Точки и структура хроматина

Для большинства эукариотических клеток, как и клеток прокариот, стадия инициации транскрипции является основной, главной регуляторной точкой экспрессии активности генов. Тем не менее имеются существенные различия во-первых, место процессов транскрипции (в ядре) и трансляции (в цитоплазме) во-вторых, активирование транскрипции у эукариот связано с множеством сложных изменений структуры хроматина в транскрибируемой области в-третьих, в эукариотических клетках превалируют положительные регуляторные механизмы над отрицательными. [c.538]

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 [c.375]

Таким образом, представленные результаты свидетельствуют о том, что так же, как и в случае прокариотических генов, участки ДНК, пред-ществующие последовательностям эукариотических генов, необходимы для регуляции экспрессии этих генов. Однако в отличие от прокариотических генов некоторые из этих участков могут использоваться для регуляции структуры хроматина, в то время как другие могут участвовать в регуляции структуры самой ДНК, выступая в качестве необходимых компонентов в процессе точного взаимодействия РНК-полимеразы с ТАТА-последовательностью перед началом транскрипции гена. [c.223]

С использованием генно-инженерных подходов удалось изучить расположение этих генов в ДНК, а также зарегистрировать изменения структуры хроматина и ДНК, связанные с регуляцией экспрессии этих генов. Как а-, так и Р-глобиновые гены образуют кластеры тесно сцепленных генов. Оба кластера генов были клонированы в виде набора рекомбинантных фаговых векторов, содержащих перекрывающиеся фрагменты глобиновых генов, с использованием методов, описанных в гл. 9. Расположение генов внутри кластеров показано на рис. 16.17. Интересно отметить, что некоторые глобиновые гены представлены более чем одной копией (aj, аг, °у, у), причем на соответствующей стадии развития происходит одновременная экспрессия обеих копий. Удивительной особенностью организации кластеров оказалось то, что гены в них расположены в соответствии Ф порядком их экспрессии и все транскрибируются с одной и той же цепи ДНК. [c.230]

С другой стороны, по данным радиоавтографии все репликационные вилки в течение S-фазы движутся со сравнимыми скоростями таким образом, степень конденсации хромосом, вероятно, не влияет на работу этой вилки, если она уже образовалась. Однако порядок активации точек начала репликации, по-видимому, по крайней мере отчасти зависит от структуры хроматина данного участка. [c.139]

Важное значение для понимания временной организации репликативных процессов имеет тот факт, что блоки конденсированного гетерохроматина, в том числе участки вблизи центромеры, остающиеся конденсированными на протяжении всей интерфазы, реплицируются на поздних этапах фазы 8. Таким образом, поздняя репликация, по-видимому, связана с особенностями упаковки данной ДНК в хроматине. Важным примером может служить неактивная Х-хромосома у самок млекопитающих. Вся эта хромосома реплицируется только в конце фазы 8, тогда как репликация ее активного гомолога происходит на протяжении всей этой фазы. Хотя обе эти хромосомы содержат идентичные последовательности ДНК, только неактивная Х-хромосома конденсирована в гетерохроматин (разд. 8.5.3). Таким образом, порядок, в котором активируются точки начала репликации, должен определяться (по крайней мере отчасти) структурой хроматина в этих участках. Имеющиеся данные позволяют предполагать, что первыми реплицируются те области генома, где хроматин в интерфазе наименее конденсирован и, следовательно, наиболее доступен для репликационного аппарата. [c.166]

Ясно, что до полного понимания организации хроматина еще очень далеко, и, чем выше уровень структуры, тем больше в нем неясного. Очевидно, что в ходе активации генов, прежде всего при транскрипции, структура хроматина должна претерпевать глубокие изменения. В то же время регуляция транскрипции происходит в значительной мере через изменения в структуре хроматина. К рассмотрению этих вопросов мы и переходим в следующем разделе. [c.140]

Присутствие фракции, устойчивой к нуклеазе, в хроматине, но не в чистой ДНК дает возможность предположить, что у марсианского микроорганизма ДНК входит в состав структур, подобных нуклеосомам, которые и защищают ее от микрококковой нуклеазы. Поскольку при жесткой обработке самый мелкий фрагмент состоит примерно из 300 нуклеотидов, то структура, подобная нуклеосоме, должна защищать фрагмент ДНК примерно такой длины. Образование шлейфа при разделении продуктов расщепления свидетельствует о том, что структуры, подобные нуклеосомам, у марсианского микроорганизма не расположены, как у земных организмов, на одинаковом расстоянии друг от друга. Если бы в марсианских клетках нуклеосомы располагались [c.389]

