КОМПАКТИЗАЦИЯ ДНК И СТРУКТУРА ХРОМАТИНА.
Суммарная длина ДНК в клетках человека составляет около 2 м. Диаметр ядра клетки — порядка 7 мкм. Если учесть, что каждая хромосома представлена отдельной молекулой ДНК, уровень компактизации ДНК составляет более 6000 раз.
Первый уровень компактизации ДНК - нуклеосомный. Если подвергнуть действию нуклеазы хроматин, то ДНК подвергается распаду на регулярно повторяющиеся структуры. Эти повторяющиеся структуры представляют собой 8 молекул белков-гистонов (октамер) и намотанную на этот октамер ДНК. Такая сложная нуклеопротеидная частица получила название нуклеосомы. В ней гистоны образуют белковую основу-сердцевину, по поверхности которой располагается почти 2 витка ДНК.
Этот уровень компактизации иногда называют «бусины на нитке», где бусины — это нуклеосомы, а нитка — это ДНК. Диаметр нуклеосомы около 11 нм. Первый, нуклеосомный, уровень компактизации хроматина играет регуляторную и структурную роль, обеспечивая плотность упаковки ДНК в 6—7 раз.
Второй уровень компактизации—30 нм фибрилла. В митотических хромосомах и в интерфазных ядрах выявляются фибриллы хроматина с диаметром 25—30 нм. Выделяют соленоидный тип укладки нуклеосом: нить плотно упакованных нуклеосом диаметром 10 нм образует витки с шагом спирали около 10 нм. На один виток такой суперспирали приходится 6—7 нуклеосом. В результате такой упаковки возникает фибрилла спирального типа с центральной полостью. Хроматин в составе ядер имеет 25-нм фибриллы, которая состоит из сближенных глобул того же размера — нуклеомеров. Эти нуклеомеры называют сверхбусинами («супербиды»). Основная фибрилла хроматина диаметром 25 нм представляет собой линейное чередование нуклеомеров вдоль компактизованной молекулы ДНК. В составе нуклеомера образуются два витка нуклеосомной фибриллы, по 4 нуклеосомы в каждом. Нуклеомерный уровень укладки хроматина обеспечивает 40-кратное уплотнение ДНК. Нуклесомный и нуклеомерный (супербидный) уровни компактизации ДНК хроматина осуществляются за счет гистоновых белков.
Петлевые домены ДНК—третий уровень структурной организации хроматина — хромомерный. В высших уровнях организации хроматина специфические белки связываются с особыми участками ДНК, которая в местах связывания образует большие петли, или домены. В некоторых местах есть сгустки конденсированного хроматина, розетковидные образования, состоящие из многих петель 30 нм-фибрилл, соединяющихся в плотном центре. Средний размер розеток достигает 100—150 нм. Розетки фибрилл хроматина—хромомеры. Каждый хромомер состоит из нескольких содержащих нуклеосомы петель, которые связаны в одном центре. Хромомеры связаны друг с другом участками нуклеосомного хроматина. Такая петельно-доменная структура хроматина обеспечивает структурную компактизацию хроматина и организует функциональные единицы хромосом — репликоны и транскрибируемые гены.
Более плотная упаковка ДНК (хроматидный и хромосомный уровень) достигается за счет дальнейшей компактизации хромомеров и наблюдается в делящихся клетках — в них хромосомы настолько плотны, что становятся видны в световой микроскоп как отдельные образования. В неделящейся клетке хромосомы деспирализованы (деконденсированы), границ между ними не видно, и их диффузный материал называется хроматином.
На электронной микрофотографии в растительной клетке видны более тёмные и плотные участки гетерохроматина и более светлые, рыхлые участки эухроматина. Эухроматин транскрипционно активен, геторохроматин — в основном молчащие участки ДНК, а также теломеры и центромеры — структурные элементы хромосом, не содержащие генов. Центромерные и теломерные участки относятся к облигатому (обязательному) гетерохроматину. Факультативный гетерохроматин может образовываться или не образовываться в данной области ДНК в том или ином типе клеток – СЛОЖН
ХРОМАТИН (греч. χρώματα — цвета, краски) — это вещество хромосом, представляющее собой комплекс ДНК, РНК и белков. Хроматин находится внутри ядра клеток эукариот и входит в состав нуклеоида у прокариот. Именно в составе хроматина происходит реализация генетической информации, а также репликация и репарация ДНК[1].
До 25—40% сухого веса хроматина составляют гистоновые белки[2]. Гистоны являются компонентом нуклеосом, надмолекулярных структур, участвующих в упаковке хромосом.
ПОЛИТЕННЫЕ ХРОМОСОМЫ
Полите́нные хромосо́мы — гигантские интерфазные хромосомы, возникающие в некоторых типах специализированных клеток в результате двух процессов: во-первых, многократной репликации ДНК, не сопровождаемой делением клетки, во-вторых, боковой конъюгации хроматид. Клетки, в которых есть политенные хромосомы, теряют способность к делению, они являются дифференцированными и активно секретирующими, то есть, политенизация хромосом является способом увеличения числа копий генов для синтеза какого-либо продукта. Политенные хромосомы можно наблюдать у двукрылых, у растений в клетках, связанных с развитием зародыша, у инфузорий при формировании макронуклеуса. Политенные хромосомы значительно увеличиваются в размерах, что облегчает их наблюдение и что позволяло изучать активность генов ещё в 1930-е годы. Принципиальным отличием от других типов хромосом является то, что политенные хромосомы являются интерфазными, тогда как все остальные можно наблюдать только во время митотического или мейотического деления клетки
ХРОМОСОМЫ ТИПА «ЛАМПОВЫХ ЩЕТОК»
Хромосомы типа ламповых щеток, впервые обнаруженные В. Флеммингом в 1882 году, — это специальная форма хромосом, которую они приобретают в растущих ооцитах (женских половых клетках) большинства животных, за исключением млекопитающих
Хромосомы типа ламповых щёток производят огромное количество РНК, синтезируемой на латеральных петлях. Каждая латеральная петля всегда содержит одну и ту же последовательность ДНК и остаётся в вытянутом состоянии на протяжении всего роста ооцита, вплоть до начала конденсации хромосом. Латеральная петля может содержать одну или несколько транскрипционных единиц с поляризованным РНП-матриксом, покрывающим ДНП-ось петли [3][4][7]. Вместе с тем, большая часть ДНК остается в конденсированном состоянии и организована в хромомеры в осях хромосом типа ламповых щёток.
Благодаря гигантским размерам и выраженной хромомерно-петлевой организации, хромосомы типа ламповых щёток на протяжении многих десятилетий служат удобной моделью для изучения организации хромосом, работы генетического аппарата и регуляции экспрессии генов во время профазы мейоза I [3]. Кроме того, хромосомы этого типа широко используются для картирования последовательностей ДНК с высокой степенью разрешения, изучения феномена транскрипции некодирующих белки тандемных повторов ДНК, анализа распределения хиазм и др.[4].
