Роль полианионов как конформеров и конкурентов ДНК в организации хроматина
Полианионные компоненты клеточного ядра, участвующие в организации хроматина, можно разделить на два класса. Первый класс перманентных и транзитных конформеров обеспечивает соответственно на длительное и короткое время специфические конформации фрагментов ДНК и/или особенные состояния соответствующи...
Збережено в:
| Дата: | 1985 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
1985
|
| Назва видання: | Биополимеры и клетка |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/152288 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Роль полианионов как конформеров и конкурентов ДНК в организации хроматина / В.Д. Папонов // Биополимеры и клетка. — 1985. — Т. 1, № 4. — С. 179-182. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-152288 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1522882019-06-10T01:25:33Z Роль полианионов как конформеров и конкурентов ДНК в организации хроматина Папонов, В.Д. Структура и функции биополимеров Полианионные компоненты клеточного ядра, участвующие в организации хроматина, можно разделить на два класса. Первый класс перманентных и транзитных конформеров обеспечивает соответственно на длительное и короткое время специфические конформации фрагментов ДНК и/или особенные состояния соответствующих участков фибрилл хроматина. Второй класс полианионов выполняет роль конкурентов с ДНК за компоненты хроматина. Так называемые «факторы сборки хроматина», встречающиеся в некоторых клетках в виде комплексов с молекулами внехромосомного пула гистонов, являются представителями второго класса ядерных полианионов. Функциональный смысл образования указанных комплексов может состоять в предотвращении конкуренции гистонов за ДНК, которая вызывает in vitro сборку или реорганизацию хроматина в нуклеопротеид, полностью лишенный гистона НІ уже при 1,5 – 2-кратном весовом избытке суммарного гистона над ДНК. Поліаніонні компоненти клітинного ядра, що беруть участь в організації хроматину, можна розділити на два класи. Перший клас перманентних і транзитних конформерів забезпечує відповідно на тривалий і короткий час специфічні конформації фрагментів ДНК та/або особливі стану відповідних ділянок фібрил хроматину. Другий клас поліаніонів виконує роль конкурентів з ДНК за компоненти хроматину. Так звані «фактори збірки хроматину», що зустрічаються в деяких клітинах у вигляді комплексів з молекулами позахромосомного пулу гістонів, є представниками другого класу ядерних поліаніонів. Функціональний сенс утворення зазначених комплексів може полягати в запобіганні конкуренції гістонів за ДНК, яка викликає in vitro збирання або реорганізацію хроматину в нуклеопротеїд, повністю позбавлений гістона Н1 вже при 1,5–2-кратному ваговому надлишку сумарного гістона над ДНК. Polyanionic components of cell nucleus participating in chromatin organization may be devided into two classes. The first class of permanent and transitive conformons provides specific conformations of DNA fragments and/or special states of corresponding sites of chromatin fibers for a long and short period of time, respectively. The second class of polyanions fulfils the role of competitors with DNA for the chromatin components. So-called «factors of chromatin assembly occurring in some cells as complexes with molecules of nonchromosomal histone pool are representatives of the second class of the nuclear polyanions. The functional role of formation of the above complexes may be in prevention of histone competition for DNA, which causes in vitro the assembly or reorganization of chromatin into the nucleoprotein completely devoid of the histone HI even at 1.5–2-fold weight excess of the whole histone over DNA. 1985 Article Роль полианионов как конформеров и конкурентов ДНК в организации хроматина / В.Д. Папонов // Биополимеры и клетка. — 1985. — Т. 1, № 4. — С. 179-182. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. 0233-7657 DOI:http://dx.doi.org/10.7124/bc.00017F http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/152288 612.398.145.1:612.015.3:547.962.2:576.315.42 ru Биополимеры и клетка Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Структура и функции биополимеров Структура и функции биополимеров |
