МедУнивер - MedUniver.com Все разделы сайта Видео по медицине Книги по медицине Форум консультаций врачей  
Рекомендуем:
Генетика:
Генетика
Аномалии хромосом
Биология клетки
Генетика врожденных пороков
Генетика рака - опухолей
Молекулярная генетика
Наследственные синдромы
Цитогенетика - исследование хромосом
Лечение наследственных болезней
Фармакогенетика
Форум
 

Структура ДНК нуклеосом

• Вокруг октамера гистонов обернуто 1,65 витка ДНК

• Структура ДНК изменяется таким образом, что на среднюю ее часть приходится максимальное количество оснований на виток, а на концах это значение оказывается ниже

• При изменении с 10,5 пн/виток в ДНК в растворе до 10,2 на поверхности нуклеосом, теряется около 0,6 отрицательных супервитка, что объясняет парадокс коэффициента зацепления

Расположение ДНК на поверхности нуклеосомы объясняет, почему она подвержена действию некоторых нуклеаз. Особенно информативна обработка нуклеазами, действующую на одну цепь ДНК. Эти нуклеазы (например, ДНКаза I) образуют разрывы в одной из цепей ДНК; при этом вторая цепь остается интактной, и поэтому в двухцепочечной структуре дефекты не проявляются. Однако при денатурации вместо протяженных высвобождаются короткие фрагменты ДНК. Если ДНК на концах была помечена, то концевые фрагменты можно идентифицировать методом радиоавтографии.

Когда ДНК присутствует в растворе в свободном виде, то она атакуется нуклеазами в случайных местах. ДНК, которая находится на нуклеосомах, также подвергается действию ферментов, но разрывы возникают на определенных расстояниях друг от друга. Если ДНК пометить, обработать нуклеазой, а затем денатурировать и подвергнуть электрофорезу, то получается лесенка подобно изображенной на °ис.

Расстояние между ступеньками этой лесенки составляет 10-11 оснований. Лесенка распространяется на все расстояние, которое занимает коровая ДНК. Разрывы нумеруются, начиная с S1 по S13 (где S1 отстоит примерно на 10 оснований от меченного 5'-конца, S2 на 20 оснований, и т. д.).

Нуклеосома
Нуклеосомы состоят из примерно одинаковых количеств ДНК и гистонов (включая гистон Н1).
Рассчетная маса нуклеосомы составляет 262 кДа

Не все сайты с одинаковой эффективностью атакуются ферментом: некоторые расщепляются довольно быстро, а в других разрывы образуются с трудом. ДНКаза I и ДНКаза II дают одинаковую лесенку, хотя интенсивность полос несколько различается. Это свидетельствует о том, что характер деградации ДНК определяется расположением соответствующих сайтов, которое зависит от организации ДНК и лишь в незначительной степени от сродства фермента к сайту. Такой же характер деградации ДНК обнаруживается при атаке гидроксил-радикалом.

Это позволяет предполагать, что он определяется структурой самой ДНК, а не нуклеотидным составом. Отсутствие расщепления по некоторым сайтам является следствием существования определенной структуры нуклеосомы, из-за которой некоторые участки ДНК оказываются недоступными для фермента.

Поскольку в состав коровой частицы входят две цепочки ДНК, метятся оба 5'- (или 3'-) конца, по одному в каждой цепи. Таким образом, при обработке нуклеазами образуются фрагменты обеих цепей. Это иллюстрируется рис. 6.36, где каждый меченный фрагмент происходит из различной цепи. В результате, в таком эксперименте каждая меченная полоса фактически представлена двумя фрагментами, отрезанными на одном и том же расстоянии от любого из меченных концов.

Каким же образом можно тогда объяснить дискретное предпочтение определенных сайтов? Считается, что путь ДНК вдоль частицы симметричен (по отношению к горизонтальной оси, проходящей через нуклеосому). Таким образом, если, например, после обработки ДНКазой I не образуется фрагмент в 80 пн, это должно означать, что положение, соответствующее 80-му основанию с 5'-конца любой из цепей, не чувствительно к ферменту.

Когда ДНК иммобилизована на плоской поверхности, сайты нарезаются в соответствии с определенным расстоянием между точками расщепления. Рисунок ниже позволяет предполагать, что периодичность разрезания соответствует структурной периодичности, присущей В-форме ДНК (классической двуспиральной структуре В-типа, предложенной Уотсоном и Криком). Периодичность разрезания (расстояние между точками расщепления) действительно соответствует структурной периодичности (числу пар на виток двойной спирали).

Таким образом, расстояние между точками расщепления соответствует числу нуклеотидных пар, приходящемуся на виток. Соответствующие измерения показывают, что среднее значение для двухспиральной В-формы ДНК составляет 10,5 пн на виток.

Какова природа участков-мишеней на нуклеосоме? Рисунок ниже иллюстрирует данные, согласно которым в каждом сайте разрезания существуют 3-4 положения, в которых может произойти разрез, т. е. сайт разрезания определяется с точностью ±2 пн. Иными словами, сайт разрезания представляет собой короткий отрезок в обеих цепях, на 3-4 пары оснований открытый для действия нуклеазы. Относительная интенсивность разрезания указывает на то, что некоторые положения оказываются предпочтительнее других.

На основании полученной картины можно рассчитать «среднюю» точку разрезания. Пары сайтов S1-S4 и S10-S13, лежащие на концах ДНК, находятся на расстоянии 10,0 оснований друг от друга. Сайты от S4 до S10, расположенные в ДНК в центре частицы, разделены 10,7 оснований. (Поскольку мы анализируем среднее положение, сайты оказываются разделены не целым числом оснований.)

Вариабельность в периодичности разрезания коровой ДНК (10,0 на концах и 10,7 в середине молекулы) означает, что существует вариабельность в ее структурной периодичности. ДНК, находящаяся в середине частицы содержит больше, а находящаяся на концах меньше пн на виток, чем ДНК в растворе. Средняя периодичность на нуклеосому составляет только 10,17 пн на виток, что существенно меньше, чем 10,5 пн приходящихся на виток ДНК в растворе.

На основании кристаллической структуры коровой частицы можно предполагать, что ДНК организована в плоскую суперспираль, которая образует 1,65 витка вокруг октамера гистонов. Шаг суперспирали варьирует, и в середине имеется перерыв. Области перегибов расположены симметрично и находятся в положениях ±1 и ±4. Это соответствует сайтам S6 и S8 и S3 и S11, которые наименее чувствительны к ДНКазе I.

Структура нуклеосомной коровой частицы показывает, каким образом искажается структура ДНК. Большая часть суперспиральной структуры приходится на центральный район в 129 пн, в котором находится 1,59 левых суперспиральных витка диаметром 80 А (лишь в 4 раза превышающим диаметр самого дуплекса ДНК). Концевые терминальные последовательности вносят лишь небольшой вклад в общую кривизну.

Центральные 129 пн находятся в В-форме, но существенно деформированы, что необходимо для образования суперспирали. Большая канавка согнута плавно, однако маленькая изогнута с резкими изгибами. Эти конформационные изменения объясняют, почему центральная часть нуклеосомной ДНК не связывается с регуляторными белками. Последние обычно связываются с терминальными участками коровой ДНК или с линкер-ной последовательностью.

ДНК располагается на поверхности нуклеосомы таким образом, что при удалении белков, вызывающих конформационные ограничения, образуется 1 отрицательный супервиток. Однако длина ДНК на нуклеосоме соответствует 1,67 супервитку. Это расхождение иногда называют парадоксом коэффициента зацепления.

Расхождение объясняется существованием различия между, в среднем, 10,17 пн на виток в нуклеосомной ДНК и 10,5 пн на виток в свободной ДНК. В нуклеосоме на 200 пн приходится 200/10,17 = 19,67 витков. Когда ДНК высвобождается из нуклеосомы, получается 200/10,5 = 19,0 витков. Менее плотно скрученная ДНК на нуклеосоме занимает -0,67 витка, что объясняет разницу между фактическим (-1,67) и измеренным (-1,0) числом супервитков. Фактически, некоторая часть деформации кручения в нуклеосомной ДНК расходуется на увеличение количества пн/виток; лишь оставшаяся часть воспринимается как суперспираль.

Фрагменты ДНК
Разрывы в цепях ДНК можно обнаружить по появлению фрагментов после денатурации ДНК, приводящей к образованию одноцепочечных форм.
Если ДНК содержала метку, например, на 5'-конце, то при авторадиографии будут видны только 5'-фрагменты.
Размер фрагмента определяется расстоянием от разрыва до положения метки.
ДНКаза I
Исследование фрагментов переваривания ядер с помощью ДНКазы I показывает,
что разрывы коровой ДНК образуются через регулярные интервалы.
ДНКаза I
Наиболее чувствительные к нуклеазе сайты ДНК располагаются с периодичностью,
отражающей структуру двойной спирали (для ясности показаны сайты только одной цепи).
ДНКаза I
Методом электрофореза с высоким разрешением показано,
что каждый сайт атаки ДНКазы I состоит из нескольких чувствительных фосфодиэфирных связей.
Это следует из рисунка, на котором представлены фрагменты ДНК после ДНКазной обработки коровых частиц с концевым мечением ДНК.
Атака фермента происходила по сайтам S4 и S5.
Нуклеосома
Два витка ДНК на нуклеосоме расположены близко друг к другу.
Нуклеосома
Нуклеосома может представлять собой цилиндр,
снаружи которого располагаются два витка ДНК.
Нуклеосома
Последовательности ДНК, локализованные на разных витках,
на нуклеосоме могут располагаться близко друг к другу.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

- Также рекомендуем "Строение октамера гистонов нуклеосомы"

Оглавление темы "Нуклеосомы":
  1. Структура ДНК нуклеосом
  2. Строение октамера гистонов нуклеосомы
  3. Строение фибрилл хроматина и их нуклеосомы
  4. Сборка нуклеосом при репликации ДНК и хроматина
  5. Позиционирование нуклеосом на ДНК
  6. Структура домена ДНК с активными генами
  7. Все ли гены организованы в нуклеосомы?
  8. Механизм удаления гистонов с нуклеосом при транскрипции
  9. Факторы удаления и сборки гистонов нуклеосом
  10. Сайты ДНК с повышенной чувствительностью к ДНКазе (нуклеазе)
Медунивер Мы в Telegram Мы в YouTube Мы в VK Форум консультаций врачей Контакты, реклама
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.