21. Структурная организация нуклеосом. Модификации гистонов, динамическая структура хроматина.

Нуклеосома - ДНК-белковый комплекс. Белки представленны 4-мя гистонами. Они заряжены положительно, что компенсирует отрицательный заряд сахарофосфатного остова.

Гистоны - консервативные белки. 5 классов: H1, H2A, H2B, H3, H4

Все, кроме H1, входят в состав минимальной нуклеосомы - коровые гистоны. H1 - линкерный.

Нуклеосома состоит из 8-ми гистонов: тетрамер 2(H3)+2(H4) и 2 димера (H2A+H2B)

Это диск, на который намонато 146 п.н.

Нуклеосомы различны, благодаря модификации гистонов и наличию вариативных гистонов. N-концевые фрагмены гистонов выходят за пределы нуклеосомного ядра. На этих концах много мишеней для модификаций сигнального значения. У H2B и H3 могут модифицироваться и С-концы.

Модификации:

• фосфорилирование по OH-группе. Привносит отрицательный заряд.

• ацетилирование. нейтрализует положительный заряд.

• метилирование - по лизину и аргинину

• убиквитирование (+76 а.к.) - по лизину

• сумалирование (sumo +96 а.к.) - по лизину

Изменение заряда приводит к изменению свойств привлечения белков.

ВСЕ модификации обратимы.

Структура хроматина:

эу - активный хроматин. гетеро - неактивный.

Эухроматин:

• Чувствителен к ДНКазе-I при обработке ядер

• Нет линкерных гистонов H1

• Деметилирование гистонов

• Ацетилирование гистонов

• Метилирование гистонов

Гетерохроматин:

• Деацилирование гистонов

• Метилирование гистонов и ДНК

• Белки гетерохроматина и линкерные гистоны H1

Ацетилирование гистонов осущевстляется ацетилтрансферазами.

Метилирование - основной путь инактивации.

ДНК в активном хроматине чувствительно к действию нуклеаз.

22. Роль нуклеосомных структур в активации экспрессии генов.

В особо активных областях нуклеосомная структура отсутствует.

Пуфы - выплетения активного хромантина. Активные - часто в центре, неактивные - по периферии.

Метилирование по цитозину - выключение гена в пуфе.

Активация хромантина сопровождается локальным ацетилированием N-концевых областей коровых гистонов H2A, H2B, H3, и H4

Транскрипция через нуклеосомы:

• Нуклеосомная глобула на путри транскрипционного коплекса временно удаляется, оставаясь связанной с ДНК позади комплекса. Затем садится на место (прокариоты).

• РНК-полимераза пролезает между ДНК и нуклеосомой через выпячивания.

Белок FACT удаляет один или оба димера H2A/H2B, облегчаяя разворачивание петель.

Промоторы - H3K4 - триметилирование

Энхансеры - H3K4 - диметилирование

Гетерохроматин - H3K9 - ди- и триметилирвоание, H3K27 - триметилирование

23. Процессинг рнк. Интроны. Сплайсинг.

Образующиеся в результате транскрипции первчиные РНК-транскрипты поначалу далеко не всегда представляют собой функционально активные молекулы РНК. Прежде чем стать таковыми, они, как правило, должны претерпеть ряд модификаций, которые и превращают их в зрелые РНК, пригодные к выполнению соответствующих функций. Этот процесс посттранскрипционной модификации первичных транскриптов (РНК-предшественников) называется процессингом и носит достаточно спецефический характер в отношении разных видов РНК у про- и эукариот. Наиболее детально изучен процессинг мРНК эукариот, который включает три главных момента: сплайсинг, кэпирование 5’-конца и полиаденилирование 3’-конца первичных транскриптов.

Сплайсинг (от англ. splice - соединять концы) состоит в вырезании из пре- мРНК некодируемых областей - интронов - и сшивании кодирующих структуру белка участков - экзонов. Различают несколько различных механизмов сплайсинга. Кэпирование представляет собой образование на 5’-конце мРНК особой структуры - кэпа (шапочки).

Кэпирование происходит вскоре после начала синтеза мРНК и осуществляется с участием GTP, из состава которого GMP переносится на 5’-дифосфат первого нуклеотила мРНК. Полиаденилирование осуществляется ферментом поли(А)-полимеразой и приводит к образованию на 3’- конце олиго(А)-фрагмента,содержащего 100-200 остатков аделиновой кислоты подряд и назывемого также поли(А)-хвостом. Поли(А)-хвост определяет стадильность мРНК и ремя ее жизни в клетке. Кроме того эукариот поли(А)-хвост возможно способствует выходу мРНК из ядра в цитоплазму, а также сущесвен для регуляции трансляции мРНК.

Интрон — участок ДНК, который является частью гена, но не содержит информации о последовательности аминокислот белка.

Последовательность нуклеотидов, соответствующая интрону, удаляется из транскрибированной с него РНК в процессе сплайсинга до того, как произойдёт считывание белка (трансляция) . Интроны характерны для всех типов эукариотической РНК, но также найдены в рибосомальной РНК (рРНК) и транспортной РНК (тРНК) прокариот. Число и длина интронов очень различны в разных видах и среди разных генов одного организма. Например, геном рыбы фугу (Takifugu rubripes) содержит мало интронов. С другой стороны, гены млекопитающих и цветковых растений часто содержат многочисленные интроны, которые могут быть длиннее экзонов.

Первыми интронами были массивы повторяющихся последовательностей ДНК, выполняющие функцию электростатического удержания поляризованных «хвостов» амфипатических молекул оболочки протоклетки. Экзоны же формировались путем случайных мутаций ретротранспозонов во время всех процессов матричного копирования их РНК (транскрипции, трансляции и обратной транскрипции) , видимо из участков РНК, обладающих каталитической активностью. Увеличение количества и протяженности таких структур способствовало увеличению скорости неэнзиматической трансляции простых пептидов. Естественный отбор закреплял новые признаки за протовидом. Среди них процесс формирования РНК, способной связываться со «своей» аминокислотой (тРНК) , в результате чего стало возможным кодирование информации об отдельных пептидах и белках. В ходе эволюции белкам, в силу более совершенной пространственной конфигурации, удалось перехватить каталитические функции4.

Процесс усложнения протоклеток в клетки, способные формировать уже многоклеточные организмы, занял не менее 3 млрд. лет. Разрастание генома за счет ретротранспозонов послужило толчком к эволюции многоклеточных организмов. На этом этапе их эволюции появились ретровирусы.