Структурная организация хроматина и хромосом эукариот
В настоящее время различают три уровня структурной организации хроматина у эукариот: 1) нуклеосомная фибрилла; 2) соленоид, или нуклеомер; 3) петельно-доменная структура, включающая хромомеры.
Нуклеосомные фибриллы. Упакованная при помощи гистонов ДНК имеет вид бусин, называемых нуклеосомами. 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, которые расположены как бусы на нитке. Эти фибриллярные структуры рассматриваются в качестве низшего уровня компактизации ДНК в хроматине эукариот. Нуклеосомы, входящие в состав фибрилл, расположены более или менее равномерно вдоль молекулы ДНК на расстоянии 10–20 нм друг от друга.
Каждая нуклеосома включает около 200 пар оснований ДНК и по 2 молекулы гистонов Н2А, Н2В, Н3 и Н4. Большая часть ДНК намотана на гистоновый кор, а остальная часть – линкер, или межнуклеосомная ДНК – соединяет соседние нуклеосомы и обеспечивает гибкость хроматиновой нити (рис. 3.1) .
Рис. 3.1. Строение волокон хроматина. Комплекс, состоящий из 8 молекул гистонов, обвитый ДНК называется нуклеосомой
Данные по структуре нуклеосом в основном получены с использованием трех методов: рентгеноструктурного анализа низкого и высокого разрешения, межмолекулярных сшивок белок–ДНК и расщепления ДНК в составе хроматина с помощью нуклеаз или радикалов гидроксила.
На электронных микрофотографиях хроматина видны находящиеся друг за другом группы бусин диаметром около 100 Å, соединенные между собой тонкой нитью. При дифракции рентгеновских лучей на нитях хроматина также виден повтор длиной 100 Å. Нейтронная дифракция показывает, что ДНК расположена снаружи нуклеосомы.
Если в растворе свободную ДНК можно расщепить по любой ее фосфодиэфирной связи с помощью панкреатической ДНКазы I или микрококковой нуклеазы, то ДНК в хроматине, за исключением нескольких участков, защищена от гидролитического действия нуклеаз. На электрофореграммах после расщепления хроматина видна лесенка из четко выраженных полос. В этих фрагментах содержатся участки ДНК, кратные основному повтору в 200 пар оснований. Число сферических частиц во фрагменте хроматина равно числу 200-парных повторов. Бусина, видная на электронной микрофотографии, соответствует нуклеосоме, получаемой при нуклеазном гидролизе.
Эксперименты по реконструкции хроматина in vitro показали, что, если добавить гистоны к ДНК аденовируса или вируса SV40, можно получить хроматиноподобную нить. В такой системе реконструкции с нуклеосомой связывается около 200 п.о. ДНК. Кроме того, для образования нуклеосомы необходимо эквимолярное количество гистонов Н2А, Н2В, Н3 и Н4. Если какого-либо гистона не хватает, то образования характерных бусин не происходит. Однако гистон Н1 для реконструкции не нужен. Он расположен ближе к линкерной ДНК вне нуклеосомы. Это согласуется с данными, что Н1 присутствует не во всех нуклеосомах эукариотических клеток.
На основе 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 – Н2A и Н2B (по две молекулы каждого). Последовательность расположения гистонов вдоль молекулы ДНК имеет вид Н1 – Н2А – Н2В – (Н4, Н3)2 – Н2В – Н2А – Н1. Структуру, состоящую из гистонового октамера и навитой на него ДНК, называют также нуклеосомной коровой частицей. Кор-частица выглядит как плоский диск диаметром 11 нм, толщиной ~5,5 нм, с осью симметрии 2-го порядка, на внешнюю поверхность которого навита двойная спираль В-ДНК, образующая 1,75 витка левой суперспирали. Коровые частицы отделены друг от друга сегментами линкерной ДНК переменной длины (0–80 нуклеотидных пар), связанной с гистоном H1. Гистон H1, более крупный, чем другие гистоны, связывается с ДНК в месте ее входа на нуклеосому. Нуклеосому вместе с H1 называют хроматосомой. Общая длина участка ДНК, включенного в нуклеосому животных, составляет 200 (15) пар оснований.
Последовательность из нуклеосом, соединенных белком H1, называется нуклеофиламентом (nucleofilament), или нуклеосомной нитью или фибриллой. Для фибриллы диаметром 10 нм предложена модель "бусы на нитке" со специфичным по отношению к нуклеотидной последовательности ДНК расположением нуклеосом (так называемым фазированием).
Нуклеосома – первый уровень конденсации ДНК. Участок ДНК 200 п. о. в растворе имеет длину 680 Å, а в нуклеосоме это частица диаметром ~100 Å. Степень конденсации ~7.
Достарыңызбен бөлісу: |
