Нейрохимия - Ашмарин И.П.
ISBN 5-900760-02-2
Скачать (прямая ссылка):
Недавно стабильность ДНК в клетках коры мозжечка человека исследовали по соотношению в ней природных изотопов углерода. Оказалось, что основная масса ДНК в этих клетках чрезвычайно стабильна (время ее полужиз-ни — более 71 г). Ясно, что если метаболическая ДНК в мозге человека и существует, она составляет ничтожно малую от суммарной ДНК долю.
1.4. ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ХРОМАТИНА В НЕРВНЫХ КЛЕТКАХ
Хроматин всех эукариот организован в виде серии повторяющихся нуклеопротеидных частиц — нуклеосом. Каждая нук-леосома состоит из так называемого кора, содержащего октамер пистонов Н2А, Н2В, НЗ, Н4 (по 2 молекулы) и обернутый вокруг него участок ДНК ~14б н.п., а также линкерной области, ассоциированной с гистоном HI, играющим особую роль в соединении нуклеосом друг с другом и в образовании наднуклео-сомных уровней организации хроматина.
Нуклеосомная и наднуклеосомная организации, несомненно, играют важную, хотя и во многом еще не выясненную роль в функциональной активности хроматина. Укладка двуспиральной ДНК в нуклеосоме сопровождается сильными искажениями ее вторичной структуры и кардинально изменяет условия ее взаимодействия с различными регуляторными белками. Пока-
14
зано, что наличие нуклеосом в промоторной области генов препятствует инициации транскрипции РНК-полимеразой II. В то же время наличие нуклеосом в кодирующей области не препятствует элонгации уже инициированных цепей мРНК. Поэтому начальные реакции транскрипции генов in vivo обеспечиваются специальными механизмами, исключающими образование нуклеосом в критических участках промоторной области. В кодирующей же области активно транскрибируемых генов отмечается лишь частичное нарушение нуклеосомной структуры, объясняемое временным вытеснением гистонов движущейся РНК-полимеразой.
Образование локальных наднуклеосомных структур с участием пистона HI, по-видимому, является универсальным са-моподдерживающимся механизмом выключения генов. Исследования последних лет показали также, что тканеспецифическая транскрипция генов обеспечивается сложными взаимодействиями различных негативных и позитивных регуляторов, узнающих специфические последовательности в промоторах индивидуальных генов. Характерными особенностями структуры активных участков хроматина являются: частичное или полное нарушение нуклеосомной и наднуклеосомной организации, присутствие особых вариантов гистонов или их постсинтетическая модификация, существование локальных торзионных напряжений в доменах хроматина и избирательная ассоциация с ящерным матриксом.
Преобладающая часть ядерной ДНК мозга организована в типичную нуклеосомную структуру (В.В.Ашапкин, Б.Ф.Ванюшин, 1984). Однако по сравнению с хроматином печени хроматин мозга более гетерогенен по длине линкерных участков и обладает более разнообразным набором негистоновых белков. Длина нуклеосомных единиц в большинстве эукариотических клеток близка к 200 н.п. Некоторые вариации этой величины связаны с изменчивостью в длине линкерных участков, тогда как с кором нуклеосом всегда ассоциирован фрагмент ДНК длиной 146 н.п. В дифференцированных нейронах неокортекса нуклеосомная ДНК необычно короткая и составляет -160—162 н.п., а клетки неастроцитарной глии неокортекса и нейроны мозжечка имеют обычные по длине нуклеосомы. Переход в нейронах неокортекса к атипично коротким нуклеосомам коррелирует с окончательной дифференцировкой этих нейронов: у кроликов, мышей и крыс он проходит в первую неделю постна-тального онтогенеза, а у более зрелорождающихся морских свинок — между 32-м ч 44-м днями эмбриогенеза. Аналогично, в
15
пренатально дифференцирующихся нейронах гипоталамуса крыс короткие нуклеосомы присутствуют уже за два дня до рождения.
Укорочение нуклеосом не всегда сопровождает процесс морфофункционального созревания нейронов. Например, укорочения не наблюдается при созревании постмитотических нейронов неокортекса, изолированных из мозга 16-дневных эмбрионов крыс и культивируемых на селективной среде до возраста, соответствующего второй неделе постнатального онтогенеза. В мозжечке созревание зернистых нейронов в первый месяц постнатального онтогенеза сопровождается не уменьшением, а даже увеличением длины нуклеосом. Вообще усредненные данные о длине нуклеосом не следует автоматически переносить на всю сложную популяцию нервных клеток. Так, в мозге крыс процесс укорочения нуклеосом характерен только для нейронов глубоких (IV-'VI) слоев неокортекса. Существенная разница в длине нуклеосом существует и у различных глиальных клеток.
Функциональное значение описанного перехода к коротким нуклеосомам при созревании нейронов неокортекса до настоящего времени остается невыясненным. Предположение о том, что укороченные нуклеосомы обеспечивают укладку полинук-леосомной цепи в более открытую, способствующую транскрипции наднуклеосомную структуру, является упрощенным.
Исследования этого вопроса на более широком круге объектов подтверждают, что однозначной связи между транскрипционной активностью генов и длиной нуклеосом не существует. Транскрипционная активность хроматина определяется, как уже отмечено выше, большим числом факторов. Возможно, существование коротких нуклеосом в хроматине нейронов лишь каким-то образом облегчает действие этих факторов. В частности, могут изменяться условия взаимодействия линкерных участков хроматина с гистоном Н1 и негистоновыми белками. В хроматине нейронов неокортекса содержание гистона Н1 составляет -0,5 молекулы на 1 нуклеосому, что примерно в два раза ниже, чем его содержание в хроматине глиальных клеток и клеток соматических тканей. Это хорошо согласуется с данными о более высокой доле активного хроматина в мозге по сравнению с соматическими тканями и в нейронах по сравнению с глиальными клетками.
