Чтение онлайн

Под действием пептидных гормонов увеличивается содержание сАМР, и поэтому стимулируется фосфорилирование Ser-37 гистона Н1 [43, 215]. В результате такого специфического фосфорилирования гистона Н1 усиливается транскрипция хроматина из тимуса теленка [121]. Тиротропин также стимулирует фосфорилирование гистона Н1 [212].

Полиамины — спермин и спермидин, принимающие участие в делении и росте клеток, стимулируют фосфорилирование НГБ [171]. Когда с помощью фитогемагглютинина стимулировали деление лимфоцитов, на начальных стадиях происходило фосфорилирование НГБ [192].

Установлено, что гистон Н1 из печени плода фосфорилирован в большей степени, чем у взрослой особи [22]. Клетки печени плода делятся быстрее, чем клетки взрослой особи. Таким образом, имеется, по-видимому, корреляция между фосфорилированием гистона Н1 и делением клеток. Эти результаты подтверждаются тем фактом, что в регенерирующей печени гистон Н1 фосфорилируется в большей степени, чем другие гистоны [317].

Ацетилирование хромосомных белков также модулируется некоторыми факторами. Гидрокортизон стимулирует ацетилирование гистонов и одновременно усиливает синтез РНК [9, 10]. Таким образом, имеется хорошая корреляция между ацетилированием гистонов и активностью генов. Есть данные о том, что эстрадиол усиливает ацетилирование богатых аргинином гистонов из матки крыс [228], а также стимулирует синтез РНК [152]. Так как известно, что эстрадиол стимулирует транскрипцию в некоторых тканях, а ацетилирование гистонов, возможно, необходимо для транскрипции, было изучено влияние эстрадиола на ацетилирование гистонов из срезов головного мозга in vitro [349]. Было показано, что эстрадиол стимулирует ацетилирование как гистонов, так и НГБ, причем особенно сильно он стимулирует ацетилирование гистона Н4.

Гормоны, действие которых реализуется с помощью сАМР, также стимулируют ацетилирование гистонов. Эритропоэтин стимулирует ацетилирование гистонов и синтез РНК в клетках селезенки у мышей с полицитемией [338]. Адреналин также стимулирует ацетилирование гистонов, причем только гистонов Н3 и Н4 [349]. Двухвалентные катионы ингибируют активность гистон-ацетилтрансферазы и, следовательно, ацетилирование гистонов [33, 237]. Этот результат вызывает недоумение, так как хорошо известно, что двухвалентные катионы необходимы для активности ДНК-зависимой РНК-полимеразы. Есть данные, что цистеин сильно ингибирует ацетилирование гистонов [33]. ЛСД (диэтиламид лизергиновой кислоты) усиливает ацетилирование гистонов из мозга крыс [52].

Показано, что бутират — промежуточный продукт метаболизма жирных кислот — вызывает гиперацетилирование гистонов, причем он специфичен в отношении гистонов Н3 и Н4 [302]. Это осуществляется путем ингибирования гистон-деацетилазы [41, 68], так что если ацетатная группа введена в гистон, то она уже не удаляется. При этом, по-видимому, происходят конформационные изменения в нуклеосомах и увеличивается восприимчивость ДНК к ДНКазе I. Отсюда следует, что стимулирование транскрипции, наблюдающееся после ацетилирования, может объясняться такими конформационными изменениями в нуклеосомах, благодаря которым РНК-полимераза более эффективно связывается с ДНК. Показано также, что с увеличением ацетилирования гистонов Н3 и Н4 синтез ДНК подавляется [146]. Таким образом, ацетилирование гистонов, по-видимому, необходимо для транскрипции, но не для репликации.

Очень мало известно о модуляции метилирования хромосомных белков. Метилирование — процесс стабильный. Так как оно происходит главным образом в гистонах Н3 и Н4 и метильные группы не вступают в дальнейшие превращения, метилирование может играть роль в репрессии специфических генов, которая происходит на стадии дифференцировки. Было бы интересно выяснить, стимулируется ли при деметилировании гистонов активность специфических областей генома.

Есть сообщение, что кортизон усиливает метилирование НГБ в специфических хромосомных локусах [314], тогда как эстрадиол не влияет на метилирование гистонов [348]. Чрезвычайно важно, однако, что эстрадиол сильно ингибирует метилирование ДНК. Цитозин ДНК метилируется с образованием 5-метилцитозина. Такое метилирование может вызвать более сильное связывание ДНК с белками. Следовательно, ингибирование метилирования ДНК эстрадиолом может вызывать отделение ДНК от этих белков и усиливать транскрипцию. Изменения в структуре и функциях хроматина, вызываемые метилированием, требуют дальнейших исследований.

ADPрибозилирование гистонов представляет собой модификацию, в результате которой не только вводятся отрицательные заряды, но может также деформироваться комплекс хроматина. О возможности модуляции этой модификации известно мало. Поскольку это необратимый процесс, как и метилирование, он может быть необходим для дифференцировки и перевода клетки в постмитотическое состояние. Изучение этой модуляции поможет пролить свет на механизм дифференцировки и экспрессии генов.

Схема потока информации у эукариот выглядит следующим образом: ДНК->РНК->Белок. Скорость образования и количество различных белков, необходимых для осуществления специфических функций, может регулироваться на одном или на нескольких этапах: а) транскрипция гетерогенных ядерных РНК(гяРНК) — предшественников на хроматине; б) процессинг гяРНК-предшественников до зрелых мРНК, способных к трансляции; в) трансляция мРНК на рибосомах и г) разрушение белков различными факторами. Кроме того, количество активных и неактивных белков, способных к активированию, может регулироваться путем непосредственной модуляции активности белков, например их фосфорилированием и аденилированием. Транскрипция, которая является первым и главным этапом в приведенной выше последовательности событий, может модулироваться с помощью изменений в структурной организации хроматина. Эти изменения, по-видимому, могут касаться: а) образования нужной конформации ДНК, б) доступности ДНК для ДНК-полимеразы, в) степени ассоциации гистонов и НГБ с ДНК, г) модификаций гистонов и НГБ, изменяющих их ассоциацию с ДНК.

Изменения транскрипции и, следовательно, активности хроматина происходят во время дифференцировки. Когда активно делящиеся миобластные клетки сливаются, чтобы образовать многоядерную неделящуюся клетку мышцы, изменяется структура синтезируемой РНК и уменьшается ее общее количество [377], а образование рибосомной РНК (рРНК) сильно падает [87]. Это подтверждается тем фактом, что количество РНК, гибридизованной с ДНК после слияния клеток, значительно меньше, чем в делящихся клетках. Процентное содержание РНК с уникальными последовательностями оснований после слияния выше. Это указывает на то, что в дифференцированных клетках экспрессия специфических генов выше, чем других генов, в отличие от делящихся, недифференцированных клеток. Таким образом, во время и после дифференцировки происходят как качественные, так и количественные изменения активности хроматина. По-видимому, имеются контролирующие механизмы, воздействующие как на уникальные, так и на повторяющиеся последовательности ДНК. Клетки сердечной мышцы после рождения перестают делиться, и это сопровождается уменьшением транскрипции. Их ДНК становится менее восприимчивой к ДНКазе I, и температура ее плавления повышается [231].

Описанным выше наблюдениям не противоречат данные, согласно которым слияние миобластов сопровождается сильным увеличением активности креатинфосфокиназы (КФК), что указывает на более интенсивную транскрипцию ее мРНК [257, 259, 317а]. Показано, что активность КФК у цыпленка увеличивается в период дифференцировки в 20 раз, и причиной этому служит увеличение количества ММ-изофермента. Отсюда следует, что транскрибируется преимущественно ген М-субъединицы [235]. Другим важным изменением, происходящим во время дифференцировки сердечной мышцы, является полное прекращение синтеза ДНК-полимеразы [86].

Подобные изменения в транскрипционной активности хроматина происходят на стадии эмбриогенеза у амфибий [102] и морских ежей [118]. Качественные изменения наблюдаются и при индуцированной гормонами дифференцировке молочной железы [355]. Механизм, с помощью которого осуществляется дифференциальная экспрессия генов, неизвестен. Вопрос заключается в том, возникают ли изменения в хроматине — структурные и функциональные — после достижения зрелости и ведут ли эти изменения к старению организма. Для того чтобы найти ответ на эти вопросы, многие исследователи изучали разные свойства хроматина в зависимости от возраста.

В ряде работ измеряли температуру плавления (Tm) хроматина из печени и тимуса, и во всех случаях было обнаружено в старческом возрасте увеличение Tm [31,32, 149,208, 274, 296]. С помощью ЭВМ был изучен профиль температуры плавления хроматина; было обнаружено, что гиперхромизм и Tm в старости увеличиваются [297]. Это может объясняться увеличением с возрастом числа ковалентных связей между хромосомными белками и ДНК [147–150]. Данная точка зрения согласуется с тем, что количество белка, которое можно экстрагировать из хроматина с помощью солевого раствора, с возрастом уменьшается [274], а количество одноцепочечных разрывов в ДНК увеличивается [80], так как включение 3Н-тимидина в ДНК с возрастом увеличивается [143, 294, 311]. Показано, что ДНК печени старой мыши (20 мес) более чувствительна к S1– нуклеазе, чем ДНК мыши в возрасте от 1 до 15 мес [81]. При седиментации ДНК из мозга мыши в градиенте щелочной сахарозы образуются четыре полосы для старых животных и одна для молодых, что свидетельствует о деградации ДНК в старческом возрасте в результате одноцепочечных разрывов. Такие разрывы в ДНК могут обеспечивать центры для ее ковалентного связывания с хромосомными белками. Одним из факторов, который, по-видимому, способствует образованию разрывов, является диметилирование цитозина. Сообщается, что небольшая доля (3- 10 %) цитозина ДНК постсинтетически метилируется с образованием 5-метилцитозина [54, 322]. Эта модификация предохраняет данный сайт ДНК от расщепления ферментом рестрикции [37, 128, 304], в частности ферментом Нра II [240, 323]. В результате деметилирования цитозинов эти сайты могут стать восприимчивыми к расщеплению, что приведет к увеличению числа разрывов в ДНК. Известно, что содержание 5-метилцитозина в печени рыб с возрастом уменьшается [358]. Однако показано, что метилирование ДНК, выделенной из полушарий головного мозга крыс, в старости увеличивается [348]. Это может усиливать связь ДНК с гистонами и не только увеличивать Tm хроматина, но и уменьшать его матричную активность. Стабильны ли метильные группы ДНК — неизвестно, но весьма вероятно, что метилирование ДНК осуществляется ферментами, отличными от тех, которые метилируют гистоны.