Область генома, содержащая активно-транскрибируемые гены, может обладать измененной структурой. Изменения структуры предшествуют и отличаются от нарушений структуры нуклеосом, которые характерны для активного продвижения РНК-полимеразы.
Одним из показателей изменения структуры транскрибируемого хроматина служит его повышенная чувствительность к деградации ДНКазой I. Чувствительность к этому ферменту служит признаком существования хромосомного домена, области измененной структуры, которая включает по крайней мере одну активную единицу транскрипции и которая иногда распространяется дальше.
(Заметим, что использование термина домен не предполагает наличия обязательной взаимосвязи со структурными доменами, которые представлены петлями хроматина или хромосом.)
Когда хроматин переваривается ДНКазой I, он деградирует с образованием кислоторастворимого материала (небольших по размеру фрагментов ДНК). Степень переваривания можно определить по количеству ДНК, переходящей в кислоторастворимое состояние. Как только 10% тотальной ДНК переходит в кислоторастворимую форму, теряется более 50% ДНК-активных генов. Это свидетельствует о преимущественной деградации ДНК-активных генов.
За поведением индивидуальных генов можно наблюдать, оценивая количество остающейся ДНК, способной гибридизоваться с соответствующим зондом. Схематически метод представлен на рисунке ниже.. Основной принцип состоит в том, что утрата определенной полосы указывает на деградацию соответствующего участка ДНК под действием фермента.
На рисунке ниже показано, что происходит с генами b-глобина и овальбумина в хроматине, экстрагированном из цыплячьих эритроцитов (в которых происходит экспрессия глобиновых генов, а овальбуминовый ген неактивен). Фрагменты, представляющие собой b-глобиновые гены, быстро разрушаются, в то время как соответствующие участки овальбуминового гена почти не деградируют. (Фактически овальбуминовый ген переваривается с такой же скоростью, как и основная масса ДНК)
Таким образом, основная масса хроматина относительно устойчива к ДНКазе I и содержит неактивные гены (а также и другие последовательности). Ген приобретает относительную чувствительность к нуклеазе в клетках тех тканей, в которых происходит его экспрессия.
Является ли повышенная чувствительность к нуклеазе характерной только для активно-экспрессируемых, например глобиновых, или же для всех активных генов? Эксперименты с использованием тотальной иРНК клетки показывают, что все активные гены, независимо от их представленности в геноме, чувствительны к ДНКазе I. (Однако отмечаются различия в степени чувствительности.)
Поскольку в транскрипции редко экспрессируемых генов в каждый момент времени, по-видимому, участвует немного молекул РНК-полимеразы, это дает возможность предполагать, что чувствительность к ДНКазе I не является следствием протекания процесса транскрипции, а является особенностью самих транскрибируемых генов.
Каков размер чувствительной области? Его можно определить, используя набор зондов, соответствующих фланкирующим участкам, а также самой единице транскрипции. Чувствительная область всегда простирается на весь транскрибируемый участок; дополнительные сайты, достигающие нескольких тпн по сторонам чувствительного участка, могут проявлять промежуточную чувствительность (вероятно, вследствие эффекта распространения).
Критическая особенность, присущая домену, состоит в том, что область повышенной чувствительности к ДНКазе I распространяется на значительное расстояние. Часто считается, что регуляция генной активности определяется событиями, происходящими в отдельных сайтах ДНК, — например, инициацией транскрипции в промоторной зоне. Даже если это действительно имеет место, такая регуляция должна определяться или сопровождаться более обширными изменениями структуры хроматина. В этом состоит различие между про- и эукариотическими клетками.
Чувствительность к ДНКазе I можно измерить,
определяя скорость убыли материала, гибридизующегося с определенным зондом.
В зрелых эритроидных клетках ген b-глобина проявляет высокую чувствительность к ДНКазе I.
Ген эмбрионального Р-глобина обладает ограниченной чувствительностью к ферменту (вероятно, из-за эффекта рассеяния).
В то же время препараты яичного альбумина нечувствительны к ДНКазе.