Хромосомы в интерфазном ядре

Хромосомы в интерфазном ядре

Программная обработка изображений, полученных при помощи электронной микротомографии (слева), позволяет оценить объемную концентрацию хроматина в участке ядра

Horng D. Ou et al / Science 2017

Специалисты из Университета Калифорнии (США) разработали новый метод окраски ДНК, который позволяет избирательно «разглядеть» хроматин — ДНК в комплексе с белками — в ядре при помощи электронной микроскопии. Благодаря усовершенствованному окрашиванию, исследователям удалось прямо в клетке изучить трехмерную структуру хроматина как в интерфазном ядре, так и в составе хромосом в процессе клеточного деления. Упорядоченных уровней упаковки хроматина, которые изображают в учебниках, ученые не нашли. Оказалось, что хроматин в ядре и в хромосомах на самом деле упакован «как попало». Исследование опубликовано в журнале Science.

Суммарная длина ДНК в клетке человека составляет около двух метров, а объем ядра, где она содержится, — несколько микрометров. Классическая модель, описанная в учебниках, предполагает, что ДНК содержится в ядре в упакованном виде. Начальный уровень компактизации представляет собой комплекс ДНК с белками-гистонами. Когда ДНК и гистоны объединяли в пробирке, они формировали структуру диаметром 11 нанометров, напоминающую бусы, где ДНК была через равные промежутки намотана на гистоновые комплексы. Предполагалось, что такая нить уложена в фибриллы диаметром 30 нанометров.

Для того чтобы в митозе из деконденсированного хроматина сформировать хромосомы, фибриллы должны последовательно упаковаться в 120-нанометровые структуры, затем в хроматиды диаметром 300 и 700 нанометров. Все эти структуры действительно наблюдали, однако в искусственных условиях — ДНК формирует их либо в растворе, либо в специально обработанных ядрах, из которых удалили все лишние компоненты.

Структура хроматина — классическая модель

Чтобы решить проблему контрастирования хроматина в клетке для последующего микроскопирования, специалисты из Национального центра микроскопии и исследования изображений университета Калифорнии разработали трехступенчатую схему окраски.

Ученые подобрали флуоресцентный краситель, специфично связывающийся с ДНК прямо в клетке, который при возбуждении создавал бы вокруг себя локальное повышение концентрации свободных радикалов. Этот эффект должен был поспособствовать полимеризации другого вещества, диаминобензидина, которым специально обрабатывали клетки. Получившаяся полимерная пленка на поверхности ДНК хорошо связывала оксид осмия —препарат, использующийся для контрастирования образцов в электронной микроскопии.

Таким образом, ученым удалось добиться селективного окрашивания ДНК, которое бы позволило с высоким разрешением «прижизненно» изучать хроматин.

В основном эксперименте исследователи обратились к электронной микротомографии (EMT). В окрашенных клетках эпителия и остеосаркомы человека были сделаны снимки множества слоев, которые затем объединили в трехмерное изображение. Так как метод получения изображения объединил селективное окрашивание хроматина и томографию, ученые назвали его ChromEMT.

Измерение диаметра нитей хроматина в участке с «плотной упаковкой»

При наблюдении некоторых живых клеток, особенно растительных или же клеток после фиксации и окраски, внутри ядра выявляются зоны плотного вещества. В состав хроматина входит ДНК в комплексе с белком. В интерфазных клетках хроматин может равномерно заполнять объем ядра или же располагаться отдельными сгустками (хромоцентры). Часто он особенно четко выявляется на периферии ядра (пристеночный, примембранный хроматин) или образует внутри ядра переплетения довольно толстых (около 0. 3 мкм) и длинных тяжей, образующих подобие внутриядерной цепи.

Читайте также:  Злокачественные новообразования губы

Хроматин интерфазных ядер представляет собой несущие ДНК тельца (хромосомы), которые теряют в это время свою компактную форму, разрыхляются, деконденсируются. Степень такой деконденсации хромосом может быть различной в ядрах разных клеток. Когда хромосома или ее участок полностью деконденсирован, тогда эти зоны называют диффузным хроматином. При неполном разрыхлении хромосом в интерфазном ядре видны участки конденсированного хроматина (иногда называемого гетерохроматин). Показано, что степень деконденсации хромосомного материала в интерфазе может отражать функциональную нагрузку этой структуры. Чем более диффузен хроматин интерфазного ядра, тем выше в нем синтетические процессы. Падение синтеза РНК в клетках обычно сопровождается увеличением зон конденсированного хроматина.

Максимально конденсирован хроматин во время митотического деления клеток, когда он обнаруживается в виде плотных телец — хромосом. В этот период хромосомы не несут никаких синтетических нагрузок, в них не происходит включение предшественников ДНК и РНК.

Исходя из этого можно считать, что хромосомы клеток могут находиться в двух структурно-функциональных состояниях:

в рабочем, частично или полностью деконденсированном, когда с их участием в интерфазном ядре происходят процессы транскрипции и редупликации;

в неактивном — в состоянии метаболического покоя при максимальной их конденсированности, когда они выполняют функцию распределения и перенося генетического материала в дочерние клетки.

В химическом отношении препараты хроматина представляют собой сложные комплексы дезоксирибонуклеопротеидов, в состав которых входит ДНК и специальные хромосомные белки — гистоны. В составе хроматина обнаружено также РНК. В количественном отношении ДНК, белок и РНК находятся как 1: 1, 3: 0, 2. О значении РНК в составе хроматина еще нет достаточно однозначных данных. Возможно, что эта РНК представляет собой сопутствующую препарату функцию синтезирующейся РНК и поэтому частично связанной с ДНК или это особый вид РНК, характерный для структуры хроматина.

Микроорганизмы:

Дрожжи

Дрожжи — это похожие на бактерии простейшие одноклеточные растения, но они принадлежат семейству грибов. Их клетки бол.

Митохондрии прокариот

Митохондрии – это источник энергии клеток. Митохондрии можно сравнить с «батарейками», которые расположены в цитоплазме .

Популярные статьи

  • Саннтарно-бактериологический контроль методом исследования смывов
  • СТРОЕНИЕ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ
  • Санитарно-микробиологическое исследование воды. Микрофлора воды
  • Культивирование микроорганизмов
  • Основные факторы патогенности микробов
  • Неспецифические факторы защиты
  • Санитарно-микробиопогическое исследование молока и молочных продуктов

Исследования

  • История изучения бактерий
  • Клеточная инженерия
  • Клинически важные бактерии
  • Лекарственные препараты
  • Микроскопы
  • Новости
  • Экологические проблемы
  • Новости науки

Разделы

  • Биотехнологии
    • В промышленности
    • Новости
    • Биотехнология в медицине
    • Биотехнологии
    • В сельском хозяйстве
    • Внедрение биотехнологий
  • Микроорганизмы
    • В пищевой промышленности
    • В жизни человека
    • Виды микроорганизмов
    • Микробиологи
    • Микроорганизмы в воде
    • Микроорганизмы в почве
  • Микроорганизмы

Вирусы:

Вирусы под микроскопом

Типы бактериофагов

Живая часть вируса

Открытие мелких микроорганизмов

Основы вирусологии:

Вирусы гепатита а, в и с

Этиология. Термин «вирусный гепатит» объединяет две болезни: инфекционный гепатит (болезнь Боткина) — гепатит А и сыво.

Вич-инфекция

Возбудителем ВИЧ-инфекции является вирус иммунодефицита человека: ВИЧ — может быть двух типов (1 и 2) (по-английски HI.

Цитомегаповирусная инфекция

Несмотря на то, что прошло более столетия после первого описания цитомегалии и треть века после открытия цито-мегалови.

