0000001 (18)

ROZDZIAŁ

37

Chromosomy i ekspresja genów w komórkach eukariotycznych

Rys. 37-1. Chromosomy szczoteczkowe z oocytów płaza — mikrofotografia z kontrastem fazowym. Smihtute szczoteczki tworzą wydluZonc pętle chromatyny. które u pokryte powstającym RNA. połączonym z białkiem. (Dzięki uprzcjmojci: I>r. Joseph Gall|

Chromosomy eukariotyczne są większe i mają wyższy stopień organizacji strukturalnej niż prokariotyczne. Genomy drożdży, muszki owocowej i człowieka zawierają od około 4 (drożdże), 40 (muszka owocowa) do 1000 (człowiek) razy więcej DNA niż genom Escherichia coli. Ta zasobność wyposażyła Eukaryota w możliwości, których nie mają Prokaryola i stawiała dodatkowe wyzwania w procesach replikacji i ekspresji.

Ten rozdział skupia się na trzech problemach dotyczących chromosomów i ekspresji genów eukariotycznych: 1) Jak eukariotyczny DNA jest zapakowany i w jaki sposób ulega replikacji? Kluczową rolę w skondensowaniu DNA odgrywają białka zasadowe, nazywane historiami. DNA jest nawinięty wokół nich, tworząc nukleosomy. przypominające sznur korali. Cały kompleks DNA-bialko nazywany jest chrumutyną. 2) W jaki sposób jseny są zorganizowane na chromosomie eukariotycznym? Uderzającą cechą genomu wyższych cukariotów jest duia ilość sekwencji powtórzom/ch i stosunkowo molo ilość sekwencji kodujących białka. 3) Jak u cukariewów kontrolowana jest ekspresja genów? Tak jak u prokariotów, kontrola przebiega głównie na poziomic transkrypcji. Geny n cukariotów są »• mżę-kszości nieaktywne (sileni), dopóki nie zostaną aktywowane (wląc&me) przez wiązanie białkowych czynników transkrypcyjnych (aktywatorów) do licznych miejsc regulatorowych na DNA. Aktywatory współdziałają ze sobą. umożliwiając złożenie aparatu transkrypcyjnego w miejscu irócja-lorowym. W rozdziale tym zostanie rozważona trójwymiarowa sini kutra

Rysunek tytułowy: Strukturo motlulu suwaku leucynowego (kolor żółty i jasnoniebieski) związanego z DNA (czerwony i zielony). Białka zawierające suwaki Irucyrtowe mlgrywapą 1łączową fołf w kontroli ekspresji genów eukariotycznych. Wzajemne edtlziaływama regutiumie rozmieszczonych reszt łeucyny (ciemnoniebieski i pomarańczowy) stabilizują superhelika&ne rejon tych regulatorów transkrypcji. (Narysowano według: iysa.pdb. T.E. Ellengerger. fZJ. Hrandi. K. Stnihl. S.C. Harrison. Celi 71(1992):1223J

kilku modułów białkowych wiążących DNA — palców cynkowych, receptorów jądrowych, suwaków leucynowych, homcodomen — ponieważ powtarzają sic one w wielu regulatorach transkrypcyjnych, od drożdży do człowieka. Spróbujemy zrozumieć cykl molekularny, który kieruje roz.wojem organizmów wielokomórkowych i umożliwia sprawowanie dynamiczaiej kontroli nad ich genomami.

Rozdział 37    1033

CHROMOSOMY I EKSPRESJA GENÓW W KOMÓRKACH EUKARIOTYCZNYCH

Chromosom eukariotyczny zawiera pojedynczą liniową cząsteczkę dwuniciowego DNA

W jaki sposób DNA jest upakowany w chromosomach? Przez wicie lat trudno było odpowiedzieć na to pytanie, ponieważ banizo długie cząsteczki DNA są niezwykle wrażliwe na działanie sil rozrywających, które powodują degradację cząsteczki. Bruno Zimm rozwiązał ten trudny problem stosując technikę wiskoelastyczną, która umożliwia określenie wielkości największych cząsteczek DNA. znajdujących się w mieszaninie. Komórki muszki owocowej poddawano lizie bezpośrednio w komorze pomiarowej dla uniknięcia pękania nici DNA, co może nastąpić w trakcie przenoszenia prób. Nukleazy inaktywowano przez inkubację lizatu z detergentem w 65°C. Dodatkowo dodano mieszaninę proteaz, aby strawić białka związane z DNA. Cząsteczki DNA byty prostowane wskutek przepływu roztworu, a nutępnie umożliwiono im swobodne zwinięcie się w formę kłębka. Okres półtrwania procesu zwijania zależy od masy cząsteczkowej.

Rys. 37-2. Autoradiografia czAsteczki DNA z Dwwphila melanogaster. (Z: R. Kavcnofl'. LC. Kloiz. B.H. Zimm. Cold Spring Horbor Symp. Quant. Bud. 38(1974):4)

Stwierdzono, że masa największych cząsteczek DNA w mieszaninie wynosiła 41 • lO⁶ kDa, co ściśle odpowiada wielkości określonej dla DNA. zawartego w największym chromosomie Drosophila mehmogaster 43-10® kDa. Doskonalą zgodność wyników uzyskano również dla zawierającego dodatkowy odcinek DNA translokacyjnego mutanta największego

Tabela 37-1. Zawartość DNA w kilku genomach {eukariotycznych i caikanotycznych

Organizm l	Liczba par zasad	Całkowita dhugość DNA (mm)	Liczba chromosomów
E coli	4 ■ 10*	1.4	1
Drożdże (S. coreósiae)	1,4 • 10'	*J6	16
Muszka owocowa (Drosophila melanogaster)	1,7- 10*	56	4
Człowiek	3,9 ■ 10’	1326	23

Uwaga- podane wartości dotyczą genomu haploidalnego.

Mtgazasada (Ml) —

Długość fragmentu DNA. składającego się z 10* par zasad (jeśli jest dwuniciowy) lub 10* zasad (jeśli jest jednoniciowy).

I Mz - l()^ł kz - 10* zasad