Уже сейчас в нем находят активно экспрессирующиеся гены.
Гетерохроматизация определенных участков хромосом часто
сопровождается подавлением транскрипции имеющихся в них генов. В процесс
гетерохроматизации могут быть вовлечены протяженные участки хромосом и
даже целые хромосомы. В соответствии с этим считается, что регуляция
транскрипции генов эукариот в основном происходит на двух уровнях. На
первом из них компактизация или декомпактизация ДНК в хроматине может
приводить к длительной инактивации или активации протяженных участков
хромосом или даже целых хромосом в онтогенезе организма. Более тонкая
регуляция транскрипции активированных участков хромосом достигается на
втором уровне при участии негистоновых белков, включающих многочисленные
факторы транскрипции.
Структурная организация хроматина и хромосом эукариот. Вопрос о
структурной организации хроматина в интерфазных ядрах в настоящее время
далек от своего разрешения. Это связано, прежде всего, со сложностью и
динамичностью его структуры, которая легко меняется даже при
незначительных экзогенных воздействиях. Большинство знаний о структуре
хроматина было получено in vitro на препаратах фрагментированного
хроматина, структура которого значительно отличается от таковой в нативных
ядрах. В соответствии с распространенной точкой зрения различают три уровня
структурной организации хроматина у эукариот: 1) нуклеосомная фибрилла;
2) соленоид, или нуклеомер; 3) петельно-доменная структура,
включающая хромомеры.
Нуклеосомные фибриллы. В определенных условиях (при низкой
ионной силе и в присутствии двухвалентных ионов металлов) в изолированном
хроматине удается наблюдать регулярные структуры в виде протяженных
фибрилл диаметром 10 нм, состоящих из нуклеосом. Эти фибриллярные
структуры, в которых нуклеосомы расположены как бусы на нитке,
рассматриваются в качестве низшего уровня упаковки ДНК эукариот в
хроматине. Нуклеосомы, входящие в состав фибрилл, расположены более или
менее равномерно вдоль молекулы ДНК на расстоянии 10–20 нм друг от друга.
В состав нуклеосом входят четыре пары молекул гистонов: H2a, H2b, H3 и H4, а
также одна молекула гистона H1. Данные по структуре нуклеосом в основном
получены с использованием трех методов: рентгеноструктурного анализа
низкого и высокого разрешения кристаллов нуклеосом, межмолекулярных
сшивок белок–ДНК и расщепления ДНК в составе нуклеосом с помощью
нуклеаз или радикалов гидроксила. На основании таких данных А. Клугом была
построена модель нуклеосомы, в соответствии с которой ДНК (146 п.о.) в B-
форме (правозакрученная спираль с шагом 10 п.о.) намотана на гистоновый
октамер, в центральной части которого расположены гистоны Н3 и Н4, а на
периферии – Н2а и Н2b. Диаметр такого нуклеосомного диска составляет 11
нм, а его толщина – 5,5 нм. Структура, состоящая из гистонового октамера и
намотанной на него ДНК, получила название нуклеосомной кóровой частицы.
Кóровые частицы отделены друг от друга сегментами линкерной ДНК. Общая
длина участка ДНК, включенного в нуклеосому животных, составляет 200 (±15)
п.о.
Полипептидные цепи гистонов содержат структурные домены нескольких
типов. Центральный глобулярный домен и гибкие выступающие N- и С-
концевые участки, обогащенные основными аминокислотами, получили
название плеч (arm). С-концевые домены полипептидных цепей, участвующие в
гистон–гистоновых взаимодействиях внутри кóровой частицы, находятся
преимущественно в виде α-спирали с протяженным центральным спиральным
участком, вдоль которого с двух сторон уложено по одной более короткой
спирали. Все известные места обратимых посттрансляционных модификаций
гистонов, происходящих на протяжении клеточного цикла или во время
дифференцировки клеток, локализованы в гибких основных доменах их
полипептидных цепей (табл. I.2). При этом N-концевые плечи гистонов H3 и H4
являются самыми консервативными участками молекул, а гистоны в целом –
одними из наиболее эволюционно консервативных белков. С помощью
генетических исследований дрожжей S. cerevisiae было установлено, что
небольшие делеции и точковые мутации в N-концевых частях генов гистонов
сопровождаются глубокими и разнообразными изменениями фенотипа
дрожжевых клеток. Это указывает на чрезвычайную важность целостности
молекул гистонов в обеспечении правильного функционирования
эукариотических генов.