Читайте также:  Лактазная недостаточность у взрослого симптомы

Авторизация

Пространственное расположение хромосом в интерфазном ядре

Представление о том, что митотические хромосомы после деления клеток превращаются в хроматин интерфазного ядра, не теряют своей целостности (не распадаются на фрагменты), а сохраняют свою физическую индивидуальность, переходя лишь в разрыхленное, деконденсированное состояние, было высказано Т. Бовери еще в 1887 г. Эти представления получили название теории непрерывности хромосом, которая гласит: хромосомы, вошедшие в состав дочернего ядра в телофазе, сохраняются в нем хотя бы и в очень измененном виде в качестве индивидуальных структур и появляются снова в собственном смысле слова в следующей профазе.

Основой для этого вывода послужило наблюдение Е. Бовери за поведением хромосом в дробящихся яйцах одного из видов аскариды (Ascaris megalocephala univaiens), в клетке которой всего две хромосомы. Было обнаружено, что в профазе первых двух делений зиготы хромосомы вновь обнаруживаются в местах бывших телофазных хромосом предыдущего деления, повторяя их форму и локализацию (рис. 48). Конечно эти наблюдения не могут служить прямым доказательством этой теории, но являются основой для высказывания предположения о судьбе хромосом в клеточном цикле. Однако, кроме этого наблюдения существует целая серия косвенных данных, говорящих в пользу теории непрерывности хромосом. Вот некоторые из них.

Было найдено, что в интерфазных ядрах целого ряда объектов удается регистрировать отдельные специфические участки, аналогичные по своим свойствам теломерам и центромерам митотических хромосом. Так, например, у некоторых луков все хромосомы имеют постоянно конденсированные участки на теломерах (рис. 49). Эти теломеры митотических хромосом обладают свойством окрашиваться как C-сегмент. В интерфазных ядрах этих видов также обнаруживаются C-положительные зоны, в количестве вдвое меньшем, чем число плечей митотических хромосом, вероятно, за счет того, что в интерфазе эти теломерные участки соседних хромосом могут ассоциировать друг с другом. Интересно, что в интерфазном ядре эти участки располагаются на одном из полюсов, как бы повторяя теломерную ориентацию хромосом в митозе.

Подобным же образом можно наблюдать в интерфазных ядрах центромерные участки хромосом. Так у мыши центромеры всех акроцентрических хромосом интенсивно окрашиваются по методике выявления C-сегментов (рис. 50). Таким же свойством обладают связанные с периферией ядра плотные участки интерфазного хроматина — хромоцентры. Показано, что эти участки по своей молекулярной композиции аналогичны центромерным участкам митотических хромосом.

Наконец, в интерфазных клетках можно наблюдать целые отдельные хромосомы; например, одну из X-хромосом самок млекопитающих. Правда, такие целиком конденсированные хромосомы (тельца Барра) не обладают общей морфологией митотических хромосом, но по объему и количеству ДНК полностью соответствуют X-хромосоме в митозе. У пашенной полевки (Microtus agrestis) Х половые хромосомы обладают способностью целиком интенсивно окрашиваться по C-методике. В интерфазных ядрах различных клеток этого животного можно с помощью этой же окраски видеть два больших блока интенсивно окрашенного хроматина в клетках самок.

Каково же пространственное расположение отдельных деконденсированных интерфазных хромосом в трехмерном объеме клеточного ядра? Существует ли какой-либо порядок в размещении хромосом в интерфазном ядре или же они хаотически разбросаны внутри ядра? Первые исследования о порядке расположения хромосом внутри ядра принадлежат К. Раблю (1885), который изучая профазные ядра растений, предположил, что внутри ядра хромосомы повторяют свою анафазную ориентацию (центромеры — на одном полюсе, теломеры на другом) в течение всего клеточного цикла.

Читайте также:  Агри способ применения

В пользу этого говорит расположение в интерфазном ядре центромерных и теломерных участков деконденсированных хромосом. Но особенно демонстративно это положение было показано при изучении пространственной локализации политенных хромосом. С помощью послойных оптических разрезов, используя компьютерную технику воспроизведения изображения, удалось создать объемную стереоскопическую реконструкцию интерфазного ядра и проследить в его трехмерном пространстве каждую из четырех гигантских политенных хромосом (рис. 51). Было обнаружено, что действительно в объеме ядер хромосомы располагаются повторяя ана-телофазную ориентацию (т.н. ориентацию по Раблю). При этом каждое плечо хромосомы занимает определенную зону, объем которой не заходит в объем соседних хромосом, хотя они расположены тесно друг с другом. Каждая из хромосом образует пологую правую спираль (5-7 витков), которая в нескольких местах связана с ядерной оболочкой, как бы фиксируясь на ней. Фиксированы на ядерной оболочке и теломерные участки всех хромосом, которые располагаются на одном из полюсов интерфазного ядра. На противоположном полюсе ядра также в связи с ядерной оболочкой располагаются центромерные районы хромосом, часто объединенные в один хромоцентр — крупный блок интерфазного хроматина.

Прямые наблюдения за локализацией в ядре интерфазных хромосом были сделаны используя метод FISH (флуоресцентная in situ гибридизация нуклеиновых кислот) в сочетании с конфокальной микроскопией. Вначале были выделены индивидуальные митотические хромосомы, из них были получены ДНК, которые метились разными флуорохромами. Такие меченые хромосомные ДНК наносились на препараты интерфазных ядер, ДНК которых была предварительно денатурирована. В результате молекулярной гибридизации флуоресцирующая ДНК ренатурировала только со сходной хромосомой. С помощью конфокального микроскопа просматривалась флуоресцентная метка в трехмерном пространстве интерфазного ядра. Было обнаружено, что интерфазное ядро состоит из тесно расположенных хромосомных территорий, объем которых значительно превосходил объем митотических хромосом. Некоторые особенно крупные хромосомы действительно проявляли ана-телофазную ориентацию.

Суммируя общие представления о формах организации хромосом можно прийти к заключению, что они могут находиться в двух альтернативных состояниях, в двух морфологических выражениях: 1 — максимально конденсированное, компактное, метаболически неактивное, транспортное состояние, предназначенное для того, чтобы в минимальном объеме без структурных нарушений перенести во время клеточного деления огромные по длине молекулы ДНК; 2 — деконденсированное, при котором линейная длина развернутых хромосом увеличивается в десятки, а иногда и в сотни раз, метаболически активное состояние, связанное с синтезом ДНК и РНК (интерфаза).

Отличительной особенностью интерфазной хромосомы от митотической, кроме всего, является то, что по своей длине она может быть деконденсирована, развернута неравномерно — есть участки полной деконденсации и есть участки, находящиеся в плотном, деконденсированном и, соответственно, в неактивном состоянии. Это и придает интерфазному ядру своеобразную структуру, где хромосомы — хроматин — могут быть представлены то плотными блоками, то участками рыхлого, деконденсированного хроматина (рис. 52).

Ссылка на основную публикацию
Хондрома черепа
Небольшие выпуклости на кистях рук или на стопах, еле заметное уплотнение на грудной клетке или у основания черепа – даже...
Хлорофиллипт спиртовой для полоскания горла детям как разводить
Препарат «Хлорофиллипт» (Chlorophylliptum) содержит смесь хлорофиллов из листьев эвкалипта. Оказывает антибактериальное, противовоспалительное, антисептическое действия. Выпускают в виде масла, спрея, спиртового...
Хлортетрациклин на латинском
хлортетрациклин — хлортетрациклин … Орфографический словарь-справочник ХЛОРТЕТРАЦИКЛИН — Chlortetracyclinum. Синонимы: биомицин, ауреомицин, ксантомицин и др. Выпускают в виде основания и...
Хондромаляция правого коленного сустава
Определение Хрящ, находящийся под коленной чашечкой (надколенником) – естественный амортизатор. Чрезмерный износ, травма или другие факторы могут привести к заболеванию,...
Adblock detector