Молекулярная биология, избранные разделы - Ашмарин И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Обратимся теперь к редупликации хроматина у многоклеточных. Общим в механизмах редупликации хромосом бактерий и высших организмов является синтез из фрагментов, сшиваемых затем лигазами по упоминавшейся уже схеме на рис. 45. Много указаний и на связь с ядерной мембраной в зоне начала редупликации. Важнейшее же отличие состоит в следующем (Hearst, Botchan, 1970). Хромосомы высших организмов разделены на репликативные единицы размером порядка 7—30 мкм (в расчете на длину биспиральной ДНК). Редупликация может начинаться и завершаться в пределах этих единиц параллельно. У бактерий же волна редупликации последовательно проходит всю хромосому,— иначе говоря, у них вся хромосома может рассматриваться как единица редупликации. Очевидно, это отличие обусловлено очень большими размерами хромосом высших организмов. Если бы редупликация совершалась последовательно от одного конца хромосомы к другому, то это заняло бы слишком много времени — многие месяцы даже при той линейной скорости процесса, которая наблюдается у бактерий. В хромосомах же высших организмов скорость редупликаций каждой из единиц, хотя и ниже, чем у бактерий, но все же достаточно велика — около 2 мкм!мин. Два наиболее вероятных варианта схем редупликации ДНК хромосом эукариотов представлены на рис. 47.
В хромосомах высших организмов белковые компоненты представлены гораздо шире и участвуют в качественно новых процессах передачи наследственной информации — эпигеномных. Поэтому, описывая редупликацию хромосом многоклеточных, нельзя квалифицировать удвоение белковых компонентов хроматина как второстепенный по значимости процесс синтеза подсобных элементов системы. Пока мы не располагаем вполне удовлетворительными объяснениями того, каким образом при редупликации одной и тойже ДНК в клетках разных тканей воспроизводятся разные, строго определенные для каждой ткани, наборы репрес-
Ядерная мембрана
Т I и
Модель А Ядерная мембрана
и I
соров (или активаторов) и повторяется их диспозиция вдоль ДНК. Новорожденная ДНК одевается в белковую одежду, характерную для данной ткани, еще в процессе рождения, причем различия одежды состоят не только в наборе компонентов, но и в расположении однотипных компонентов, обуславливающих транскрипцию только определенной части генов.
Можно полагать, что расположение белков вдоль материнской ДНК оказывает влияние на последовательность присоединения новых белков к дочерним нитям ДНК. На эту мысль наводят данные о том, что при торможении синтеза белков циклогекси-мидом гистоны материнской хромосомы остаются на материнской ДНК, а не распределяются между старой и новой нитями. Отметим чрезвычайную консервативность и ритмичность обмена важнейших белковых компонентов хроматина. Гистоны синтезируются синхронно с редупликацией ДНК: либо с небольшим опережением, либо одновременно (Prescott, 1966, и др.). В интенсивно размножающихся культурах животных клеток на протяжении большого числа клеточных генераций не удается отметить изменений отношения скоростей включения аминокислот в гистоны и нуклеотидов в ДНК. Не выявлено значительных различий и вскорости синтеза отдельных фракций гистонов (Hancock, 1969). Если ДНК не редуплицируется, то интенсивность обновления гистонов очень невелика— значительно ниже, чем у многих других белков клетки. Так, в ткани мозга период полураспада гистонов достигает 52 дней (Piha, Waelsch, 1964), причем в этом случае интенсивность обновления разных фракций может быть неодинаковой. Разумеется, некоторое обновление все же идет и в тканях, клетки которых не делятся, видимо, для восполнения небольшой доли молекул, повреждаемых при функционировании генома в различных условиях. Однако в таких тканях можно отметить небольшое обновление и столь консервативного соединения, как ДНК, — опять-таки за счет репарации отдельных повреждений. Интересно, что жесткое сопря-
Модель Б
Рис. 47. Модели прикрепления хромосом эукариотов к ядерной мембране и расположения мест инициации и терминации синтеза ДНК-
И — место инициации; Т — место терминации (по Hearst, Botchan, 1970).
жение синтеза ДНК и гистонов достигается при условии, что образование последних (по крайней мере, части из них), происходит вне ядра — в так называемых малых полисомах, состоящих лишь из 3—7 рибосом (Моа, Nemer, 1971). Естественным является предположение, что существует особый механизм такого сопряжения. Быстрый синтез большого количества гистоновых белков обеспечивается наличием сотен повторяющихся генов. С другой стороны, быстрое выключение синтеза по миновании надобности достигается за счет относительно малого периода полураспада гистоно-вой мРНК — около одного часа (Borun et al., 1967).
Синхронным синтезом гистонов объясняют то обстоятельство, что процесс редупликации ДНК хроматина не продолжается на дочерних молекулах и ограничивается лишь удвоением исходной (Goulian, 1971).
Что касается биосинтеза негистоновых белков хромосом, то суждения о нем пока крайне затруднены пестротой этой группы и даже сомнениями в принадлежности части из них к хроматину. Можно лишь полагать, что синтез тех негистоновых белков, которые непосредственно связаны с процессами эпигеномной наследственности, подчиняется не менее строгим закономерностям, чем синтез гистонов. В то же время синтез репрессоров или дерепрессо-ров, обеспечивающих реакции генома клетки на меняющиеся условия жизнедеятельности, может не быть синхронным с синтезом ДНК. Понятно поэтому, что в неделящихся клетках обновление негистоновых белков в целом протекает интенсивнее, а в размножающихся приближается по скорости к синтезу гистонов (Stellwa-gen, Cole, 1969).