В то же вре.чя многие регуляторные белки эукариот, как и у прокариот, составляют ничтожную долю всех белков. Регуляторные последовательности эукариотических генов иногда удалены от промотора на значительное расстояние (энхансеры, см. гл. X, раздел 2) и расположены впереди или позади него. Эго затрудняет поиск белков, узнающих определенные последовательности ДНК-ДИК в хроматине свернута в спираль с шагом около 80 и.о., и сайт узнавания может быть составлен из фрагментов разных участков, разнесенных в первичной структуре на эту величину. Поэтому изучение и моделирование механизма узнавания ДНК в хроматине требуют разработки совершенно новых подходов. [c.250]

И не стоит надеяться, что при более детальном исследовании сквозь этот хаос проступят те изящество и элегантность, которые символизировала исходная двойная спираль. Нет, попадающиеся то и дело нити и хроматин — основа волокнистой структуры ДНК и белков — лишь на очень коротких участках напоминают спираль. Хотя хромосомы часто отождествляют с ДНК, на самом деле в хроматине белков вдвое больше, чем ДНК, а около 10% приходится на однонитевые информационные РНК, скопированные с тех или иных участков ДНК при транскрипции (переносе информации с ДНК на РНК). [c.14]

Установлено, что структура хроматина в той области, где происходит транскрипция генов, отличается от структуры нетранскриби-руемых участков. Структура хромосомы в транскрибируемой области меняется, на ней образуются утолщения (так называемые пуффы ) и т. п. Электронная микроскопия показывает, что активный хроматин значительно менее компактен, чем неактианый, и в ряде случаев даже теряет нуклеосомную структуру. При этом изменения в структуре хроматина предшествуют активации транскрип- [c.416]

Рис- 14-18. Схема механизма, предложенного для объяснения точного спаривания соответственных участков гомологичных хромосом в зиготене. Предполагается, что белковые нити лептотенных хромосом приобретают определенные локальные свойства, обусловленные какими-то характерными особенностями структуры хроматина в различных участках хромосомы. [c.21]

Домены эукариотической хромосомы отличаются от прокариотических доменов. Представление о доменах прокариотической хромосомы сформулировано на основании опытов по релаксации ДНК. Представление об эукариотических доменах опирается на опыты по электронной микроскопии митотических хромосом, с которых удалены гистоны. ДНК эукариот, точнее нуклеосомная фибрилла, находится в релаксированном состоянии. Обработка релаксирующим ферментом не изменяет ее конформации. Следует учитывать, что ДНК навивается на нуклеосомы спиралью. Если те.м или иным способом удалить гистоны с ДНК, то в ней возникают супервитки. Особенно нагляден этот эффект при использовании в качестве модели хроматина кольцевой мини-хромосомы вируса ОВ-40 длиной около 5 т. п. о. Как видно из рис. 127, мини-хромосома на электронных микрофотографиях представляет собой релаксированную структуру. После удаления гистонов ее ДНК суперспирализована. Существует предположение, что тран-скрипционно активные петли эукариотической хромосомы все-таки находятся в торзионно-напряженном состоянии и релакси-руют под действием топоизомераз. [c.246]

Мь1 не знаем, что заставляет гомологичные участки хромосом точно ориентироваться друг против друга на стадии зиготены. Поскольку в синап-тонемальном комплексе хроматин одного гомолога расположен довольно далеко от хроматина другого, бьшо высказано предположение, что специфичность спаривания определяется белковыми нитями. Согласно одной из гипотез, белки этих нитей могут сначала принимать конформацию, в точности соответствующую структуре хроматина вдоль каждой хромосомы. Если нити после этого соединяются между собой по принципу подобное с подобным , то их спаривание может косвенным образом связывать гомологичные области прикрепленных к ним хромосом, локальные структуры которых точно соответствуют друг другу (рис. 14-18). Какой-то механизм такого рода локального соответствия необходим для объяснения того факта, что наличие в одной из двух гомологичных хромосом инверсированного участка обычно (хотя и ие всегда) приводит к местному нарушению нормаль- г ного синапсиса во время зиготены, так что гомологичные гены могут конъю- тировать даже в области инверсии (рис. 14-19 и 14-20). Отдельные стадии мейоза показаны на рис. 14-21, где дается и подробное описание соответ- ствующих процессов. р [c.24]

Рассмотрим ген, который активирован (или репрессирован) путем связывания с ДНК какого-то специфического регуляторного белка и (или) каким-то изменением структуры хроматина. Каким путем это конкретное состояние будет унаследовано дуплицированными хромосомами дочерних клеток, образовавшихся в результате деления Если во время репликации все белки отделяются от ДНК, специфическое состояние должно заново устанавливаться в каждом цикле клетки. Однако возможно, что определенный механизм сегрегации используется для того, чтобы передать информацию о состоянии экспрессии генов. Одна возможность заключается в том, что специфическая структура может быть увековечена путем сегрегации и дупликации в процессе репликации ДНК. Например, образец, формально эквивалентный полунуклеосом-ной сегрегации, показан на рис. 29.20 (безотносительно к тому, используется ли такой тип сегрегации самими гистонами). Таким образом, комплекс негистоновых белков может сформироваться на ДНК, затем расщепиться на полукомплексы при репликации и вновь достроиться до полных комплексов на каждом дочернем дуплексе [c.371]

При обработке нуклеазами хроматин быстро расщепляется на фрагменты, состоящие из 205 15 пар оснований, и более медленно — на фрагменты, состоящие из 170 пар оснований. Этот результат в сочетании с приведенными выше данными позволил предположить существование структуры, в которой фрагмент ДНК, состоящий из 200 пар оснований, обмотан вокруг гистонового октамера таким образом, что двухцепочечная нить ДНК длиной 68 нм упаковывается в одной "у-ча-стице размером порядка 10 нм. Соседние у-частицы связаны друг с другом очень короткими участками ДНК. Было высказано предположение, что обычная двойная спираль ДНК, поворачиваясь вокруг гистонов в у-частице, может претерпевать резкие изломы через каждые 20 пар-оснований [297], причем при каждом таком изломе спираль будет раскручиваться на 15—20°. Гистон Н1, присутствующий в меньшем количестве, чем другие гистоны, может играть роль агента, способствующего образованию поперечных связей в хроматине (рис. 15-35). Согласно другим данным [296а], на каждую у-частицу приходится один отрицательный виток суперс пирали. Если это так, то число у-частиц на рис [c.302]

Экстракт не может придавать сверхчувствительность, если его добавлять после гистонов. Из этого следует, что соответствующий фактор в экстракте узнает ДНК непосредственно и каким-то образом меняет организацию данного участка, лишенного нуклеосом. По крайней мере, в этих условиях соответствующий компонент не может удалить нуклеосомы после того как они сформировались. Таким образом, мы возвращаемся обратно к исходному вопросу каким образом изменяется структура хроматина, когда ген должен перейти в активное состояние [c.389]

Взаимосвязь 5 -фланкирующих последовательностей, необходимых для индукции, и гиперчувствительных участков еще окончательно не установлена. Последовательность, необходимая для транскрипции гена hsp 70 в ответ на тепловой шок, расположена внутри гиперчувствитель-ного участка перед геном. В то же время гены теплового шока Drosophila содержат гиперчувствительные участки и в отсутствие теплового шока. Таким образом, в этом случае образование открытой структуры хроматина может быть необходимым условием, но в то же время оно, вероятно, не является фактором, непосредственно активирующим транскрипцию. [c.226]

Из сказанного в предьщущем разделе следует, что при расхождении двух репликационных вилок от одной точки начала репликации по разные стороны от этой точки родительские нуклеосомы будут попадать в разные дочерние спирали ДНК (см. рис. 11-26 и подпись к нему). В этом случае от точного расположения места начала репликации в транскрипционной единице (гене) будет зависеть распределение предсуществуюидих родительских гистонов между двумя дочерними генами. Не все нуклеосомы абсолютно одинаковы-в разных областях генетического материала структура хроматина различна (разд. 8.1.14). Точное положение места начала репликации в гене могло бы поэтому иметь важное биологическое значение, так как определяло бы структуру хроматина этого гена в следующем поколении клеток (см. подпись к рис. 11-27). [c.164]

В точке начала репликации ДНК при движении двух репликационных вилок в противоположных направлениях образуется репликационный глаз. После прохождения репМкационной вилки происходит быстрое восстановление структуры хроматина. По-видимому, старые гистоны при этом остаются в составе нуклеосом на одной из дочерних спиралей ДНК, тогда как новые гистоны объединяются в нуклеосомы на друго11 спирали. Таким образом, имеет место прямое наследование родительских гистонов. [c.169]

Общие свойства гистоновых генов. Первичная структура гистонов у самых разных эукариот высококонсервативна. Это неудивительно, поскольку гистоны играют ключевую роль в поддержании структуры хроматина (разд. 1.1.ж). И все же какие-то различия между гистонами существуют. Это касается прежде всего гистонов Н1 и в наименьшей степени НЗ и Н4. На разных этапах развития организма, на разных стадиях клеточного цикла или в разных тканях у представителей одного вида могут синтезироваться немного различающиеся гистоны. Например, большинство гистоновых генов синтезируется в 8-фазе клеточного цикла и, следовательно, параллельно репликации ДНК. Экспрессия других генов происходит с малой эффективностью в течение всего клеточного цикла. В отличие от аминокислотных последовательностей гистонов, достаточно консервативных у разных видов, число копий и организация гистоновых генов варьируют (рис. 9.18). Как и в случае тРНК-генов, это свидетельствует о том, что консервативность кодирующих последовательностей необязательно означает такую же консервативность числа копий генов или геномной организации. [c.181]

Вы изучаете структуру хроматина из клеточных ядер печен крысы. Проведя кратковременную обработку ядер микрококково нуклеазой, затем вьщеление ДНК и электрофорез ДНК в агароз ном геле, вы получаете лесенку из широких полос с регулярнык интервалом, ширина которого соответствует разнице в длив между фрагментами примерно в 200 нуклеотидов. Если вмеси микрококковой нуклеазы использовать ДНКазу I, то на гел появляется растянутая зона шлейфа, на котором слабо видт полосы фрагментов, различающихся по длине на 200 нуклеотидш Если же перед нанесением на гель денатурировать ДНК, обрабо танную ДНКазой I, то образуется иная лесенка из полосн регулярным интервалом, соответствующим разнице в 10 ну леотидов. [c.134]

Тот факт, что белки SIR подавляют и транскрипцию, и действие НО-эндонуклеазы, свидетельствует о том, что эти белки могут вызывать изменения в структуре хроматина дрожжей, способствуя закрытию целых областей хроматина, лежащих по соседству в результате эти области становятся недоступными для самых разных ферментов. Два других наблюдения указывают на то, что в механизме действия сайленсеров есть нечто необычное. Дпя проявления репрессии необходима репликация ДНК, а последовательность, необходимая для инициации репликации (ARS), является существенной составной частью области сайленсера. Подробное изучение этого нового механизма контроля генетической активности может в какой-то мере прояснить влияние структуры хроматина на активность генов в клетках высших эукариот. [c.203]

До.менная организация хроматина, как уже говорилось, проявляется на уровне метафазных хромосом. Если обработать мета-фазную хромосому при высокой концентрации Na l, удаляющей гистоны, то происходит ее деконденсация и ДНК отделяется ог остова метафазной хро.мосомы в виде большого количества петель (рис. 129). Для сохранения структуры эукариотических хромосом совершенно необходимы ионы Са (и, возможно, Си- ). Остов-сохраняет общую форму метафазной хромосомы и состоит главным образом из полипептидов двух типов. Один из них, по-видимоМу, топоизомераза П. Если окрасить метафазные хромосомы антителами к топоизомеразе И, выяв тяется структура, очень сходная с остовом, видимым при удалении гистонов. Начало и конец каждой Пстли ДНК в таких распушенных метафазных хромосомах локализуются в одном и том же-месте остова. Размер одной петли для млекопитающих составляет в среднем обычно 40—50 т. п. н. [c.246]

