13. Хроматин интерфазного ядра. Эухроматин и гетерохроматин. Уровни укладки хроматина. Роль гистоновых белков в обеспечении структуры хроматина

Хроматин мелкие зернышки и глыбки материала, который обнаруживается в ядре клеток и окрашивается основными красителями. Хроматин состоит из комплекса ДНК и белка и соответствует хромосомам, которые в интерфазном ядре представлены длинными, тонкими перекрученными нитями и неразличимы как индивидуальные структуры. Выраженность спирализации каждой из хромосом неодинакова по их длине. Различают два вида хроматина - эухроматин и гетерохроматин.

Эухроматин соответствует сегментам хромосом, которые деспирализованы и открыты для транскрипции. Эти сегменты не окрашиваются и не видны в световой микроскоп.

Гетерохроматин соответствует конденсированным, плотно скрученным сегментам хромосом (что делает их недоступными для транскрипции). Он интенсивно окрашивается основными красителями, и в световом микроскопе имеет вид гранул.

Таким образом, по морфологическим признакам ядра (соотношению содержания эу- и гетерохроматина) можно оценить активность процессов транскрипции, а, следовательно, синтетической функции клетки. При ее повышении это соотношение изменяется в пользу эухроматина, при снижении - нарастает содержание гетерохроматина. При полном подавлении функции ядра (например, в поврежденных и гибнущих клетках, при ороговении эпителиальных клеток эпидермиса - кератиноцитов, при образовании ретикулоцитов крови) оно уменьшается в размерах, содержит только гетерохроматин и окрашивается основными красителями интенсивно и равномерно. Такое явление называется кариопикнозом.

Распределение гетерохроматина (топография его частиц в ядре) и соотношение содержания эу- и гетерохроматина характерны для клеток каждого типа, что позволяет осуществлять их идентификацию как визуально, так и с помощью автоматических анализаторов изображения. Вместе с тем, имеются определенные общие закономерности распределения гетерохроматина в ядре: его скопления располагаются под кариолеммой, прерываясь в области пор (что обусловлено его связью с ламиной) и вокруг ядрышка (перинуклеолярный гетерохроматин), более мелкие глыбки разбросаны по всему ядру.

Тельце Барра - скопление гетерохрома гина, соответствующее одной Х- хромосоме у особей женского пола, которая в интерфазе плотно скручена и неактивна. В большинстве клеток оно лежит у кариолеммы, а в гранулоцитах крови имеет вид маленькой добавочной дольки ядра ("барабанной папочки"). Выявление тельца Барра (обычно в эпителиальных клетках слизистой оболочки полости рта) используется как диагностический тест для определения генетического пола (обязателен, в частности, для женщин, участвующих в Олимпийских Играх).

Упаковка хроматина в ядре. В деконденсированном состоянии длина одной молекулы (двойной спирали) ДНК, образующей каждую хромосому, равна в среднем, около 5 см, а общая длина молекул ДНК всех хромосом в ядре (диаметром около 10 мкм) составляет более 2 м (что сравнимо с укладкой нити длиной 20 км в теннисный мячик диаметром около 10 см), а в Б-период интерфазы - более 4 м. Конкретные механизмы, препятствующие спутыванию этих нитей во время транскрипции и репликации, остаются нераскрытыми, однако очевидна необходимость компактной упаковки молекул ДНК. В клеточном ядре это осуществляется благодаря их связи со специальными основными (гистоновыми) белками. Компактная упаковка ДНК в ядре обеспечивает:

(1)упорядоченное расположение очень длинных молекул ДНК в небольшом объеме ядра;

(2)функциональный контроль активности генов (вследствие вли¬яния характера упаковки на активность отдельных участков генома.

Уровни упаковки хроматина.

1.Нуклеосома. 8 молекул гистонов(Н2А, Н2В, Н3 и Н4)образуют сердцевину, имеющую дисковидную форму, на которую накручивается фрагмент ДНК длиной около 140 пар оснований. Участки ДНК, расположенные между нуклеосомноми частицами, называются линкерными(содержат 60 пар оснований). Гистон Н1 связан как с линкерным учаском, так и с сердцевиной.

2.Фибрилла, диаметрои 30 нм. Гистоны Н1 обеспечивают дальнейшую укладку нуклеосомной нити. Существуют 2 гипотезы относительно упаковки нуклеосом: соленоидный-обрауется спираль, на один виток которой приходится 6-7 нуклеосом, и нуклеомерный тип-8-10 нуклеосом объединяются в нуклеомер.

3.Петельная структура. Образование петельных структур обеспечивается взаимодействием хроматина с белками ядерного матрикса. Существует 2 точки зрения на способ упаковки днк с помощью белково-ядерного матрикса:

а) белки образуют в центре хромосомы непрерывный тяж, к которому крепятся петли нуклеомеров.

в) белки ядерного матрикса формируют множество отдельных центров, к которым крепятся петли хроматина(длиной 30-90 тысяч пар оснований), образуя «розетки».

4.Хромонема. Происходит укладка нуклеомерных петель в области хромомерных учасков.

5.Хроматида. Хромонемы укладываются спирально или петлеобразно, образуя хроматиду.

Роль гистоновых белков в обеспечении структуры хроматина: Гистоны в октамере имеют подвижный N-концевой фрагмент («хвост») из 20 аминокислот, который выступает из нуклеосом и важен для поддержания структуры хроматина и контроля над генной экспрессией.