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
 

Механизм удаления гистонов с нуклеосом при транскрипции

• При транскрипции в модельных системах РНК-полимераза удаляет октамеры гистонов, однако после прохождения полимеразы они вновь связываются с ДНК

• При транскрипции гена происходит реорганизация нуклеосом

Эксперименты, предпринятые с целью выяснить, может ли РНК-полимераза осуществлять транскрипцию ДНК в составе нуклеосомы, показали, что в результате транскрипции происходит удаление октамера гистонов. На рисунке ниже представлены события, происходящие, когда РНК-полимераза фага Т7 in vitro транскрибирует короткий участок ДНК, содержащий октамер гистонов Коровая частица остается связанной с ДНК, но перемещается на другой участок. Наиболее вероятно, что коровая частица повторно связывается с той же молекулой ДНК, с которой она была связана раньше.

На рисунке ниже представлена модель, описывающая движение полимеразы. По мере того как фермент входит в пределы нуклеосомы, ДНК отходит от коровой частицы, но полимераза достигает точки, при которой нить ДНК направляется в обратную сторону и повторно присоединяется к ней, замыкая область. По мере дальнейшего продвижения полимеразы ДНК раскручивается, и в петле образуются положительные супервитки. Это может иметь серьезные последствия, поскольку замкнутая петля содержит только 80 пн, так что каждая пара оснований, которую проходит полимераза, является существенным добавлением к суперспирализации. Фактически полимераза легко проходит первые 30 пн в составе нуклеосомы.

Затем она начинает продвигаться медленнее и как будто испытывает возрастающие препятствия. Через каждые 10 пн наступает пауза, позволяющая предполагать, что структура петли накладывает определенные ограничения на вращение вокруг каждого витка ДНК. Когда полимераза достигает середины нуклеосомы (следующие основания, которые должны добавиться, находятся на оси диадной симметрии), пауз не возникает, и фермент начинает продвигаться быстрее. Это говорит о том, что середина нуклеосомы является точкой, к которой смещается октамер (вероятно, потому, что положительная суперспирализация достигла некоторого критического уровня, при котором октамер вытесняется с ДНК).

Это ослабляет напряжения в ДНК, существующие на пути полимеразы, и снимает препятствия к движению фермента. Октамер гистонов изменяет свое положение на ДНК, не теряя с ней контакта.

Высвобождается ли октамер гистонов в виде интактной частицы? В результате сшивок белков октамера не возникает препятствий для транскрипции. Транскрипция может происходить даже в том случае, когда между коровыми гистонами присутствуют сшивки. Это говорит о том, что транскрипция не требует диссоциации октамера на составляющие гистоны и вообще каких-либо существенных изменений его структуры. Однако при добавлении в систему гистона Н1 скорость транскрипции быстро снижается. Это позволяет прийти к двум заключениям: октамер гистонов (оставаясь на своем месте или смещаясь) функционирует как интактная единица; и может оказаться необходимым удалить Н1 из активного хроматина или каким-то образом изменить его взаимодействие с другими компонентами.

Таким образом, небольшая по размеру молекула РНК-полимеразы вызывает перемещение нуклеосомы, которая после прохождения фермента формируется снова. Конечно, в ядре эукариотической клетки ситуация более сложная. РНК-полимераза по размеру гораздо больше, и цепочка нуклеосом создает помехи на пути продвижения фермента. Для преодоления этих трудностей необходимо участие дополнительных факторов.

При транскрипции меняется организация нуклеосом. На рисунке ниже показано, что происходит при транскрипции дрожжевого гена URA3, находящегося под контролем индуцибельного промотора. Позиционирование нуклеосом определяли, используя микрококковую нуклеазу, расщепляющую ДНК по сайтам рестрикции на 5'-конце гена. Исходно в гене, на значительном расстоянии от промотора, присутствует нуклеосомная структура; в 3'-области их позиционирование теряется. Когда ген экспрессируется, то при электрофорезе наблюдается мазок ДНК. Таким образом, хотя нуклеосомы присутствуют, они не организованы. Это позволяет предположить, что транскрипция нарушает их позиционирование.

При репрессии гена, в пределах 10 мин начинает проявляться позиционирование нуклеосом (хотя и не полное). Этот результат позволяет сделать интересный вывод о том, что позиционирование нуклеосом не зависит от репликации.

Согласно общепринятой модели, РНК-полимераза по мере продвижения вдоль ДНК смещает октамеры гистонов. Если ДНК позади молекулы полимеразы оказывается доступной, то октамер с ней связывается. (По-видимому, октамер никогда не теряет контакт с ДНК. Остается только догадываться, каким образом он сохраняет его, не раскручиваясь и не теряя своих компонентов по мере продвижения по ДНК. Вероятно, создание контакта с РНК-полимеразой обеспечивает «двойной проход» октамера.) Если ДНК недоступна, например потому, что непосредственно за одной полимеразой следует другая, то октамер постоянно смещается, и ДНК постоянно находится в растянутой конфигурации.

Гистоны при транскрипции
Схема эксперимента по исследованию влияния транскрипции на нуклеосомы,
показывающая, что октамер гистонов покидает ДНК и связывается с другим ее участком.
Гистоны при транскрипции
По мере своего продвижения РНК-полимераза вытесняет октамер гистонов.
ДНК снова начинает сворачиваться и связывается (с полимеразой или с октамером), образуя замкнутую петлю.
По мере продвижения полимеразы, она генерирует впереди положительные супервитки.
Супервитки вытесняют октамер гистонов, который сохраняет контакт с ДНК и/или полимеразой,
и занимает свое место за РНК-полимеразой.
Нуклеосомы при экспрессии генов
В гене URA3, до его транскрипции, нуклеосомы определенным образом позиционированы.
При индукции транскрипции позиции нуклеосом становятся случайными.
Когда происходит репрессия транскрипции, нуклеосомы снова позиционируются.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

- Также рекомендуем "Факторы удаления и сборки гистонов нуклеосом"

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.