Рост растений и дефференцировка -
Скачать (прямая ссылка):
Экспрессия генов и детерминация клеток в развитии
463
Рис. 13.7. Матричные активности ДНК (-0 и нуклеогистока (II) из Pisutn sativum (горох огородный). (J. Bonner, The Molccular Biology of Development, Clarendon Press, Oxford.)
ДИК и нуклеогистон использовали в качестве матриц в реакционной смеси, содержащей радиоактивную АТФ и иерадиоактивиые ГТФ, ЦТФ и УТФ, а также необходимые кофакторы плюс РНК-полимеразу. О скорости синтеза РНК судили по включению радиоактивности в кислотонерастворимые продукты.
сильно увеличивается (рис. 13.7). При реконструкции хроматина из депротеинизированпой ДНК путем добавления к ней гн-стоиов и кислых белков скорость транскрипции вновь снижается до исходного уровня, характерного для нативного хроматина. Если добавить только гистоны, транскрипция почти полностью подавляется, а если добавить также и кислые белки, то восстанавливается исходная матричная активность. Таким образом, представляется вероятным, что гистоны оказывают песпецифи-ческий маскирующий эффект, а присутствие кислых белков ослабляет это маскирующее влияние. Было высказано предположение, что гистоны, взаимодействуя с ДНК, вызывают ее су-персиирализацшо, в результате чего она приобретает компактную структуру и становится недоступной для РНК-полимеразы. Кислые белки могут предохранять ДНК от гистонов, и она становится более доступной для транскрипции.
Как мы уже говорили (с. 450), комплекс ДНК с гистонами в хроматине организован в частицы, называемые нуклеосомами. По некоторым данным, нуклеосомы в транскрибируемых учасг-ках генома находятся в ином состоянии, чем неактивные нуклеосомы,— они могут быть «открыты», или развернуты
В интерфазиом (покоящемся) ядре большая часть хроматина лишь слегка окрашивается цитологическими красителями, но там часто можно различить области, которые окрашиваются явно лучше. Этот хорошо окрашивающийся материал называют гетерохроматином в отличие от плохо окрашивающегося эухро-матина. Полагают, что в области гетерохроматина ДНК оста-1
464
Глава 13
ется скрученной• (спирализованной) во время интерфазы, тогда как остальной хроматин деспирализуется. Имеются убедительные данные, что гены в гетерохроматине не активны. Так, половые X- и Y-хромосомы могут быть в зоне гетерохроматина в соматических1 клетках, и в этих случаях их гены ие работают, но они активируются при дифференцировке гамет. Таким образом, в гетерохроматине, очевидно, инактивируются крупные блоки генов, а процесс спирализации и деспнрализации хромосом, по-вндимому, является способом грубой регуляции экспрессии генов.
До сих пор наша дискуссия опиралась на гипотезу, что дифференциальная активность генов при развитии может регулироваться на уровне транскрипции путем маскирования и демаскирования определенных участков генома, т. е. путем изменения матричной активности. Однако можно допустить и существование других механизмов регуляции транскрипции. Так, эукариоты содержат ряд РНК-полимераз с различными свойствами и субклеточной локализацией. У высших растений митохондрии И хлоропласты обладают особыми РНК-полнмеразами, а в ядре имеются по меньшей мерс два различных типа этих ферментов. РНК-полимеразы микроорганизмов являются сложными белками, состоящими из нескольких полипептидных цепей, называемых альфа-, бета- и сигма-цепями. Сигма-фактор узнает место инициации транскрипции на ДНК. У прокариот было идентифицировано несколько сигма-факторов, каждый из которых придает иную специфичность минимальному ферменту. Таким образом, избирательная регуляция транскрипции определенных участков генома у эукариот может в какой-то мере обеспечиваться специфичностью работы РНК-полимераз.
13.9. РЕГУЛЯЦИЯ ПРОЦЕССИНГА ЯДЕРИОН РНК
Большинство гипотез регуляции экспрессии генов у эукариот основывается на модели оперона Жакоба и Моно, разработанной для регуляции экспрессии генов у бактерий. Общепризнано, что дифференциальная активность генов у эукариот определяется избирательной транскрипцией определенных участков генома, так что в любой данной ткани одни гены активны, а другие нет. Возможно, это происходит вследствие избирательного маскирования и демаскирования различных областей генома, о которых мы говорили в предыдущем разделе. Однако недавно Бриттен и Дэвидсон предложили совсем другую модель регуляции активности генов, которая не требует избирательной активации или подавления структурных генов в различных тканях.
Бриттен и Дэвидсон обратили внимание на то, что в ядерной РНК (яРНК) присутствует большое количество уникальных
Экспрессия генов и детерминация клеток в развитии
465
последовательностей, но только небольшая их фракция представлена в цитоплазме данной клетки в виде мРНК. Кроме того, если.набор мРНК обычно специфичен для данной ткани, то эти последовательности, как правило, присутствуют в гетерогенной ядер ной РНК в клетках всех типов. Это означает, что в ядре каждой дифференцированной клетки имеются не только все гены, когда-либо используемые в организме, по также и транскрипты всех или большинства из этих генов.
