Структура хромосом. Эухромотин. Гетерохромотин.

Несмотря на большие успехи в изучении тонкой структуры хроматина, полной ясности в том, как устроена хромосома у эукариот, нет. На основании данных, полученных молекулярными методами, предложена модель петельно-доменной организации интерфазных хромосом. Согласно этой модели хромосома состоит из петель основания которых «заякорены» на ядерном матриксе. Такая петля может содержать один или несколько генов. При инактивации генов соответствующий петельный домен компактизуется в суперсоленоид, а при активации происходит так называемое «выпетливание».

Для обозначения нуклеотидных последовательностей, связанных с ядерным матриксом, принята аббревиатура МАХ (от англ. matrix associated regions); участки, связанные с интерфазным/хромосомным матриксом (скэффолдом) называют SAR (от англ. scaffold attachment regions).

Преполагается, что прикрепление петли к скэффолду поддерживает «открытую» конфигурацию хромосомного домена. Было высказано предположение о том, что MARs/SARs-последовательности являются границами структурно-функциональных единиц эукариотических хромосом. Однако имеющиеся примеры обнаружения MARs/SARs не только по флангам гена, но и в интронах противоречат этой гипотезе и свидетельствуют о необходимости дальнейшей экспериментальной проверки.

Предложена модель топологической организации рДНК и связанных с ней белков транскрипционного комплекса в структуре ядрышкового организатора (ЯОР), согласно которой активные копии рДН К локализованы в больших петлях. Эти петли прикреплены к хромосомному скэффолду, а снаружи как бы покрыты «шапкой» из белков транскрипционного комплекса. Плотно упакованные петли состоят из неактивных копий рДН К. Согласно одной из гипотез, мультикопийный комплекс рибосомных генов у животных состоит из генов четырех типов: активно-транскрибируемых, потенциально активных (не транскрибируемых в данном типе клеток), неактивных и молчащих.

структура хромосом

Прочную связь с ядерным матриксом имеют активные и потенциально-активные повторы; непрочную, разрушаемую протеазным гидролизом, -неактивные копии. В интерфазном ядре неактивные копии обнаруживаются в фибриллярном центре ЯОР, а молчащие - вне ядрышка. Неактивные копии слабо метилированы и в основном в области 18S-цистрона, в то время как «молчащие» копии интенсивно метилированы по всей длине транскрибируемых областей генов. Метилирование ДНК является одним из механизмов инактивации различных генов, в том числе и рибосомных. Показано, что неактивные копии рДНК обладают нуклеосомной организацией, тогда как активные — лишены нуклеосом.

Эукариотическая хромосома состоит из эухроматина и гетерохроматина. Этот термин известен с 1930-х годов, когда Э. Хайц открыл окрашивающиеся гранулы в интерфазных ядрах, сохраняющие свое компактное состояние на протяжении всего клеточного цикла. Эти структуры были названы гетерохриматином.

По расположению в хромосоме и по тому времени, в котором эта часть хроматина находится в компактном состоянии, различают гетерохроматин двух типов: конститутивный и факультативный. Факультативный гетерохроматин представлен, например, одной из двух Х-хромосом человека, отцовским набором хромосом у кокцид (семейство божьих коровок). Одна из двух Х-хромосом человека, плотно упакованная, находится при ядерной мембране в виде телец Барра на стадии интерфазы. Конститутивный гетерохроматин локализован в прицентромерных и теломерных участках хромосом. Химическая структура его известна. Он состоит из различных фракций как умеренных, так и многократно повторяющихся последовательностей.

Функции гетерохроматина пока еще недостаточно изучены. Возможно, он играет структурную роль, поскольку расположен рядом с центромерой. Очевидно, что хромосомные перестройки, как правило, затрагивают именно гетерохроматин. Вот почему локализация в гетерохроматиновых участках структурных генов с уникальными последовательностями могла бы привести к увеличению частоты мутаций. Изменение же структуры отдельных рибосомных генов в гетерохроматиновых районах не столь катастрофично из-за умеренного повторения этих генов в геноме. С другой стороны, кроссинговер в гетерохроматиновых районах затруднен, что снижает вероятность неравного кроссинговера, а, следовательно, образование дупликаций и делеций по рибосомным генам. Наличие внутривидового и межвидового полиморфизма по блокам сателлитной ДНК в районе центромеры свидетельствует о том, что эти изменения не столь важны для ее функционирования.

В 70-ые годы было высказано предположение, что отличительные свойства гетерохроматина обусловлены спецификой его белковых компонентов, поскольку были найдены гены, мутации которых подавляют или усиливают инактивацию эухроматиновых генов, попавших в зону гетерохроматина. Как показали дальнейшие исследования, большое значение имеют различные варианты пострансляционной модификации гистонов, такие как гипоацешлирование и метилирование. В процессе гетерохроматизации участвуют также негистоновые белки типа НР1.

Эухроматин обладает следующими отличительными признаками, которые не свойственны гетерохроматину:
• на препаратах имеет более светлую окраску нежели гетерохроматин;
• состоит, в основном, из генов с индивидуальной последовательностью оснований;
• реплицируется раньше гетерохроматиновых районов;
• реже участвует в хромосомных перестройках нежели гетерохроматин;
• в отличие от конститутивного гетерохроматина не обладает свойствами соматической конъюгации.

- Читать далее "Строение политенных хромосом. Структура хромосом типа ламповых щеток."

Оглавление темы "Строение хромосом и генов.":
1. Структура и определение гена. История изучения гена.
2. ДНК. Строение и структура ДНК. Свойства ДНК.
3. Передача генетической информации в клетке. Репликация молекулы ДНК.
4. Что такое геном? Организация генома бактерий.
5. Плазмиды бактерий. Мигрирующие генетические элементы бактерий.
6. Геном РНК вирусов. Особенности генома РНК вирусов.
7. Эукариотический геном. Повторы или избыточность генома.
8. Хромосома и хроматин. Упаковка генетического материала в хромосоме.
9. Структура хромосом. Эухромотин. Гетерохромотин.
10. Строение политенных хромосом. Структура хромосом типа ламповых щеток.

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: