Молекулярная организация хромосом, механизмы их компактизации

Термин хромосома был предложен В.Вальдейером в 1888 году для обозначения интенсивно окрашенных структур, наблюдаемых в ядре во время деления клетки. В интерфазе хромосомы деконденсируются и представлены в виде хроматина. В хроматине выделяют два типа участков: эухроматин, который транскрибируется и является генетически активным, и гетерохроматин, который не может быть транскрибирован и, таким образом, генетически неактивен. В метафазе клеточного деления хромосомы достигают максимальной конденсации, что позволяет точно идентифицировать хромосомы и изучить их морфологию. Каждая хромосома состоит из одной или двух молекул ДНК (в зависимости от периода клеточного цикла), которые, связываясь с гистоновыми и негистоновыми белками, образуют нуклепротеиновые комплексы с разным уровнем конденсации.

1 уровень – спираль ДНК

2 уровень – нуклеосома

Благодаря гистонам, хроматин имеет нуклеосомную организацию.

при электронной микроскопии препаратов хроматина можно видеть, что нити хроматина представляли собой “бусы на нитке”:

а) Основа каждой нуклеосомы

глобула (около 10 нм) из 8 молекул гистонов (октамер).

б) Двуцепочечная молекула ДНК последовательно " намотана" на огромное количество таких глобул,

делая вокруг каждой из них 1, 75 оборота

Каждая глобула, связана друг с другом отрезками ДНК длиной около 20 нм.

Октамер гистонов образует белковую основу-сердцевину (кор), по поверхности которой располагается ДНК величиной в 146 п.н., образующая 1, 75 оборота; остальные 54 п.н. ДНК образуют участок, несвязанный с белками сердцевины - линкер, который, соединяя две соседние нуклеосомы, переходит в ДНК следующей нуклеосомы. Следовательно, полная нуклеосома содержит около 200 п.н. ДНК, октамер сердцевинных (коровых) гистонов и одну молекулу гистона H1. Молекулярная масса полной нуклеосомы - 262000 Да. На весь гаплоидный геном человека (3 х 109 пар оснований) приходится 1, 5 х 107 нуклеосом.

3 уровень – соленоидный или нуклеомерный (супербидный)

Нить плотно упакованных нуклеосом диаметром 10 нм образует спиральные витки с шагом спирали около 10 нм. На один виток приходится 6 нуклеосом. В результате такой упаковки возникает фибрилла спирального типа с центральной полостью, которая иногда на негативно окрашенных препаратах бывает видна как узкий «канал» в центре фибриллы. Гистон H1 обеспечивает взаимодействие между соседними нуклеосомами, не только сближая и связывая их друг с другом, но и обеспечивая кооперативную связь нуклеосом так, что образуется довольно плотная спираль из 30 нм фибриллы.Соленоидный уровень укладки хроматина обеспечивает 40 кратное уплотнение ДНК, Второй уровень компактизации ДНК играет роль фактора, инактивирующего гены.

4 уровень- Петлевые домены ДНК

Образование третьего уровня связано с негистоновыми белками. специфические белки связываются с особыми участками ДНК, которые в местах связывания образуют большие петли или домены. Этот уровень компактизации ДНК связаны не с ее дополнительной спирализацией, а с образованием поперечной петлистой структуры, идущей вдоль интерфазной или митотической хромосомы.Количество петель в такой розетке может составлять 15-80, а общая величина ДНК может достигать 200 т.п.н., с суммарной длиной ДНК до 50 мкм. Розетки фибрилл хроматина – хромомеры - приводят уже к 600-кратной компактизации ДНК. 300 нм-фибриллы дополнительно сворачиваются, образуя хроматиды диаметром примерно 600-700 нм.

5 и 6 уровень – хроматидный и хромосомный

Диаметр равен 1400 нм. Метафазная хромосома уже удвоена. Она состоит из двух хроматид. Каждая из них содержит одну молекулу ДНК.

Сюда входят белки ядерной ламины, серия белковых нитей, сопряженных с ядерной оболочкой и пронизывающих все ядро.