В растворе гистоны Н3 и Н4 могут существовать в виде стабильных
тетрамеров (Н3)2(Н4)2, а гистоны Н2А и Н2В – в виде стабильных димеров.
Постепенное повышение ионной силы в растворах, содержащих нативный
хроматин, приводит к освобождению сначала димеров Н2А/Н2В, а затем
тетрамеров Н3/Н4.
Дальнейшее уточнение тонкой структуры нуклеосом в кристаллах было
проведено недавно в работе К. Люгера с соавт. (1997 г.) с помощью
рентгеноструктурного анализа высокого разрешения. Было установлено, что
выпуклая поверхность каждого гистонового гетеродимера в составе октамера
огибается сегментами ДНК длиной 27–28 п.о., расположенными по отношению
друг к другу под углом 140о, которые разделены линкерными участками длиной
в 4 п.о.
В соответствии с современными данными пространственная структура
ДНК в составе кóровых частиц несколько отличается от B-формы: двойная
спираль ДНК перекручена на 0,25–0,35 п.о./виток двойной спирали, что
приводит к образованию шага спирали, равному 10,2 п.о./виток (у В-формы в
растворе – 10,5 п.о./виток). Стабильность комплекса гистонов в составе
кóровой частицы определяется взаимодействием их глобулярных частей,
поэтому удаление гибких плеч в условиях мягкого протеолиза не
сопровождается разрушением комплекса. N-концевые плечи гистонов, по-
видимому, обеспечивают их взаимодействие со специфическими участками
ДНК. Так, N-концевые домены гистона Н3 контактируют с участками ДНК на
входе в кóровую частицу и выходе из нее, тогда как соответствующий домен
гистона Н4 связывается с внутренней частью ДНК нуклеосомы.
Упомянутые выше исследования структуры нуклеосом высокого
разрешения показывают, что центральная часть сегмента ДНК длиной в 121
п.о. в составе нуклеосомы образует дополнительные контакты с гистоном H3.
При этом N-концевые части полипептидных цепей гистонов H3 и H2B проходят
через каналы, образуемые малыми бороздками соседних супервитков ДНК
нуклеосомы, а N-концевая часть гистона H2A контактирует с малой бороздкой
внешней части супервитка ДНК. В совокупности данные высокого разрешения
показывают, что ДНК в составе коровых частиц нуклеосом огибает гистоновые
октамеры неравномерно. Кривизна нарушается в местах взаимодействия ДНК с
поверхностью гистонов, и такие изломы наиболее заметны на расстоянии 10–
15 и 40 п.о. от центра супервитка ДНК.
Таблица I.2
Свойства гистонов животных
Гистон Размер полипептида
(число аминокислот)
Локализация и типы
пост транс ляционных
модификаций
Вся
молекула
N-концевое
плечо
С-концевое
плечо
Н3 135 41 25 Ac-K9, P-S10, Ac-K-14, Ac-K18,
Ac-K23, Ac-K27
H4 102 32 – P-S1, Ac-K5, Ac-K8, Ac-K12,
Ac-K16, Ac-K20
H2A 129 24 16 P-S1, Ac-K5, Ac-K9
H2B 125 30 23 Ac-K12, Ac-K15, Ac-K20, Ac-K24,
P-S32, P-S36
H1 213 36 92 S-фаза: P-S145, P-S173, P-S180
Митоз: P-S16, P-T17, P-T136,
P-S145, P-S173, P-S180
Примечание. Ac – ацетилирование, P – фосфорилирование; K, R, T и S –
остатки Lys, Arg, Thr и Ser соответственно. Цифры обозначают положение
соответствующих аминокислотных остатков в полипептидных цепях.
Структура фибриллы хроматина типа "бусин на нитке" наблюдается
in vitro при очень низкой ионной силе и в отсутствие двухвалентных катионов
или же без гистона Н1 даже при физиологических концентрациях солей. При
повышении ионной силы в присутствии гистона Н1, который выполняет
функции конденсирующего агента, в хроматине происходит структурный
переход, сопровождающийся формированием равномерной фибриллы
диаметром 30 нм, в которой нуклеосомы располагаются вплотную друг к другу.
Предполагается, что именно такая структура хроматина на этом уровне
конденсации преобладает in vivo.
В ядрах ДНК в основном входит в состав фибрилл диаметром 25~30 нм,
которые образуются и в растворах с физиологическими концентрациями солей
(∼100 мМ NaCl), содержащих изолированный хроматин. Такие фибриллы в
форме соленоида неравномерны по своей длине. С помощью электронного
микроскопа в них обнаруживаются гранулы диаметром 30 нм, между которыми
находятся более тонкие участки. Ю.С. Ченцов, впервые обнаруживший эти
гранулы, назвал их нуклеомерами, позднее они были описаны в литературе под
названием " супербидов " (super-beads). Согласно модели А. Клуга, на один шаг
(10 нм) соленоида приходится ∼6 нуклеосом, что приводит к уменьшению в ~6
раз длины фибриллы диаметром в 10 нм, а исходной свободной ДНК – в 40 раз.
Таким образом, в соответствии с этой упрощенной картиной цепь нуклеосом на
втором уровне упаковки хроматина свернута в симметрично построенный
соленоид, содержащий нуклеомеры. Симметрия соленоида нарушается при
взаимодействии с ним негистоновых белков.
Энергия, необходимая для образования соленоида, частично черпается
из энергии взаимодействия нуклеосом друг с другом. Однако основной вклад в
этот процесс вносит гистон Н1, связывание молекул которого с линкерной ДНК
за пределами кóровых частиц обеспечивает образование компактных фибрилл
диаметром 30 нм. Дифференцирующиеся клетки высших эукариот обладают
способностью к синтезу целого семейства гистонов Н1, например Н1А, Н1В,
Н1о, которые имеют структурное сходство с гистоном Н5, обнаруженным в
дифференцирующихся предшественниках эритроцитов. Полипептидные цепи
гистонов семейства Н1, как и молекулы гистонов кóровых частиц, содержат
центральный глобулярный домен и два гибких плеча. Глобулярный домен
определяет локализацию гистона Н1 в нуклеосомах, где он взаимодействует с
ДНК в месте ее входа в кóровую частицу и выхода из нее, стабилизируя два
отрицательных супервитка ДНК, обернутой вокруг гистонового октамера.
Расщепление хроматина нуклеазой микрококков приводит к освобождению
гистона Н1, так как при этом происходит отщепление сегментов ДНК, с
которыми он взаимодействует.
Следует подчеркнуть, что точная структура соленоида в настоящее
время неизвестна. Данные, недавно полученные методом рассеивания
нейтронов, указывают на то, что гистон Н1 локализован внутри хроматиновой
фибриллы и на ее поперечном срезе помещается шесть нуклеосом, что хорошо
соответствует модели Клуга. Однако при изучении хроматина с помощью
сканирующей микроскопии было установлено, что при низкой ионной силе
соленоид существует в виде нерегулярной спирали.
Петельно-доменный уровень компактизации хроматина. В
интерфазных ядрах эукариот нити хроматина, в которых ДНК упакована в
форме соленоида, содержащего нуклеомеры, организованы в виде
топологически независимых петель, длина которых в среднем составляет 50–
100 т.п.о. Такой способ пространственной укладки нитей хроматина
рассматривается как следующий уровень конденсации хроматина (и ДНК) у
эукариот, а сами петли получили название хромомеров. С помощью
электронного микроскопа обнаружено, что нити хроматина в хромомерах имеют
дополнительную специфическую укладку в виде розеток, собранных у
основания, от которого отходят малые петли длиной ~5 т.п.о. (см. рис. I.2).
Образование хромомеров становится возможным благодаря наличию у их
оснований определенных последовательностей нуклеотидов, которые
специфически взаимодействуют с ядерным матриксом, называемым иначе
ядерным скэффолдом (скелетом) – сетчатообразной структурой внутри
интерфазных ядер, образованной белками и РНК. Эти участки хромосомной
ДНК, взаимодействующие с ядерным матриксом, в литературе известны под
сокращенными названиями MAR (Matrix Associated Region) или SAR (Scaffold
Associated Region) и часто обозначаются как MAR/SAR-последовательности.
Были предприняты попытки связать локализацию MAR/SAR-
последовательностей на ДНК с функциональной активностью хроматина.
Исследование петельной структуры хроматина в ядрах дрозофилы показало,
что эти последовательности часто располагаются в окрестностях генов,
транскрибируемых РНК-полимеразой II, и фланкируют участки хроматина,
содержащие одну или несколько транскрипционных единиц. Выяснилось, что
активно транскрибируемые гены организованы в петли небольшого размера
(∼10 т.п.о.), тогда как "молчащие" гены находятся преимущественно в составе
более крупных петель, которые содержат несколько транскрипционных единиц
и, в свою очередь, образуют дополнительные петли в виде розеток (см.
рис. I.2). Как правило, MAR/SAR-последовательности фланкируют гены, однако
в ряде случаев их обнаруживают и внутри генов, но в составе интронов. В
настоящее время выделено и охарактеризовано несколько десятков MAR/SAR53
последовательностей из генома дрозофилы и других организмов. У дрозофилы
они представляют собой АТ-богатые последовательности нуклеотидов длиной
в 200–350 п.о., в составе которых часто встречаются участки поли(dA)⋅поли(dT).
Обнаружены два типа блоков из АТ-богатых последовательностей: А-блок –
AATAAAT/CAAA и Т-блок – TTA/TTT/ATTT/CAAA, характерные для всех
MAR/SAR-последовательностей не только дрозофилы, но и других организмов.
Отличающиеся от них блоки похожих последовательностей нуклеотидов –
ATATTT и AATATTTT, первоначально найденные в MAR/SAR-
последовательностях мышей, оказались широко представленными и в
аналогичных последовательностях многих эукариот.
Можно выделить следующие обобщенные характеристики MAR/SAR-
последовательностей, приведенные в недавнем обзоре М.В. Глазкова (1995 г.):
длина MAR/SAR-последовательностей составляет 300–1000 п.о.; все они
содержат многочисленные сайты ДНК-белкового взаимодействия и обогащены
AT-парами;
MAR/SAR-последовательности обладают способностью обратимо
связываться с ядерным матриксом метафазных хромосом и локализованы
исключительно в некодирующих последовательностях генома, главным
образом в нетранскрибируемых участках, реже в интронах;
расстояние между двумя соседними MAR/SAR-последовательностями
составляет 3–112 т.п.о., и они фланкируют один или несколько
экспрессирующихся генов, для которых характерна повышенная
чувствительность к нуклеазам из-за деконденсированного состояния их
хроматина;
некоторые MAR/SAR-последовательности выявлены рядом с
энхансероподобными регуляторными элементами. Кроме того, эти
последовательности могут быть потенциальными сайтами инициации
репликации и содержать в своем составе большое число сайтов для разных
факторов транскрипции;
MAR/SAR-последовательности иногда соседствуют с
последовательностями, способными образовывать Z- или H-формы ДНК, и в
таких случаях они определяются как сайты с повышенной чувствительностью к
ДНКазе I.
Все это указывает на то, что MAR/SAR-последовательности являются
чрезвычайно важными в функциональном отношении последовательностями
геномной ДНК эукариот. Одной из основных функций, которую им приписывают
в настоящее время, может быть пространственное разграничение
функциональных доменов хроматина в интерфазных ядрах эукариот,
необходимое для эффективной и независимой экспрессии генов, находящихся
в этих доменах. Подробнее о выполнении MAR/SAR-последовательностями
функций пограничных последовательностей (инсуляторов), регулирующих
экспрессию эукариотических генов, см. в разделе 3.2.4.
Являясь одними из ключевых цис- действующих генетических
регуляторных элементов хромосом эукариот, MAR/SAR-последовательности
осуществляют глобальный контроль изменений структуры хроматина и
связанных с ними модуляций экспрессии генов на уровне транскрипции. В
настоящее время считается, что эти последовательности обеспечивают
поддержание функциональной структуры хромосом в интерфазных ядрах и
вовлечены в процесс их конденсации при формировании метафазных
хромосом во время митоза. Современная модель структуры метафазной
хромосомы К.М. Харта и У.К. Лэммли (1998 г.) подчеркивает, что SAR-
последовательности, пространственно примыкая друг к другу, образуют ось
хроматиды, от которой в разные стороны отходят петли хроматина,
формирующие тело метафазной хромосомы. Однако еще остается доказать,
являются ли MAR/SAR-последовательности местами специфического
прикрепления белковых комплексов, включающих, к примеру, белок конденсин,
которые необходимы для конденсации хроматина.
Негистоновые белки хроматина. Большое влияние на структуру
хроматина и функционирование эукариотических генов оказывают различные
негистоновые белки. В ядрах в наибольшем количестве обнаруживают
негистоновые белки, которые относят к так называемой группе белков с
высокой подвижностью (high mobility group – HMG). Это название отражает их
высокую подвижность при электрофорезе. Суммарное __________содержание HMG-белков
в ядрах клеток в ~10 раз меньше, чем гистонов. Эти белки разделяют на три
основных подкласса: 14/17, 1/2 и I/Y.
HMG 14/17 представляют собой небольшие белки с молекулярной
массой 10–12 кДа, полипептидные цепи которых несут большой локальный
электрический заряд при физиологических значениях рН. N-Концевые части их
полипептидных цепей обладают основными свойствами, тогда как С-концевые
– кислыми. Кóровые частицы нуклеосом содержат на своей поверхности две
молекулы HMG 14/17, которые соединяют между собой цепи ДНК двух соседних
витков. HMG-Белки этой группы могут замещать гистон H1 в активно
транскрибируемых генах. In vivo ~10% коровых частиц нуклеосом могут
содержать белки HMG 14/17.
Белки группы HMG 1/2 также являются одними из преобладающих
ядерных белков с молекулярной массой 25–30 кДа. Эти белки специфически
связываются с одноцепочечными участками ДНК, а также участками ДНК,
образующими крестообразные структуры в местах, содержащих палиндромные
последовательности. Это указывает на их возможное участие в процессах
рекомбинации, репарации и(или) репликации. Было показано, что белки HMG
1/2 способствуют сборке нуклеосом in vitro, однако физиологическое значение
этого факта остается непонятным, поскольку многие отрицательно заряженные
молекулы в экспериментальных условиях также ускоряют образование
нуклеосом.
Белки HMG I/Y преимущественно взаимодействуют с АТ-богатыми
участками ДНК, что характерно и для гистона Н1. Предполагается, что эти
белки конкурируют с гистоном Н1 in vivo за промоторы и области начала
репликации ДНК (см. разделы 2.1 и 4.1).
Помимо HMG-белков к негистоновым белкам хроматина относятся
многочисленные внутриядерные ферменты и белковые факторы, необходимые
для работы генетического аппарата клетки. Многим из этих белков,
обеспечивающим транскрипцию, репарацию и репликацию, посвящены целые
разделы этой книги. Среди негистоновых белков особое место занимают ДНК-
топоизомеразы, механизмы функционирования которых целесообразно
рассмотреть отдельно.
1.3.3. Роль ДНК-топоизомераз в обеспечении структуры и функционирования
хроматина
Топоизомеразы контролируют в клетках уровень суперскрученности ДНК,
который может изменяться в процессе ее репликации, транскрипции,
гомологичной рекомбинации, а также во время перестроек хроматина. Все эти
ферменты релаксируют суперскрученные молекулы ДНК, снимая их внутреннее
напряжение путем внесения одно- или двухцепочечных разрывов с
последующим их восстановлением (лигированием). По механизму действия
различают ДНК-топоизомеразы типа I и II. ДНК-топоизомеразы I, которые
являются мономерными белками,
Рис. I.3. Основные этапы каталитического цикла топоизомеразы II
Внизу изображен механизм переноса нити ДНК через двухцепочечный
разрыв. Точками отмечены места ковалентного присоединения фермента
к 5'-концам ДНК в двухцепочечных разрывах. VM26, mAMSA,
антрациклины – ингибиторы топоизомеразы II, фиксирующие ковалентный
комплекс фермент-ДНК и предотвращающие лигирование
двухцепочечного разрыва; L – число зацеплений ДНК в суперскрученной
молекуле.
релаксируют ДНК без затраты энергии путем внесения одноцепочечных
разрывов. В отличие от этого, ДНК-топоизомеразы II функционируют в виде
димеров, осуществляя ATP-зависимое расщепление обеих цепей ДНК с
последующим переносом цепей через разрыв и его лигированием (рис. I.3).
Для внесения одноцепочечного разрыва в ДНК все ДНК-топоизомеразы
используют остаток Tyr, который осуществляет нуклеофильную атаку
фосфатной группы ДНК с образованием фосфотирозина. В результате
ферменты оказываются ковалентно связанными с 5'- или 3'-концами ДНК в
одноцепочечном разрыве. Образование такой ковалентной связи исключает
необходимость затраты энергии при восстановлении фосфодиэфирной связи в
одноцепочечном разрыве на заключительных стадиях реакции. У ДНК-
топоизомераз типа I имеется один каталитический остаток Tyr на молекулу
мономерного белка, тогда как димеры ДНК-топоизомераз II содержат по одному
каталитическому остатку на каждую субъединицу, что обеспечивает создание
ступенчатого двухцепочечного разрыва в молекуле релаксируемой ДНК.
Обнаружены, по крайней мере, два подтипа ДНК-топоизомераз I – IA и IB,
которые, будучи неродственными ферментами как по первичной, так и по
пространственной структурам, выполняют аналогичные функции с помощью
различных механизмов. До недавнего времени ДНК-топоизомеразы IA считали
исключительно прокариотическими ферментами, однако они были найдены и в
клетках эукариот, включая клетки человека, и названы ДНК-
топоизомеразами III.
ДНК-топоизомераза IA релаксирует ДНК, содержащие только
отрицательные супервитки, работает в присутствии ионов Mg2+ и ковалентно
соединяется с 5'-концами ДНК в образующихся врменных одноцепочечных
разрывах. Это сближает ДНК-топоизомеразы IA и II между собой, что было
подтверждено также структурными исследованиями. В отличие от этого, ДНК-
топоизомеразы IB способны релаксировать ДНК как с положительными, так и
отрицательными супервитками, не требуют для своего функционирования
ионов металлов и взаимодействует ковалентно с 3'-концами ДНК. ДНК-
топоизомеразы IB найдены исключительно в клетках эукариот (за
единственным исключением вируса вакцины).
В клетках человека ДНК-топоизомераза IB/III специфически ингибируется
камптотецином (camptothecin), который в настоящее время рассматривается в
качестве перспективного противоопухолевого препарата. Это соединение
взаимодействует преимущественно с ковалентным комплексом
топоизомераза I–ДНК, что подавляет реакцию восстановления
фосфодиэфирной связи и освобождение фермента из комплекса. В результате
происходит быстрое накопление двухцепочечных разрывов ДНК и вступление
клеток в апоптоз.
ДНК-топоизомераза II является жизненно важным ферментом любого
эукариотического организма. Кроме релаксации суперскрученных молекул ДНК
она может осуществлять образование или развязывание узлов, а также
образование или разделение катенанов (кольцевых замкнутых ДНК,
сцепленных друг с другом). Реакции развязывания узлов и разделения
катенанов являются прерогативой именно ДНК-топоизомеразы II и не
выполняются ДНК-топоизомеразами I.
У дрожжей ДНК-топоизомераза II требуется для разделения катенанов
сестринских хроматид хромосом в анафазе митоза и абсолютно необходима
для сегрегации хромосом в мейозе, а также конденсации хроматина в процессе
формирования метафазных хромосом. Выяснена важная роль ДНК-
топоизомеразы II и в формировании высших уровней структуры хроматина, а
именно участие фермента в образовании петель хроматина во время
конденсации хромосом.
ДНК-топоизомераза II локализована в ядре и в больших количествах
ассоциируется с ДНК как в интерфазных, так и метафазных ядрах. С помощью
специфических антител показано, что молекулы фермента располагаются
преимущественно вдоль центральной продольной оси обоих плеч хромосом у
многих организмов. Такое аксиальное распределение ДНК-топоизомеразы II в
хромосомах наблюдали даже после удаления из них большей части гистонов в
результате многократных солевых экстракций. Специфическая локализация
этого фермента в хромосомах очень показательна в свете обсуждавшихся
выше петельно-доменных особенностей организации хроматина в ядрах.
Создается впечатление, что ДНК-топоизомераза II находится в виде
гомодимера в основании петель, взаимодействуя с MAR/SAR-
последовательностями ДНК хроматина. Хотя топоизомераза II не обнаруживает
строгой специфичности в отношении расщепляемых последовательностей
нуклеотидов, на выбор сайтов большое влияние оказывают структурные
компоненты хроматина. Показано, что in vivo существуют два класса сайтов, по
которым происходит расщепление ДНК этим ферментом: одни из них
локализованы в активно транскрибируемых участках хроматина,
гиперчувствительных __________к действию нуклеаз, а другие – непосредственно в
MAR/SAR-последовательностях. Ассоциация ДНК-топоизомеразы II с активно
транскрибируемыми участками хроматина указывает на ее возможную важную
роль в регуляции экспрессии генов, что и было продемонстрировано в недавних
экспериментах. Таким образом, ДНК-топоизомераза II является одним из
ключевых ферментов, необходимых для разрешения сложных топологических
проблем, возникающих при изменении структуры хроматина в процессах
репликации ДНК, транскрипции генов и сегрегации хромосом в митозе и
мейозе. Определенные изоформы (α или β) этого фермента, по-видимому,
играют важную роль в поддержании динамической структуры хроматина
интерфазных и митотических хромосом.
Имеющиеся в настоящее время данные свидетельствуют о
высокоупорядоченной организации генома у любого, особенно
эукариотического, организма. Первым уровнем такой упорядоченности
является консервативное линейное распределение генов и других
последовательностей нуклеотидов вдоль молекул ДНК хромосом, которое
служит важным таксономическим признаком. Другим не менее жизненно
важным свойством генома эукариот и, по-видимому, таксономическим
признаком является его упорядоченное распределение в объеме интерфазных
ядер. Высокоспецифическое пространственное распределение хроматина
эукариот в интерфазных ядрах можно рассматривать в качестве второго уровня
его упорядоченности. Находясь в деконденсированном состоянии после
завершения митоза, интерфазные хромосомы не перемешиваются внутри
интерфазных ядер, но занимают вполне определенные микрокомпартменты.
Определенные участки хромосом, маркированные специфическими (в
частности MAR/SAR) последовательностями, служат для прикрепления ДНК
хромосом к компонентам ядерного матрикса и ядерных мембран. Такие
контакты необходимы для эффективной реализации генетической информации
в процессе экспрессии генов, эффективной конденсации хроматина и
разделения хромосом в митозе и мейозе. Кроме того, пространственно
организованное распределение генетического материала в интерфазных ядрах
обеспечивает дифференциальную защиту от мутаций отдельных генетических
локусов и, по-видимому, может контролировать темп и направление
Дата добавления: 2015-08-29; просмотров: 29 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |