В результате упаковки (спирализации) каждой петли образуются

Нм

Диаметром 30 нм

Н1 с нуклеосомой

При этом образуется глобула, из 6 нуклеосом (сверхбусина), которая составляет один виток спирали по типу соленоида ( рис.86 ).

Рис.86. Структура нити хроматина

Такая структура называется элементарная хроматиновая фибрилла или нуклеомер; имеет диаметр 30нм и длину 1,2мм. Уровень компактизации составляет 40 раз (рис.87). На один нуклеомер приходится 1600 н.п.

а

б

Рис. 87. Элементарная хроматиновая

фибрилла – нуклеомер: а – нуклеосома,

б - спираль ДНК (Из: Ярыгин.2000)

Хромомеры и хромонемы. Следующий уровень структурной компактизации ДНК связан с укладкой хроматиновой фибриллы в петли (рис.88). Соленоидная хроматиновая фибрилла складывается в петли разной длины. В образовании петель участвуют негистоновые белки, которые способны узнавать специфические последовательности ДНК (SAR- последовательности), отдаленные друг от друга на расстоянии в несколько тысяч пар нуклеотидов. Эти белки образуют остов (scaffold), который связывается SAR-последовательностями ДНК (scaffold attachment regions) и, сближая их, образует петли (рис.88).

Рис.88. Петлевой уровень организации хроматина .

Каждая петля содержит от 20 до 80 тыс. пар нуклеотидов, что может соответствовать одному или нескольким генам и называется петлевой домен. В интерфазном ядре такие петли связаны с сетчатым белковым образованием, расположенным внутри ядерной оболочки и называемым ядерным матриксом, ламиной или ядерной пластинкой (рис.89).

Рис. 89. Схема ядерной мембраны (СЯМ – сетчатый ядерный матрикс) (Из: Фаллер, 2003)

Белки ядерного матрикса называются ламины. Они соединяются с хроматином на участках ДНК, которые называются МАR-последова- тельностями (matrix attachment regions) (рис.90).

Рис. 90. Модели прикреплений оснований петель в ядерном матриксе

(точки - МАR-последовательности ДНК, соединяющиеся с белка-

ми матрикса; серый тон – слой белков матрикса (Из: Жимулев,2007)

В результате такой спирализации хроматиновая фибрилла диаметром 30нм преобразуется в структуру диаметром 300нм, называе- мую и нтерфазной хромонемой. Отдельные участки хромонемы подвергаются дальнейшей компактизации: соседние петли объединяются в структурные блоки в виде розеток ( рис.91), которые, спирализуясь, образуют компактные тельца (0,1-0,20мкм.) - хромомеры. Хромомеры -

Рис. 91. Спирализация хромонем с образованием розетковидных участков:

А – хроматиновая фибрилла диаметром в 30 нм; Б – одна петля фиб-

риллы диаметром 30 нм(а); розетка из петель фибриллы дм 30нм(б);

компактные тельца – хромомеры (в); диаметр нити составляет 50 нм

(Из: Захаров и др., 1982)

небольшие, сильно окрашивающиеся тельца, различающиеся по форме и раз- меру образуются за счет сильной компактизации ДНК; число и рисунок хромомер у данного организма на данной стадии клеточного цикла одинаковы и постоянны (рис.92).

Петлевые домены и хромомеры расположены неравномерно. Неодинаковая степень спирализации разных участков хромосом имеет большое значение; в зависимости от степени спирализации выделяют эухроматин и гетерохроматин.

Рис. 92. Хромомеры хромосомы XII тритона: а – в нитях хромосом клеток Allium cepa; б) в нитях сестринских хроматид (черные точки)

Эухроматин – это участки хроматина, имеющие меньшую степень спирализации в неделящихся клетках; на препаратах выглядят как более светлые участки. Эухроматинявляется активной областью хроматина, здесь постоянно идет транскрипция ДНК. На время митоза эти участки сильно спирализуются и транскрипция с них прекращается.

Гетерохроматин ( рис.93 ) – это сильно спирализованные, компактно конденсированные, неактивные участки хроматина. Транскрипция биологической информации в их пределах не происходит. Чаще всего гетерохроматин располагается в прицентромерных, иногда в теломерных участках хромосом или, весьма редко, как вкрапления в эухроматине. Такой гетерохроматин называется интеркалярным. В световом микроскопе он виден в виде глыбок или гранул. Часть гетерохроматина прилежит к кариолемме (примембранный хроматин), часть сосредоточена вокруг ядрышек (перинуклеарный хроматин).

Рис.93. Гетерохроматин в интерфазном ядре (Из: Ярыгин, 2000)

Различают два вида гетерохроматина: конститутивный и факультативный. Конститутивный гетерохроматин – это хроматин, с которого ни в одной клетке никогда не идет считывания информации в виде мRНК. Расположен в прицентромерных и теломерных областях хромосомы. Его роль заключается:

1- в поддержании структуры ядра;

2- прикреплении хроматина к ядерной оболочке;

3- узнавании гомологичных хромосом в мейозе;

4- участие в в регуляции активности генов и разделении соседних генов.

Факультативный гетерохроматин – это участки хроматина, спирализация (конденсация) которых служит механизмом выключения из активной функции генов, транскрипция которых не трбуется в клетках определенной специализации. Его практически нет в эмбриональных клетках, по мере их дифференциации количество этого хроматина увеличивается. Другим примером является одна из двух Х-хромосом женского пола, которая платно упакована в виде телец Бара (тельца полового хроматина). Гены этой хромосомы не транскрибируются. Образование хромонемы и хромомер укорачивают длину ДНК в 1000 раз.

Петельно – доменная структура хроматина имеет диаметр 300 нм и является интерфазной хромосомой. Её последующая спирализация ведёт к образованию хроматиды с диаметром 600-700 нм.

Последняя степень спирализации (в 7000 раз) происходит в профазе митоза; в результате образуется метафазная хромосома с диаметром 1400нм. Укладка хроматиновой нити на этой ступени спирализации представляет собой её многократное складывание по длине хромосомы (рис.94).

Рис. 94. Схема метафазной хромосомы (Из: Хадорн, 1988):

А) 1 - центромера с кинетохором; 2 – гетерохроматин; 3 – эухроматин;

4 - вторичная перетяжка; 5 – спутник;

Б) участок с более сильным увеличением (сверхспирализация)

Этот процесс начинается в профазе митоза, достигает максимального выражения в метафазе. В телофазе митоза происходит декомпактизация (деспирализация) вещества хромосомам, что приводит к восстановлению интерфазного хроматина.

Степень компактизации хроматина в разные этапы клеточного цикла представлена в таблице 8 и рисунке 95.

Рис.95.Уровни компактизации хроматина: А - организация хромосомного материала. Уровни ДНК-гистоновой организации изображены в порядке возрас- тания сложности (из: Клаг, 2009); Б - степень компактизации разных уровней организации ДНК (по: Russell,1998 – из: Жимулев,2009)

Таблица 8

Дата добавления: 2015-06-04