Подготовка у универсиаде 2012 / Генетика (Жимулев) / 13ver7
.pdf
Политенные хромосомы Глава 13
Литература к разделу 13.9. |
|
Пуфы теплового шока найдены у всех |
||
Жимулев И.Ф. Хромомерная организация |
изученных видов, имеющих политенные |
|||
политенных хромосом. Новосибирск, |
хромосомы.Числопуфоввгеномеварьирует |
|||
Наука, 259-306, 1994. |
|
от 1 до 9. Наиболее оптимальная |
||
|
|
|
температура индукции 35-37 C. Кроме |
|
13.10. Пуфы теплового шока |
|
высокой температуры пуфы теплового шока |
||
и синдром клеточного стресса |
|
индуцируются многими другими агентами, |
||
Когдапришлопониманиетого,чтопуфы |
|
нарушающими процессы окислительного |
||
являются морфологическим проявлением |
фосфорилирования,дыхания,ингибиторами |
|||
генетической |
активности, начались |
транспортаэлектронов,акцепторовводорода |
||
многочисленные эксперименты, в которых |
и др. Таких агентов оказалось более сотни |
|||
пыталисьмодифицироватьактивностьпуфовс |
(см. Жимулев, 1994, стр. 319-332). |
|||
помощью различых соединений и факторов |
Реакция клеток на индуцирующие |
|||
факторы очень быстрая: формирование |
||||
среды. Фактически сразу же были получены |
||||
результаты. Помещая личинок Drosophila |
пуфов начинается уже через одну минуту |
|||
busckii вусловияповышеннойтемпературы,Ф. |
послеповышениятемпературы,втечение20- |
|||
Ритосса (F. Ritossa) (Рис. 13.21) в 1962 году |
30минразмерыпуфовдостигаютмаксимума, |
|||
индуцировалнескольконовыхпуфов,(см.Рис. |
затем в течение нескольких часов |
|||
13.12), которые возникали также в ответ на |
регрессируют. (Рис. 13.22). |
|||
обработку клеток ферментными ядами, |
Если тепловой шок сохраняется более |
|||
одного часа, регрессируют пуфы |
||||
блокирующими |
окислительное |
|||
фосфорилирование. Эти данные привели к |
|
нормального развития, активные в момент |
||
открытию новой клеточнофизиологической |
повышениятемпературы. |
|||
системы, отвечающей на различные типы |
На уровне процессов синтеза РНК и |
|||
последующей трансляции выявляется |
||||
стрессовнаклеточномуровне-такназываемый |
||||
синдромтепловогошока. |
|
несколько типов ответов: |
||
|
1. Быстро индуцируется синтез РНК в |
|||
|
|
|
||
|
|
|
пуфах теплового шока. |
|
Рисунок 13.21 |
|
|
||
|
|
|
||
|
Рисунок 13.22 |
|
|
|
||||
|
3.0 |
|
|
|
|
370Ñ |
|
|
|
|
|
|
|
330Ñ |
|
||
|
|
|
|
|
|
290Ñ |
|
|
|
2.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
60 |
120 |
|
|
|
|
|
|
|
|
ìèí |
|
|
Изменение размеров пуфа теплового шока |
|||||||
Ферруччио Ритосса |
87C1 дрозофилы в зависимости от времени |
|||||||
и температуры обработки (Из: Lewis et al., |
||||||||
ðîä. 1936 |
||||||||
1975, в кн. Жимулев 1994, стр. 318). |
|
|||||||
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
331 |
|
Глава 13 |
|
|
Политенные хромосомы |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
организмов, не имеющих политенных |
||
Рисунок 13.23 |
|
|
|||
|
|
|
хромосом.Спомощьюэлектрофорезабелков |
||
|
|
|
удалось обнаружить, что синдром теплового |
||
|
|
|
шока развивается у всех видов животных, |
||
|
|
|
растений и микроорганизмов. БТШ у всех |
||
|
|
|
организмовпредставленыбольшимнабором |
||
|
|
|
полипептидов и их называют в соответствии |
||
|
|
|
с молекулярной массой, выраженной в |
||
|
|
|
килодальтонах,напримерБТШ70илиБТШ26. |
||
|
|
|
(hsp70иhsp26ванглийскойтранскрипции). |
||
|
|
|
О существенной роли БТШ в жизни |
||
|
|
|
клетокговоритихвысокаяконсервативность |
||
|
|
|
в эволюции, например, отдельные участки в |
||
|
|
|
БТШ70 сохраняют свыше 90% гомологии у |
||
|
|
|
бактерий и человека. |
||
Электрофорез цитоплазматической поли (A)+ |
|
Синтез белков теплового шока - |
|||
РНК в клетках дрозофилы |
при разных |
|
стрессоваяпрограмма,включаемаятепловым |
||
температурах (A. Spradling, в статье: Ashburner, |
|
||||
|
шоком или многочисленными другими |
||||
Bonner, 1979). A1-A6 - фракции РНК |
|
||||
|
стрессирующими факторами. Начинается |
||||
теплового шока. |
|
|
|||
|
|
быстроерепрограммированиеработыклетки. |
|||
|
|
|
|||
2.Инактивируетсяпроцесстранскрипции |
БТШ представлены группой |
||||
высокомолекулярных (110-60кД) и |
|||||
большинства генов, не кодирующих белки |
|||||
теплового шока. Фактически прекращается |
низкомолекулярных (35-15кД) белков. |
||||
синтез РНК вдоль всей хромосомы, |
|
Рисунок 13.24 |
|||
осуществляемый РНК-полимеразой II. На |
|
|
|||
электрофореграммах РНК, выделенная из |
|
|
|||
клеток при нормальной (25 C) температуре, |
|
|
|||
представлена сплошным мазком (рис. 13.23), |
|
|
|
||
чтосвидетельствуетоширокомварьировании |
|
|
|||
размеров молекул. Под действием теплового |
|
|
|||
шокасинтезируетсялишьнесколькофракций, |
|
|
|||
кодируемых в пуфах теплового шока. |
|
|
|
||
3. Под действием теплового шока уже |
|
|
|||
через 10 мин. появляются новые полисомы, |
|
|
|||
содержащие вновь синтезированные мРНК, |
|
|
|||
считанные с генов теплового шока. На |
|
|
|
||
фореграммах начинают появляться белки |
|
|
|||
теплового шока и одновременно с этим |
|
|
|||
прекращается синтез других полипептидов |
|
|
|||
(Рис.13.24). Остановкасинтезабелкасвязана |
|
|
|||
с очень быстрым разрушением |
|
|
|||
предсуществующихполисом. |
|
|
|
|
|
Легкость обнаружения полипептидов, |
|
|
|||
синтезируемых в условиях теплового шока |
|
Синтез белков в культуре клеток дрозофилы |
|||
(БТШ – белков теплового шока), на |
|
||||
|
(S.L. McKenzie) в статье: Ashburner, Bonner, |
||||
электрофореграммах (см. Рис. 13.24), дала |
|
||||
|
1979). Колонка цифр справа обозначает |
||||
|
|
|
|
||
возможность изучать ответ генома на |
|
молекулярные массы синтезируемых |
|||
стрессирующие факторы |
в клетках |
|
полипептидов в Дальтонах. |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
332
Политенные хромосомы |
Глава 13 |
|
|
В ответ на стресс особый полипептид массой 110кД, называемый фактором транскрипциипритепловомшоке(HSTFили HSFванглийскойтранскрипции),связывается срегуляторнойзонойгеновтепловогошока– элемента теплового шока (см. рис. 7.39-7.42) ивключаютактивнуютранскрипциюданных генов.
Гены БТШ экспрессируются не только под действием теплового шока, но и в ходе нормальногоразвития.
