29.4. Нуклеосомы - повторяющиеся субъединицы хроматина

Как происходит взаимодействие гистонов с ДНК и образование нити хроматина? Основываясь на данных, полученных различными методами, Роджер Корнберг (Roger Kornberg) высказал в 1974 г. предположение, что хроматин состоит из повторяющихся субъединиц, каждая из которых включает 200 пар оснований ДНК

Рис. 29.4. Электронная микрофотография хроматина. Частицы, похожие на бусины, имеют диаметр около 100 А. (Печатается с любезного разрешения д-ра Ada Olins и д-ра Donald Olins.)

и по 2 молекулы гистонов Теперь эти повторяющиеся единицы называют нуклеосомами. Большая часть ДНК намотана на гистоновую сердцевину (гистоновый кор). Остальная ДНК, так называемый линкер, или межнуклеосомная ДНК, соединяет соседние нуклеосомы и обеспечивает гибкость хроматиновой нити. Таким образом, хроматиновая нить представляет собой гибкую цепочку нуклеосом, напоминающую бусины на нитке.

Целый ряд экспериментальных данных свидетельствует в пользу этой модели структуры хроматина.

1. Электронная микроскопия. На электронных микрофотографиях хроматина видны группы расположенных друг за другом бусин диаметром 100 А, соединенных тонкой нитью (рис. 29.4). Степень растяжения хроматиновой нити зависит от способа подготовки образцов для микроскопии. Некоторые методы дают электронные микрофотографии с более компактным расположением -ангстремных бусин. Следовательно, электронная микроскопия прямо подтверждает, что хроматин - цепочка почти сферических частиц, между которыми расположены гибкие участки.

2. Дифракция рентгеновских лучей и нейтронов. При рентгеновской дифракции на нитях хроматина также виден повтор длиной 100 А. Нейтронная дифракция показывает, что ДНК расположена снаружи нуклеосомы.

3. Нуклеазный гидролиз. Свободную ДНК в растворе можно расщепить по любой из ее фосфодиэфирных связей с помощью панкреатической дезоксирибонуклеазы I (ДНКазы I) или микрококковой нуклеазы. ДНК в хроматине, за исключением нескольких участков, наоборот, защищена от гидролитического действия нуклеазы. Характер расщепления хроматина поражает своей простотой: на электрофореграмме видна лесенка четко выраженных полос (рис. 29.5). В этих фрагментах содержатся фрагменты ДНК, кратные основному повтору длиной примерно 200 пар оснований. Электронные микрофотографии показывают, что число сферических частиц во фрагменте хроматина равно числу -парных повторов (рис. 29.6). Например, фрагмент, содержащий ДНК длиной 600 пар оснований, состоит из трех -анг-стремных частиц. Следовательно, бусина, видимая на электронной микрофотографии, соответствует нуклеосоме, получаемой при нуклеазном гидролизе.

4. Реконструкция. Если добавить гистоны к ДНК аденовируса или обезьяньего вируса SV-40, можно получить in vitro xpoматиноподобную нить. Количество ДНК, связанной с нуклеосомой в таких системах реконструкции, составляет около 200 пар оснований. Кроме того, для образования нуклеосомы необходимо эквимолярное количество гистонов Если

какого-либо гистона в смеси для реконструкции оказывается недостаточно, образования характерных бусин не происходит. Однако гистон для реконструкции не нужен; этот факт перекликается с тем, что гистон присутствует не во всех нуклеосомах эукариотических клеток. Исследования дифракции рентгеновских лучей также показывают, что для получения картины, характерной для хроматина, необходимо добавить гистоны