Регуляторные ДНК-связывающие белки прокариот вызывают заметные изменения конформации ДНК. При рентгеноструктурном исследовании комплекса регуляторного белка TFIHA со своим участком ДНК оказалось, что двойная спираль находится в А-форме. Другие изменения (изгибы и изломы двойной спирали) можно обнаружить с помощью электронной микроскопии, электрофореза ДНК-белковых комплексов, а также при действии нуклеаз. Связанный белок защищает от расщепления 15—30 п. о. в месте связывания и порождает два участка повышенной чувствительности к нуклеазам с обеих сторон от места связывания. Тонкий анализ мест гиперчувствительности в хроматине эукариот показал, что они имеют точно такую же структуру — две гипер-чувствительные точки, разделенные защищенны.м участком. [c.257]

Кроме гистонов в хроматине присутствует большое количество различных негистоновых белков, характер взаимодействия которых с нуклеосомной ДНК пока не ясен. Наиболее богато представлены негистоновые белки HMG 14 и 17, функция которых остается все еще не изученной. HMG 14 и 17 — это близкие по структуре белки, несущие большое количество заряженных групп. Они состоят соответственно из 68 и 74 аминокислотных остатков. Две молекулы этих белков способны к кооперативному связыванию с нуклеосомой, причем каждый белок взаимодействует с концевым участком ДНК и вторым сегментом, расположенным на расстоянии примерно 20 п. о. от ее конца. Эти две области нуклеосомной ДНК в основном свободны от гистонов (см. рис. 125). HMG 14 и 17 связываются с обращенной внутрь нуклеосомы стороной двойной спирали ДНК и не меняют существенным образом общ>то форму нуклеосомы. Создается впечатление, что эти два белка занимают свободную внутреннюю область ДНК нуклеосомы. [c.242]

Наиболее удачным для этих целей оказался акридиновый оранжевый. Этот флуорохром дает яркую и устойчивую флуоресценцию, не конкурирует с сильно основными белками за фосфатную группу и тонко реагирует на структуру самой молекулы ДНК. Благодаря этому с помощью акридинового оран- -жевого, как и с помощью метилового зеленого, можно вьшвить обе стороны структурного состояния ДНК в хроматине — характер связи с белками и степень нативности ее молекул, т. е. соотношение нативных и денатурированных (точнее диссоциированных) участков в молекуле самой ДНК. [c.177]

Возможно, читатель будет удивлен, узнав, что безоговорочное признание клетки функциональной единицей высших (эукариотических, хромосомных) организмов — событие сравнительно недавнее, относящееся лишь к 1839 г., т. е. к тому времени, когда ботаник Шлейден и зоолог Шванн независимо друг от друга разработали свою плеточную теорию. Следующее важное открытие в этой области было сделано в 1859 г., когда Вирхов показал, что все клетки происходят только от других, ранее существовавших клеток. С тех пор ведутся многочисленные микроскопические исследования, в которых структура всевозможных животных и растительных клеток тщательно изучается. Разрешающая способность микроскопов за это время чрезвычайно сильно возросла сначала исследования велись только с помощью светового микроскопа теперь используются электронные микроскопы. На основании этих исследований возникло представление о клетке как о чрезвычайно с гожном образовании. Если раньше мы различали в клетке только мембрану, капельку цитоплазмы, окруженную этой мембраной, и взвешенное в цитоплазме ядро, содержащее хроматин, то теперь мы знаем, что клетка состоит из лшожества разнообразных взаимосвязанных элементов, обладающих весьма сложной структурой и организацией. Эти элементы могут варьировать у разных организмов, в разных тканях и в разных типах клеток. Однако во всей этой сложной картине можно уловить определенный порядок хотя в действите.льности и не существует такого образования, как типичная клетка, почти всем клеткам, по-видимому, свойственны некоторые общие черты. Можно указать некоторые общие субклеточные структуры, которые, очевидно, являются гомологичными в морфологическом, топологическом, а возможно, и в функциональном отношении во всех клетках независимо от их происхождения. Попробуем теперь охарактеризовать некую типичную животную клетку, пользуясь электронной микрофотографией, приведенной на фиг. 76, и схемой фиг. 77. Такая клетка со средним диаметром около 20 мк (2-10 А) и объемом 5000 мк представляет собой чрезвычайно мелкий объект, поскольку максимальное разрешение, достигаемое с помощью электронного микроскопа, лежит в пределах 5—10 А. [c.240]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология