серебра свидетельствует о наличии сателлитов 1 (1, 444), П (1,451), и В! (1,509). (По й!1)г!ок ацд !о)гц, Атег.
).Ншц. Оспе!., 31, р. 266, !979.) многочисленными генами вариабельных участков иммуноглобулинов (разд. 4.4), включает столь большое количество копий, что соответствующие последовательности ДНК можно отнести к классу умеренно повторяющихся. В разд. 2.3.6.7 описываются другие мультигенные семейства, часть из которых может входить в повторяюшуюся фракцию. Сателлитная ДОК. Многие виды ДНК, особенно относяшиеся к фракциям высоко- повторяющихся последовательностей, характеризуются как сателлитная ДНК.
При центрифугировании фрагментированной ДНК в градиенте плотности хлористого цезия выявляется основная полоса или пик. По обе стороны от основного пика часто видны маленькие пики. Соответствующая им ДНК и называется сателлитной. Количество и локализация пиков сателлитной ДНК видоспецифичны (рис. 2.79). Локализация пиков в градиенте плотности хлористого цезия определяется нуклеотидным составом последовательностей. Отдельный пик может стать заметным только в том случае, если состав этой фракции отличается от состава основной фракции ДНК.
В хромосомах сателлитная ДНК обычно соответствует конститутивному гетерохроматину. У человека она находится также вне центромерной области в г'-хромосоме и в хромосомах 1, 9 и 16. Она 2 Хромосомы человека 117 состоит из коротких высокоповзоряюшихся последовательностей, ко горы е могу| быть представлены несколькими миллионами копий.
(Сателлигную ДНК не следует путать с сателлитнымн районами акроцентрнческих хромосом. Использование одно~о и то1о жс термина является неудачным совпадением.) Сравнение фракпий сателлитной ДНК человека и др)з их видов, особенно высших обезьян, весьма важно для понимания эволюции человека. Функция сателлнгной ДНК неизвестна и является предметом дискуссий. Например'.
предполагают, что сателлитная ДНК участвует в распознавании гомоло~ичных хромосом во время мейотической конъю1ацнн или модулирует некоторые ре~уляторные функции генов. Пока нет убедизельнгях доказательств в пользу той нли иной гипотезы. Однако исследования на дрозофиле свидетельствуют о влиянии сателлитной ДНК иа кроссин1 онер [437). Открыл не сателлитной ДНК удивило цито1енетиков тем, что она оказалась локализованной в той части хроматииа, которая по данным микроскопического анализа уже мног ие десятилетия идентнфицировалась как ~етерохроматин. Относительно недавних открытых «мини-сателлитных» последовагельностей ДНК см. разд. 2.3.2.7.
2ЗД.2, Гетерохралшги«и Определение и свойства. Термин «гетерохроматин» был предложен Хейтцем (Нсйх. 1928) [4693. Он писал: «У Р. (Ре)йа)ер)рбуйа (мох) некоторые участки пяти из девяти хромосом ведут себя по-разному, В тело- фазе в отличие от остальных учасгков этих пяти и других четырех хромосом они продолжают оставаться видимыми„даже могут наблюдаться в молодых ннтерфазных ядрах. а также в ядрах полностью сформировавшихся клеток». Сохранение конденсированно1о состояния в интерфазе является основной характеристикой гетсрохроматина [3133. Позднее были обнаружены другие особенности. Например, репликация ДНК во время Я-фазы происходит в гетерохроматиновых сегментах намного позже, чем в эухроматиновых. Обычно различают два класса гетерохроматина: конститутивный и факультативный.
У человека факультативная фракция представлена инактивированной Х-хромосомой у женщин и мужчин, которые несут дополнительные Х-хромосомы (разд. 2.2З,З), Гетеро«орфизмы: фуикп«л и отношения г с«тел.лттлй ДИК [4101. Сушес|вуе~ значительная межиндиви, 1уальная нзменчивосз ь вез ерохромаз ина (раздел. 2.! .2.3), превышанппая изменчивость эухроматической части генома. Такие варианты называют «гетероморфизмами». Кроме тех районов. о которых говорилось ранее (вторичные перетяжки хромосом 1, 9, 16), обнаружен гегероморфизм в пензромерных н спугничных районах акроцентрических хромосом, В медико-генетической практике э|от гезероморфизм используется, например, для установления мтсрннского или отцовского происхождения хромосом у больных с геномными мутациями, такими, как синдром Дауна (разд.
5.1.2З), или в случае спорного отцовства, В течение многих лет было распространено представление о том, что в конститутивном гетерохроматине нет классических менделевских генов, но большинство исследователей не хочет признавать огсугствие у конститутивного хрома- тина какой-либо функции.
Напротив, предполагают, что у него много функций. Возможно, например, что он влияет на стабилизацию сгруктуры хроматина и выполняет роль «телохранителя». защищая генетически значимые последовательности ДНК эухроматических районов от внешних воздействий [3853. Высказанные соображения наз алкивают на мысль, что явления, описанные в классической цитогенетике и положенные в основу понятия о гетерохроматине, сродни тем фактам, которые были открыты совсем недавно и легли в основу таких понятий, как высокоповторяюшаяся и сателлитная ДНК (хотя эти недавние результаты получены с помощью совершенно иных экспериментальных подходов).
И сателлитная, и высокоповторяюшаяся ДНК, и гетерохроматин расположены главным образом вблизи центромеры, но могут обнаруживаться и в других районах некоторых хромосом (1, 9, 16. Ъ'), В них отсутствуют известные струк- 100 ми 1мм 118 2. Хромосомы человека турные гены, но они не полностью идентичны: например, неболыпие количества сателлитной ДНК были обнаружены при помоши гибридизации (п а!тн (раэд. 2.3.2.3 и 7.2.2) вне центромерного конститутивного гстерохроматина. Функциональный смысл такой локализации остается неясным. 2.33.3. Нуклеосомнал структура хроматина г!172; 4213 Химггчеслий состав хро.иатина.
Кроме ДНК хромосома содержит много разных белков. Вместе с двухцепочечной ДНК эти белки образуют хроматин. Среди них больше всего гистонов-положительно заряженных щелочных белков с молекулярной массой около 10000-20000. Их можно разделить на пять классов (Н1, Н2А, Н2В, Н3 и Н4). Другие, так называемые негистоновые, белки представлены в очень небольших варьнруюших количествах. Негистоновая фракция гетерогенна, в нее входит, например, много ферментов. Нуклеосомы Г11723.
Хроматиновая нить состоит из повторяюшихся единид — нуклеосом, представляющих собой набор гистоновых молекул, ассоциированных примерно с 200 парами нуклеотидов ДНК. Набор гистонов в таких единицах состоит из любых двух белков четырех типов: Н2А, Н2В, НЗ и Н4. Они свернуты как глобулы, образуя цилиндр. ДНК-вый компонент нуклеосомы имеет две части: «сердцевину» (или Рис.
2.80, Схематическое изображение отдельной нуклеосомы. Рис. 2.81. Схематическое изображение нуклеосомной структуры хроматина: я опытах гп Мто структура зависит от концентрапии соли. При 100 ммоль ЫаС! на одном яичке хроматиноаой нити умсшастся 6 — К нуклеосом (все»ту). При снижении конпснтрапии соли остается только 3-4 нуклеосомы на ниток (и центр~). В отсутсо аие соли нуклеосомы мало контактируют олна с другой. (По Кйррегя, Мо!ейн!аге Пепе!00 Згд, ей., 1982.) кор — от англ. саге) из 140 пар нуклеотидов (п, н.) и «связуюшее звено» (или линкор -от англ.
Вп!гег). Длина линкера варьирует от 15 до 100 п. н. в зависимости от типа клетки. Такие линкеры, очевидно, связывают нуклеосомы друг с другом. Гистон Н1, который почти вдвое длиннее, чем другие гистоны, отвечает за целостность нуклеосомной структуры. При удалении Н! (что легко сделать в эксперименте) цепочка становится менее плотно упакованной (рис. 2.80, 2.81). На одну нуклеосому приходится только одна молекула гисгона Н!. ДНК 2. Хромосомы человека 119 закручена вокруг набора нз девяти гистонов; вместе они образуют сферическую частицу с диаметром около 100 А. Такие частицы лежат, плотно прилегая друг к другу, вдоль хроматннового волокна. Точно не известно, каким образом ДНК связана с гистонами, однако ясно, что структура двойной спирали прн этом явно не нарушена.
Исследования, проведенные с помощью метода гибридизации ДНК РНК (см. разд. 2.3.2.3), указывают на то, чво в нуклеосомах встречается широкий спектр функционально различных последовательностей ДНК, от уникальных до повторяющихся, активно транскрибирующихся и таких, которые встречаются в конститутивном гетерохроматине.
Вероятно, вся хромосомная ДНК зукариогнческой клетки упакована в нуклеосомы. Доказательства нуклеосомной структуры опираются на три типа данных: электронно-микроскопическое исследование хрома- тина обнаруживает цепочки частиц, анализ днфракции рентгеновских лучей показывает наличие в хроматнне повторяющихся единиц, н наконец, ферментативный гидролнз хроматина микрококковымн нуклеазами позволяет изолировать отдельные нуклеосомы. Возникновение понятия нуклеосомы стимулировало проведение новых экспериментов в различных направлениях, результаты которых в конце концов подтвердили сугдсствование нуклеосом и помогли установить свойства этих структур.
2.3.!.4. Интеграиил хроматиновых волокон в хромосомную сснруктуру Интерфаэа. Интерфазная хромосома представляет собой элементарную фибриллу, состояшую нз нуклеосом, соединенных линкерамн, Эта фибрнлла пронизывает не все ядро, а лишь определенные его области. Возможно, однако, что транскрибируемые хромосомные сегменты распространяются до центра ядра. В норме хроматнн сильно спнрализован. Относительно точного числа уровней спиралнзацин еще ведется дискуссия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
