Регуляторные белки хроматина

Развитие многоклеточных эукариотических организмов основано на способности клеток передавать в ряду поколений активное или, наоборот, репрессированное состояние гена. Наследование состояния гена приводит в конечном итоге к образованию дифференцированной ткани, состоящей из клеток, в которых лишь небольшая часть генов активирована на фоне репрессии основной части генома. Исследование молекулярных механизмов, обеспечивающих наследование активного или неактивного состояния гена в ряду клеточных поколений, представляется чрезвычайно важным. По-видимому, в основе этих механизмов лежат не только программированные взаимодействия белков и ДНК, обеспечивающие наследуемую локальную организацию хроматина, но и процессы метилирования ДНК. Метилирование можно расс.матривать как особый механизм контроля транскрипции, существующий наряду с механизмами, основанными на взаимодействиях между цис-действую-щими регуляторными элементами и факторами транскрипции. [c.218]

РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИ ХРОМАТИНА [c.249]

Регуляторные белки хроматина [c.352]

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]

Имеются различия и в состоянии ДНК транскрибируемых и не-транскрибируемых участков генома. Так, неактивная в транскрипции ДНК в большей мере метилирована, в то время как содержание 5-метилцитозина существенно меньше в транскрибируемых генах и особенно в их регуляторных последовательностях. При действии топоизомеразы I на неактивный хро латин количество супервитков не меняется, что свидетельствует о том, что эта ДНК находится в релаксированном состоянии, в ней нет торзионных напряжений, которые бы снимались под действие.м топоизомеразы I. Возможно, Что в активном хроматине возникают такие торзионные напряжения, которые облегчают связывание регуляторных белков и работу РНК-полимеразы. [c.254]

Точный механизм активации (или инактивации) хроматина пока еше слишком гипотетичен, однако обшая 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. [c.393]

Клетки эмбриона имеют много общего с компьютером, поскольку постоянно получают информацию о своем расположении в данный момент и объединяют эту информацию с поступившей ранее для того, чтобы на каждой стадии развития действовать соответствующим образом Изучение дрозофилы генетическими методами показало, что в образовании и поддержании основного плана строения тела участвует относительно небольшое число (порядка 100) генов, кодирующих главные регуляторные белки, взаимодействующие между собой. В любом многоклеточном организме подавляющее большинство генов (и жизненно важных, и тканеспецифичных), вероятно, регулируются посредством сложных контролирующих цепочек, исходящих от генов главных регуляторных белков. Если в регуляции генов эукариот центральную роль играют механизмы, сильно отличающиеся от бактериальных (например, механизмы, зависящие от прямого наследования структуры хроматина), можно ожидать, что именно эти механизмы контролируют некоторые гены главных белков-регуляторов. [c.220]

Один из разделов книги к моменту ее выхода начинает устаревать. За это время появилось много новых работ по клонированию и изучению генов разных регуляторных белков хроматина и по выяснению механизмов их действия, В таких белках выявлены по крайней мере два домена область, узнающая специфическую последовательность ДНК, и активирующая область. Первый домен может быть представлен или пространственной структурой а-спираль— соединительный полипептид—а-спираль, или так называемыми 7п-пальцами (полипептиды, содержащие цистеино-вые и гистидиновые остатки, взаимодействующие с 2п), или положительно заряженными отрезками. Второй, активирующий домен — это обычно отрицательно заряженная область, но иногда он представлен участками, обогащенными глютамином или пролином. Активирующая область взаимодействует с определенным участком РНК-полимеразы, состоящим из повторяющихся гептапептидов, бога- [c.231]

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]

С механизмом клеточной дифференцировки связан интересный вопрос сохраняется ли на уровне структуры хроматина память об активном или неактивном состоянии гена при клеточном делении и транскрипции При клеточном делении хроматин, видимо, сохраняет особенности своей структуры, например гиперчувстви-тельные участки в хроматине некоторых генов сохраняются в метафазных хромосомах в тех же местах, что и в интерфазном хроматине. Очевидно, это определяется тем, что регуляторные белки, связанные с промоторными участками генов, ассоциированы с ДНК и в составе метафазной хромосомы. Однако судьба регуляторных белков в процессе репликации ДНК неизвестна. [c.258]

Модель прямого запоминания в процессе репликации должна предусматривать сохранение регуляторных белков и гистонов в их модифицированном состоянии на активных участках хроматина. Однако пока отсутствуют прямые экспериментальные данные, подтверждающие это предположение. [c.258]

Все функции нуклеиновых кислот в организме осуществляются в комплексах с белками. В то же время лишь некоторые белки аыполняют свои функции в комплексе с нуклеиновыми кислотами. Такие комплексы называются иуклеопротеидами. Одни нуклеопротеиды существуют в течение длительного времени, например хроматин, рибосомы, вирусные частицы. Другие возникают ма короткое время и, выполнив свою функцию, диссоциируют—к ним относятся комплексы, образуемые ДНК- и РНК-полимеразами, регуляторными белками, репрессоры или активаторы и т. п. Нуклеопротеиды осуществляют такие важные процессы в клетке, как репликация, транскрипция и трансляция, транспорт нуклеиновых кислот из ядра в клетку, секреция белков в эукариотических клетках и т. п [c.397]

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]

Согласно модели активации генов, приведенной на рис. 10-40, некоторые из регуляторных белков > высших эукариот имеют функции, отличающие их от бактериальных аналогов. Вместо того, чтобы способствовать посадке РНК-полимеразы (или факторов транскрипции) на близлежащий промотор (см. рис. 10-27), некоторые сайт-специфические ДНК-связывающие белки могут участвовать в деконденсации хроматина в определенном участке хромосомы, могут удалить нуклеосому с соседнего энхансера или промотора и обеспечить таким образом доступ белков-регуляторов обычного типа. Однако полной уверенности в том, что в эти события имеют место в действительности, нет. Вполне вероятно, что наблюдаемые отличия в структуре хроматина активных генов являются закономерным следствием сборки факторов транскрипции и/или РНК-полимеразы на последовательности промотора, а не условием, необходимым для инициации транскрипции. [c.214]

Нуклеосомная и наднуклеосомная организации, несомненно, ифают важную, хотя и во многом еще не выясненную роль в функциональной активности хроматина. Укладка двуспиральной ДНК в нуклеосоме сопровождается сильными искажениями ее вторичной структуры и кардинал ьно изменяет условия ее взаимодействия с различг1ыми регуляторными белками. Пока- [c.14]

Белки HMG могут участвовать в организации активного хроматина [160—166]. Помимо гистонов, хроматин содержит множество негистоновых белков, функция которых не известна. Среди них, очевидно, должны быть структурные белки, ферменты, обеспечивающие протекание процессов репликации, транскрипции и др., и регуляторные белки. Э. Джонс (Великобритания) попытался выделить белковые компоненты, присутствующие в достаточно большом количестве, что позволило бы провести их анализ и идентификацию. Ему действительно удалось изолировать новый класс ядерных белков, названный им группой белков с высокой подвижностью (high mobility group), или HMG-белки. Название зависело от высокой подвижности этих белков при электрофорезе в геле. Фракция HMG-белков распадается на ряд индивидуальных компо- [c.156]

К выявлению таких белков существуют различные подходы. Один из них — это детекция белка, связывающегося с определенной областью ДНК непосредственно в хроматине. Для этого в регуляторную область хроматина вносят разрыв с помощью той или иной эндонуклеазы, например с помощью рестриктазы, и от этой точки начинают гидролизовать ДНК экзонуклеазой. В том месте, где находится белок, связанный с ДНК, переваривание экзонуклеазой прекращается или резко замедляется. Ход гидролиза экзонуклеазой определяется электрофоретически по изменению размеров рестриктных фрагментов, гибридизующихся с соответствующей пробой. Таким образом удается определить границы области, занятой на ДНК тем или иным белком. [c.167]

Эти результаты были получены как в опытах по связыванию in vitro, так и при изучении защиты ДНК в составе хроматина. Интересно, что в последнем случае белки выявляются лишь в том случае, когда соответствующий ген транскрипционно активен. По крайней мере в ряде случаев гиперчувствительность активного гена к ДНКазе I может быть объяснена наличием специфических регуляторных белков. Они защищают блоки регуляторной зоны от ДНКазы I, оставляя в то же время небольшие отрезки ДНК экспонированными. Эти участки будут, естественно, атаковываться ферментами в первую очередь, и в них легко будут возникать близко расположенные разрывы в противоположных цепях, что приведет к двухцепочечному разрыву. [c.169]

Помимо информатинов, РНП-частицы содержат и другие, минорные, компоненты (подобно тому как хроматин, кроме гистонов, содержит различные негистоновые белки). Эти компоненты, вероятно, являются ферментами и различными регуляторными белками, взаимодействующими с РНК. Однако доминирующий структурный компонент гяРНП — это информатины. [c.209]

Другая подгруппа регуляторных белков, также локализованная в хроматине ядра клетки,—иегистоновые белки. Они изучены в гораздо меньшей степени, чем гистоновые. Эти белки крайне гетерогенны, так как при их фракционировании методами электрофореза и изоэлектрофокусирования в полиакриламидном геле обнаружено около 500 полипептидов с молекулярными массами от 5000 до 200000 Да. Некоторая часть негистоновых белков активно участвует в дерепрессии генома, препятствуя образованию суперспирализован-ной ДНК на тех ее участках, где они присоединились в 8-периоде цикла деления клетки. [c.85]

Существует несколько объяснений устойчиво наследуемой картины экспрессии генов. Одно из них основано на том, что с определенным участком хроматина кооперативно связывается множество копий регуляторного белка. Если этот белковый кластер остается соединенным с ДНК во время репликации, то часть его получает в наследство каждая из дочерних молекул ДНЗС. Поскольку связывание данного белка с ДНК носит кооперативный характер, унаследованная часть белкового кластера будет инициировать присоединение дополнительных белковых субьединиц, что в результате обеспечит реконструкцию всего кластера. Таким образом, данный функциональный статус гена наследуется прямо и непосредственно с помощью прочно связанных с ДНК хромосомных белков (рис. 10-35). В принципе подобные непосредственно наследуемые белковые кластеры могут поддерживать индивидуальные гены в постоянно включенном или постоянно выключенном состоянии. [c.207]

Регуляторные белки, связывающиеся с определенными последовательностями ДНК в эукариотических клетках, должны взаимодействовать не просто с молекулой ДНК, как у бактерий, а с ДНК, которая на всем своем протяжении связана с нуклеосомами. Необходимость транскрибировать ДНК в составе хроматина несомненно усложняет контроль транскрипции, однако о том, как действуют соответствующие механизмы, известно очень мало. С уверенностью можно утверждать лишь то, что у эукариот изменения в упаковке ДНК влияют на экспрессию генов. Как отмечалось выше, сайленсер, регулирующий транскрипцию у дрожжей, каким-то образом закрьвает участки хроматина, расположенные с ним по соседству, и делает их недоступными дпя транскрипции и для воздействия эндонуклеазы (см. разд. 10.3.4). Однако задолго до открьпия этого явления изучение клеток высших эукариот продемонстрировало существование гораздо более сильно закрьпого хроматина, при этом в его структуре наблюдались видимые изменения. [c.207]

При репликации происходит очевидное нарушение структуры хроматина, так как нуклеосомы должны временно отсутствовать по крайней мере в одной из дуплицированных 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 фазирование нуклеосом. [c.393]

Первое доказательство биологической значимости сайтов, сверхчувствительных к нуклеазе, было получено в экспериментах с вирусом 8У40. Его хромосома помимо кольцевой ДНК содержит гистоны, продуцируемые клеткой-хозяин ом. В составе этой хромосомы имеется участок длиной 300 нуклеотидных пар, который свободен от нуклеосом и быстро разрушается под воздействием ДНКазы . Этот участок расположен очень близко от последовательностей ДНК, с которых начинается как репликация ДНК вируса, так и синтез его РНК. Здесь же локализуются и несколько сайт-специфических ДНК-связывающих белков, которые защищают лишь небольшой участок этой молекулы, по-видимому, совершенно лишенный нуклеосом, от нуклеазной деградации. Аналогичным образом, многие участки хроматина в клетке, обладающие гиперчувствительностью к ДНКазе, расположены в регуляторных областях генов (рис. 9-25) в клетках, где эти гены активны, таких сайтов больше, нежели в других клетках. Полагают, что за удаление нуклеосом ответственны сайт-специфические ДНК-связывающие белки, которые принимают участие в регуляции эукариотических генов (см. рис. 9-27). [c.113]

За укладку нуклеосомной нити в составе хроматиновой фибриллы отвечает гистон Н1. Центральная часть его молекулы представляет собой глобулу, которая взаимодействует со специфическим участком нуклеосомы. М- и С-концевые фрагменты белка имеют вытянутые формы. Один из них (М-) ассоциирован с предшествующей линкерной ДНК в области ее контакта с нуклеосомной частицей, а другой - с гистоновым кором последующей нуклеосомы. Кроме того, замечено, что свободная молекула Н1 легче взаимодействует с ДНК в непосредственной близости от другой, уже присоединившейся молекулы гистона, чем отдельно от нее [407]. Этим обусловлена склонность белков Н1 связываться с ДНК группами по восемь и более молекул. Предполагается, что взаимодействие такого типа, названное кооперативным связыванием, лежит в основе активации генов. Вызванная им конденсация молекул гистона Н1 превращает некоторые хроматиновые участки в своеобразные микрокристаллы, "плавление" которых под действием внешнего регуляторного сигнала ведет к разрушению гистонового кластера и локальной перестройке хроматина [401, 408]. [c.110]

Способность убиквитина присоединяться к е-амино-группам лизина полипептидов определяет его регуляторные свойства, которые он проявляет не только в цитоплазме, но и в клеточной мембране (De Bold et al., 1981). Позднее было показано, что убиквитин выполняет также определенные функции в хроматине — он участвует в регуляции процессов репликации и транскрипции в клеточном ядре. Кроме того, деградация циклинов — белков, отвечающих за регуляцию цикла клеточного деления, также обеспечивается убиквитинизацией. [c.72]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология