Компактизация хроматина

Химическая основа хроматина

Хроматин структурно представляет собой дезоксинуклеопротеин — сложный комплекс, состоящий из одной молекулы ДНК и связанных с ней специфических белков (и небольшого количества РНК).

Белки хроматина делятся на две большие группы в зависимости от их физико-химических свойств:

• Гистоны (основные белки). Составляют львиную долю белков хроматина. В их составе много аргинина и лизина — аминокислот с положительно заряженными радикалами. Именно этот «плюс» позволяет им намертво связываться с отрицательно заряженными фосфатными группами ДНК. Взаимодействие самих гистонов друг с другом обеспечивают гидрофобные радикалы (например, валина).
• Негистоновые (кислые) белки. Несмотря на меньшую массу, они крайне разнообразны. Выделяют структурные белки (для высших уровней компактизации), ферментативные (временно связываются с ДНК для репликации или репарации) и регуляторные белки, контролирующие доступ ферментов к конкретным участкам генома.

Первый и второй уровни упаковки

Упаковка ДНК — это строго последовательный процесс.

Первый уровень компактизации называется нуклеосомным. Визуально под электронным микроскопом он напоминает «нить с бусинами», толщина которой составляет около 10 нм. Основная структурная единица здесь — нуклеосома. Ее ядро (кор) представляет собой белковый октамер: по две молекулы гистонов H2A, H2B, H3 и H4. Молекула ДНК делает вокруг этого белкового глобулярного «бочонка» примерно два оборота. Соседние нуклеосомы соединяются линкерным участком ДНК, с которым связан гистон H1. Этот уровень характерен для эухроматина, он присутствует почти постоянно и не мешает транскрипции (ДНК способна на доли секунды освобождаться от глобулы). Линейная длина молекулы сокращается в 6,2 раза.

Нуклеомерный (второй) уровень формируется, когда молекулы гистона H1 соседних нуклеосом начинают взаимодействовать друг с другом. Нить скручивается в суперспираль (нуклеомер), объединяющую 5–8 нуклеосом в «супербусину». Толщина такой фибриллы достигает 30 нм. Важно понимать, что на этом этапе ДНК уже становится недоступной для ферментов, поэтому у активного эухроматина этот уровень отсутствует.

Высшие уровни компактизации

Дальнейшее уплотнение требует смены механизма стабилизации: вместо гистонов главную роль берут на себя негистоновые (кислые) белки.

На хромомерном (третьем) уровне нить начинает образовывать множественные петли. Эти петли группируются в сложные структуры — розетки. Основания петель в розетке фиксируются общим белковым центром, который крепится на ядерном матриксе. У гетерохроматина в интерфазе розетки расположены довольно рыхло, и на этом его компактизация останавливается.

Во время подготовки клетки к делению (в митозе) укладка достигает максимума, формируя метафазные хромосомы:

1. Хромонемный уровень. Петли и розетки максимально сближаются, формируя плотную нить толщиной 300 нм.
2. Хроматидный уровень (четвертый). Хромонема спирализуется или складывается в петли, образуя сегменты хроматиды, соединенные короткими линкерами (при повреждении хромосома распадается именно по этим участкам). Толщина готовой хроматиды — 700 нм.

Итоговая метафазная хромосома, состоящая из двух сестринских хроматид, имеет толщину 1400 нм. На этом финальном этапе линейная длина исходной молекулы ДНК уменьшена в 10 000 раз.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Роль регуляторных негистоновых белков в экспрессии генов
• Механизмы кратковременного освобождения ДНК от гистонов при транскрипции
• Динамическая связь ферментативных белков с ДНК
• Сегментарная организация хроматид и ее клиническое значение

Другие темы раздела «Ядро клетки. Деление клетки»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.