2.3.5.Компартментализованное ядро

Два основных структурных образования характерны для ядер всех эукариот. Это, во-первых, оболочка ядра с ядерными порами, связанная с ядерной ламиной (электронно-плотный слой, прилегающий к ядерной оболочке со стороны нуклеоплазмы), и, во-вторых, хромосомы. Именно транскрипция и репликация ДНК хромосом являются теми процессами, для обеспечения которых, прежде всего, существует ядро в эукариотической клетке. Как уже было показано выше, зоны транскрипционной активности хромосом компартментализованы внутри ядер. То же характерно и для репликации ДНК эукариот (см. главу 4). Неразрешенным остается вопрос о природе внутриядерных механизмов, которые могли бы лежать в основе такой функциональной компартментализации. В этом случае фактором, осложняющим проведение исследований, является динамизм структуры хроматина, которая претерпевает упорядоченные перестройки во время репликации и транскрипции. То же относится и к пространственной структуре хромосом, изменяющейся на протяжении клеточного цикла.

Молекулярный аппарат, обеспечивающий внутриядерную экспрессию генов, их репликацию и репарацию, настолько велик, что объединение его компонентов во время функционирования может приводить к формированию надмолекулярных комплексов, различимых морфологически. Это особенно наглядно демонстрирует структура ядрышка, в котором можно легко выделить отдельные функциональные домены, содержащие: 1) регуляторные нуклеопротеиновые комплексы; 2) активно функционирующий аппарат транскрипции; 3) рибонуклеопротеиновые комплексы процессируемых транскриптов. Те же домены, хотя и менее масштабные, обнаруживаются при функционировании РНК-полимеразы II. Многие черты молекулярной организации гигантских молекулярных комплексов, обеспечивающих транскрипцию (транскриптосомы) и сплайсинг (сплайсомы) у эукариот, в настоящее время уже выяснены и были рассмотрены выше. Интенсивно исследуются молекулярная структура и пространственная организация аппарата репликации (реплисомы), которые будут подробно обсуждаться в главе 4. Однако ясное понимание внутриядерных связей между этими ключевыми комплексами в настоящее время отсутствует.

Следует особо подчеркнуть роль индивидуальных эукариотических хромосом в формировании пространственной структуры ядра. Не исключено, что необходимость организации генетического материала в виде индивидуальных хромосом, число, размер и трехмерная структура которых являются фундаментальными таксономическими признаками, продиктована потребностью соматических клеток в упорядоченном распределении матричной ДНК по внутриядерным территориям с целью координации экспрессии генов и стабилизации заключенной в них генетической информации. Выше уже отмечалась преимущественная локализация теломерных последовательностей нуклеотидов вблизи ядерной оболочки, а также расположение последовательностей наиболее активно транскрибируемых генов во внутренних частях ядер. В соответствии с одной из точек зрения (Д. Строболис, А.П. Волффе, 1996 г.), такая пространственная организация генома может облегчать экспорт синтезирующейся мРНК из ядра в цитоплазму. Однако, на мой взгляд, могут быть и более глубокие причины такой пространственной организации генома эукариот. Гетерогенность хроматина, проявляющаяся в различных уровнях его конденсации в отдельных генетических локусах, а также неслучайное внутриядерное распределение последовательностей генома создают многоуровневую защиту генетической информации от химических мутагенов и могут контролировать скорости изменения отдельных генетических локусов в филогенезе многоклеточных организмов (подробнее см. раздел 5.3). Ядро эукариот обеспечивает прохождение первых этапов реализации генетической информации: избирательную транскрипцию генов, а также посттранскрипционные модификации и процессинг предшественников РНК, которые позволяют им вступать в трансляцию, т.е. реализовывать следующий важнейший этап передачи генетической информации от генов к белкам.