Петлеві домени хроматину та ядерний матрикс

На наступному рівні структурної організації у клітинному ядрі хроматинова фібрила формує петлі, кінці яких є жорстко закріпленими на скелетних структурах клітинного ядра – ядерному матриксі (рис. 4.18). Оскільки основи петлі фіксуються на матриксі, ДНК у складі петлі має топологічні обмеження, тобто є еквівалентною до циркулярної (див. розділ 3). Одна петля, що містить від 20 до 200 тисяч пар основ ДНК (один або кілька генів) часто розглядається як важливий елемент регуляції процесів транскрипції та реплікації.

З білками матриксу взаємодіють ділянки ДНК довжиною від 300 до 1000 пар основ – ділянки, асоційовані з матриксом (MAR, Matrix Associated Regions). Вони не мають між собою гомології щодо послідовності, часто збагачені на АТ-пари. Вважається, що більшість функціональних процесів, які відбуваються на ДНК, розпочинається саме на матриксі, тобто на MAR.

Рис. 4.18. Схема петлевої організації хроматину.

Ядерний матрикс – це система білкових філаментів, яка формує структурний каркас ядра. На периферії ядра розташована особлива частина матриксу, асоційована зі внутрішньою ядерною мембраною – ядерна ламіна. Філаменти ламіни протягнуті від однієї ядерної пори до іншої і позиціонують порові комплекси у площині мембрани. Подвійна ядерна мембрана, ядерні пори та ламіна утворюють єдину систему – ядерний конверт. Від ламіни всередину ядра протягнуті філаменти внутрішнього ядерного матриксу. З ламіною взаємодіє значна частина гетерохроматину, зокрема центромери та теломери хромосом. Еухроматинова частина хромосоми “звішується“ всередину ядра, де хроматинові петлі закріплюються на внутрішній частині матриксу. В результаті хромосома займає певну зону в об'ємі ядра – хромосомну територію.

Все сказане вище стосується організації хроматину та хромосом в інтерфазному ядрі. Коли клітина вступає до мітозу, після реплікації ДНК починається утворення надкомпактної мітотичної хромосоми, деталі структурної організації якої залишаються недостатньо зрозумілими. Одночасно з компактизацією хроматинової фібрили частина ламіни “розчиняється“ разом з ядерною мембраною, інша частина, разом з внутрішнім матриксом, перебудовується з утворенням білкового каркасу мітотичної хромосоми – хромосомного скефолду (scaffold), з яким залишаються зв'язаними основи хроматинових петель.

Контрольні запитання

1. Що таке кодон та відкрита рамка зчитування? Скільки існує кодонів? Які позиції нуклеотидів у складі кодона є найбільш та найменш визначальними?

2. Що таке ген?

3. Що таке геном? У чому полягає найбільш суттєва відмінність між геномами про- та еукаріотів?

4. У чому полягає перекриття генів у вірусів та еукаріотів?

5. Що таке інтрон та екзон?

6. Яка різниця між кластером генів та опероном?

7. Назвіть основні типи послідовностей ДНК, що повторюються.

8. Із яких елементів складається нуклеосома? Яке місце в її структурі займають білки? Як організована у просторі ДНК у нуклеосомі?

9. Які взаємодії стабілізують нуклеосому? За яким принципом відбувається збірка нуклеосоми?

10. У чому полягає механізм позиціювання нуклеосом відносно послідовності ДНК?

11. Назвіть основні типи посттрансляційних модифікацій гістонів. Які амінокислотні залишки піддаються модифікаціям? У яких частинах молекул гістонів ці залишки розташовані?

12. Як організована хроматинова фібрила у просторі? За яким основним механізмом фібрила піддається компактизації? У чому полягає роль гістона Н1?

13. Що таке ядерний матрикс і яку участь він приймає в організації хроматину в клітинному ядрі?