Биохимия клеточного цикла - Вольпе П.
Скачать (прямая ссылка):
T—r~yr
5 10 15 20 25
Ноет циклГ"\./"-’' - 29-
5 10 15 20 25 Номера фракций
то I
'-4000 >
Рис. 19. Исследование в сахарозном градиенте разных типов РНК из клеток HeLa, находящихся в различных фазах клеточного цикла [59]* Периоды инкубации с 3Н-уридииом — 50 мин, с интервалами 1 ч. Слева — распределение оптической плотности в сахарозном градиенте; видны пики 4S-tPHK, 18S-pPHK и 28S-pPHK. Справа — радиоактивность этих же РНК, а также предшественников рибосомальной РНК (45S и 32S). В середине на вертикальной линии указаны часы
митотического цикла.
А
G2 М
Б
Gz М
Of
§
1- *
1- Я У4*А/;:
f _ 26 “ I
Т_. 1 1 1 .. 1 ........ 1 J...... J_.-, 1 Т
I
I
I
1
1
1
8 12 16
8 12 16
Рис. 20. Относительное содержание РНК 4S, 18S и 28S в одной клетке (Л) и скорость их синтеза (Б) на протяжении жизненного цикла
клеток HeLa [59].
рибосомальной 45S-PHK во вновь образовавшейся молодой клетке.
На рис. 20 показаны количественные изменения трех основных классов РНК в расчете на одну клетку и скорость их синтеза в периоды интеркинеза и митоза. В то время как относительное содержание 4S-, 18S- и
28S-PHK остается на протяжении клеточного цикла примерно одинаковым (рис. 20, Б), скорость их синтеза значительно изменяется. Удивительно то, что синтез 4S-PHK (тРНК) варьирует параллельно с образованием 18S-рРНК, а накопление двух рРНК— 18S и 28S — изменяется независимо (рис. 20, ?).
На рис. 21 показано поведение в течение митотического цикла 45S-pPHK (предшественника 18S- и
S A? Gf
—¦ ........И ~
Часы клеточного цикла
Рис. 21. Отношения между синтезом и созреванием рибосомальной РНК в течение митотического цикла клеток HeLa [59]. А. Удельная радиоактивность 45S-pPHK. />. Удельная радиоактивность 32S-pPHK (промежуточного продукта между 45S- и 28S-pPHK).
28S-pPHK) и 32S-pPHK (предшественника 28S-pPHK). В фазе Gi транскрипция 45S-pPHK идет быстрее, чем ее созревание (рис. 21, Л); напротив, в фазах S и G2 скорость созревания выше скорости синтеза (рис. 21, Б).
В связи с этими данными возникают некоторые соображения относительно так называемого «эффекта дозы» гена [60].
Как известно, у бактерий большему количеству ДНК соответствует больший объем транскрипции [61]. У эукариот это, по-видимому, не всегда так [1, 59]. В фазе Gi, когда набор ДНК в клетке диплоидный, транскрипция гена 45S-pPHK происходит в относительном избытке (рис. 21, Л), а в фазе G2, когда набор ДНК тетраплоид-ный, общая скорость транскрипции снижается относительно процессинга (рис. 21, ?). Не означает ли это, что транскрибируются только те гены рРНК, которые находятся в старых цепях ДНК, а не в новых [59]? Может быть, в фазе G2 транскрипция новых цепей затруднена в результате специфического взаимодействия ДНК с пистонами, которых в Gi еще нет, так как они образуются в фазе S?
Общая картина транскрипции и созревания различных классов РНК, в частности рибосомальной РНК, на протяжении клеточного цикла представлена на рис. 22 в форме «орбит» [1]. Синтез 45S-pPHK достигает максимума в фазе Gb а образование 32S-pPHK — в фазе G2. 28S-pPHK, предшественником которой служит 32S-pPHK, образуется равномерно в течение всего цикла. Между тем в выработке 18S-pPHK из 458-предшественника имеется два максимума — ранний, в начале фазы Gi, и поздний — на границе фаз S и G2. Таким образом, кинетика образования 18S- и 28S-pPHK из 45S-pPHK различна.
Как уже говорилось, удивителен и пока остается без объяснения параллелизм между «орбитами» рибосомальной 18S-PHK и транспортной 4S-PHK.
Рассматривая на рис. 22 всю систему орбит, трудно не восхищаться гармоничностью хода событий на протяжении клеточного цикла. Жизнь клетки представляется строго организованной: в самом начале фазы Gi, по-видимому, активируется синтез рРНК-полимеразы; при переходе в фазу S образование этого фермента как будто репрессируется и в то же время начинает действовать ДНК-полимераза; в фазах S и G2 происходит процессинг рибосомальной РНК.
Рис. 22. «Орбитальная» модель распределения процессов синтеза и созревания рибосомальной РНК в течение митотического цикла клеток HeLa [1]. Клеточный цикл представлен последовательностью фаз Gi, S, G2 и М. Время (в часах) указывают радиусы, сходящиеся к круговой оси абсцисс, которая подразделена на соответственные фазы цикла. Ординаты отложены на тех же радиусах (масштаб дан внизу слева) и соответствуют удельной радиоактивности (для разных типов РНК). Стрелками указаны следующие моменты цикла: регуляция двух полимераз —¦ для рРНК (/ и 2) и для ДНК (5); регуляция ферментов, катализирующих превращение 32S- в 28S-pPHK (4 и 5) и 20S- в 18S-pPHK (6 и 7). Внешние «орбиты» вокруг абсциссы соответствуют следующим РНК (от центра к периферии): 28S, 4S, 18S, 32S и 45S. Под «орбитой» подразумевается процесс, происходящий в течение клеточного цикла асимметрично по отношению к фазе М.