Резкие изменения в синтезе и распределении белков теплового шока происходят после воздействия стрессирующими факторами: очень быстро вновь синтезируемые белки перемещаются в ядро и другие клеточные органеллы (рис. 13.25). Один из белков, БТШ70, присоединяетсякдругимбелкам,вызываяих разворачивание и препятствуя их агрегации, которая помешала бы белку приобрести нативнуюконформацию,необходимуюдляего функциональнойактивности.Разворачивание
белковспомощьюБТШ70необходимодляих проникновениячерезмембраныхлоропластов, митохондрий и эндоплазматического ретикулюма. Поскольку БТШ70 влияет на конформационное состояние других белков, егоотносяткгруппешаперонов.БелокБТШ70 присутствует во всех компартментах клетки (см. рис. 13.25).
Таким образом, изучение явления теплового шока представляет большой общебиологический интерес по следующим направлениям:
1.Процесс активирования генов БТШ является замечательной моделью для изучения механизмов индукции экспрессии генов.
2.ИзучениеБТШпозволяетисследовать молекулярныеосновыустойчивостиклетокк стрессу.
3.Исследование БТШ дало толчок исследованию особой функции белков – молекулярнойзащитедругихбелков.
Рисунок 13.25 |
|
|
|
|
|
|
ÒØ |
ÒØ |
|
|
|
Цитоплазма |
|
|
|
|
ãåí ÁÒØ |
|
|
ÒÔ |
ÐÝ |
|
Полисомы |
|
|
|
|
|
|
ßäðî |
|
|
Ядрышко |
|
|
|
|
|
Моносомы |
Митохондрия |
|
|
|
|
Хлоропласт |
ÁÒØ |
|
|
|
|
|
|
Плазмалемма |
Клеточная |
Цитоплазматическая |
|
стенка |
гранула теплового шока |
|
|
|
||
Схема индукции синтеза и распространения в клетке белков теплового шока (Из: Кулаева, |
|||
1997). |
|
|
|
|
|
|
333 |
Глава 13 Политенные хромосомы
Литература к разделу 13.10. |
Напротив, |
ÄÍÊ-ïóôû |
остаются |
|
Жимулев И.Ф. Хромомерная организация |
темноокрашенными из-за накопления |
|||
политенных хромосом. Новосибирск, |
дополнительной ДНК. Такие “ДНК-пуфы” |
|||
Наука, 315-354, 1994. |
возникаюттольковслюнныхжелезахнапоздних |
|||
Кулаева О.Н. Белки теплового шока и |
стадияхразвития.Оникодируютбелкисекреции |
|||
устойчивость растений к стрессу. |
слюнныхжелез. |
|
||
Соросовский образовательный |
ОдновременносамплификациейДНКв |
|||
|
|
|
|
|
журнал : 5-13, 1997. |
пуфах этого типа происходит активная |
|||
|
|
|
|
|
Лозовская Е.Р., Левин А.В., Евгеньев М.Б. |
транскрипция. |
|
||
Тепловойшокудрозофилыирегуляция |
Литература к разделу 13.11. |
|||
активности генома. Генетика &: 1749- |
||||
1762, 1982. |
Жимулев И.Ф. Хромомерная организация |
|||
Ashburner M., Bonner J. The induction of gene |
политенных хромосом. Новосибирск, |
|||
|
|
|
|
|
activity in Drosophila by heat shock Cell |
Наука, 306-315, 1994. |
|
||
|
|
|
|
|
%: 316-395., 1979. |
13.12. Использование |
|
||
Georgopoulos C., Welch W.J. Role of the |
|
|||
major heat shock proteins as molecular |
политенных хромосом |
|
||
chaperones. Annu. Rev. Cell Biol. ': 901- |
в генетическом анализе |
|||
934, 1993. |
Как продемонстрировали в 1932 году |
|||
Mayer M.P., Bukau B. Molecular chaperones: |
Дж. Паттерсон и в 1934-1935 гг. О. |
|||
the busy life of hsp90. Current Biol. ': |
МакКензен, маленькие делеции можно |
|||
R322-R325, 1999. |
успешно |
использовать для |
точного |
|
Morimoto R.I. Cell in stress: transcriptional |
картирования генов (Рис. 13.26). |
|
||
activation of heat shock genes. Science |
|
С использованием этого метода, в |
||
#': 1409-1410, 1993. |
1930-x годах были прокартированы гены с |
|||
Morimoto R.I. Regulation of the heat shock |
очень большой точностью, вплоть до |
|||
transcriptional response: cross talk |
|
|
|
|
|
Рисунок 13.26 |
|
||
between a a family of heat shock factors, |
|
|
|
|
molecular chaperones, and negative |
|
|
|
|
regulators. Genes Developm. : 3788- |
|
|
|
|
3796, 1998. |
|
|
|
|
Nover L et al., The heat shock response of |
|
|
|
|
enkaryotic cells. Biol. Zbl. !: 357-435, |
|
|
|
|
1984. |
|
|
|
|
Schlesinger M.J., Ashburner M., Tissieres A. |
|
|
|
|
(eds) Heat shock, from bacteria to man. |
|
|
|
|
Cold Spring Harbor, Gold Spring Harbor |
|
|
|
|
Laboratory Press, 1-440, 1982. |
|
|
|
|
13.11. ÄÍÊ-ïóôû
Â1954годубразильскиеученыеК.Паван
èМ.Бройерустановили,чтовнекоторыхпуфах сциарид в ходе их развития присходит
амплификация ДНК. В результате |
Гетерозиготная делеция в политенных |
|
декомпактизациии,следовательно,уменьшения |
||
хромосомах дрозофилы. На рисунке |
||
концентрации ДНК в объеме пуфа, обычные |
||
показаны нормальный гомолог, образующий |
||
РНК-пуфытеряютокрашиваемостьивыглядят |
петлю, и гомолог с делецией (слева) (Из: |
|
на препаратах светлыми и прозрачными. |
Painter, 1934). |
334
Политенные хромосомы |
Глава 13 |
|
|
|
|
Рисунок 13.27 |
|
à |
à' |
40A |
|
40A |
|||
41D |
|
|
41D |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
á |
á' |
81F
81F
82F
82F
Фрагменты политенных хромосом дрозофилы, у которых с помощью микроманипулятора удален участок прицентромерного гетерохроматина 40A-41D (а, а’) и или гетерохроматиновый участок 81F (б, б’). а и б – целые участки хромосом, а’ и б’ – те же участки, но после удаления участка гетерохроматина.
единственного диска и даже частей диска политенных хромосом. К настоящему времени многие сотни генов дрозофилы точнопрокартированынакартахполитенных хромосом с помощью делеций.
Этот метод цитогенетического картирования в настоящее время дополняется методом гибридизации in situ, который позволяет картировать гены с точностьюдонесколькихдесятковтысячпар нуклеотидов.
Использование политенных хромосом, средидругихпреимуществтакогообъектакак дрозофила, оказалось решающим фактором в быстром развитии методов клонирования (“ходьбы” и “прыжков”), а также в анализе структурыиэкспрессиигенов.
В частности именно с использованием политенных хромосом было установлено, что гормон влияет на развитие именно через активированиегенов.Именнонаполитенных хромосомах было установлено, что изменение активности генов под действием гормонов носит наследственный характер. На политенных хромосомах было открыто общебиологическое явление ответа клеток на стресс или синдром теплового шока.
Крупным шагом в понимании организации и функции хромосом и генома в целом был сделан с развитием приемов микроклонирования,чтопозволяетвыбирать район хромосомы, вырезать его с помощью микроманипулятора (Рис. 13.27) и создавать библиотеку микроклонов из данного района политенной хромосомы. С помощью этого
335
Глава 13 |
Политенные хромосомы |
|
|
Рисунок 13.28
Первый рисунок гетерозиготной инверсии в X-хромосоме Drosophila melanogaster (Из: Painter, 1934).
метода проклонирована существенная часть X-хромосомы и левого плеча второй хромосомы, созданы библиотеки клонов из прицентромерногогетерохроматина.
Гетерозиготныеинверсииоченьхорошо виднывполитенныххромосомах(Рис.13.28). Ихисследованиеоченьважновгенетическом анализепопуляций.
Литература к разделу 13.12.
Жимулев И.Ф. Политенные хромосомы: морфология и структура. Новосибирск, Наука, 306-308, 1992.
Painter T. J. Salivary chromosomes and the attack on the gene. Hereditas 25: 465-476, 1934.
336