| spellingShingle |
Структура и функции биополимеров Структура и функции биополимеров Папонов, В.Д. Роль полианионов как конформеров и конкурентов ДНК в организации хроматина Биополимеры и клетка |
| description |
Полианионные компоненты клеточного ядра, участвующие в организации хроматина, можно разделить на два класса. Первый класс перманентных и транзитных конформеров обеспечивает соответственно на длительное и короткое время специфические конформации фрагментов ДНК и/или особенные состояния соответствующих участков фибрилл хроматина. Второй класс полианионов выполняет роль конкурентов с ДНК за компоненты хроматина. Так называемые «факторы сборки хроматина», встречающиеся в некоторых клетках в виде комплексов с молекулами внехромосомного пула гистонов, являются представителями второго класса ядерных полианионов. Функциональный смысл образования указанных комплексов может состоять в предотвращении конкуренции гистонов за ДНК, которая вызывает in vitro сборку или реорганизацию хроматина в нуклеопротеид, полностью лишенный гистона НІ уже при 1,5 – 2-кратном весовом избытке суммарного гистона над ДНК. |
| format |
Article |
| author |
Папонов, В.Д. |
| author_facet |
Папонов, В.Д. |
| author_sort |
Папонов, В.Д. |
| title |
Роль полианионов как конформеров и конкурентов ДНК в организации хроматина |
| title_short |
Роль полианионов как конформеров и конкурентов ДНК в организации хроматина |
| title_full |
Роль полианионов как конформеров и конкурентов ДНК в организации хроматина |
| title_fullStr |
Роль полианионов как конформеров и конкурентов ДНК в организации хроматина |
| title_full_unstemmed |
Роль полианионов как конформеров и конкурентов ДНК в организации хроматина |
| title_sort |
роль полианионов как конформеров и конкурентов днк в организации хроматина |
| publisher |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| publishDate |
1985 |
| topic_facet |
Структура и функции биополимеров |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/152288 |
| citation_txt |
Роль полианионов как конформеров и конкурентов ДНК в организации хроматина / В.Д. Папонов // Биополимеры и клетка. — 1985. — Т. 1, № 4. — С. 179-182. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. |
| series |
Биополимеры и клетка |
| work_keys_str_mv |
AT paponovvd rolʹpolianionovkakkonformerovikonkurentovdnkvorganizaciihromatina |
| first_indexed |
2025-07-13T02:44:52Z |
| last_indexed |
2025-07-13T02:44:52Z |
| _version_ |
1837498057760964608 |
| fulltext |
20. Lukashin Α. VVologodskii Α. V., Frank-Kamenetskii Μ. D. Comparison of different
theoretical description of helix-coil transitions in DNA —Biopolymers, 1976, 15, N 9,
p. 1841—1844.
21. Zasedatelev A. S., Gursky G. V., Volkenstein Ν. V. Binding isotherms of small mole-
cules to DNA.—Stud, biophys., 1973, 40, N 1, p. 79—82.
22. Zimm B. #., Bragg J. K. Theory of the phase transition between helix and random
coil in polypeptide chains.—J. Chem. Phys., 1959, 31, N 2, p. 526—535.
23. Флори П. Статистическая механика цепных молекул.— М.: Мир, 1971.—358 с.
Ин-т биоорган, химии АН БССР, Минск Получено 22.10.84
УДК 612.398.145.1:612.015.3:547.962.2:576.315.42
РОЛЬ ПОЛИАНИОНОВ КАК КОНФОРМОНОВ
И КОНКУРЕНТОВ ДНК В ОРГАНИЗАЦИИ ХРОМАТИНА
В. Д. Папонов
При исследовании хроматина, который можно рассматривать как гене-
тический аппарат клеток [1], прежде всего приходится сталкиваться
с многокомпонентностью его химического состава и динамичностью
структурной организации, что проявляется в процессах транскрипции
генов, репликации Д Н К и репродукции хромосом в делящихся клетках.
Многокомпонентность и динамичность структуры хроматина затрудняют
его изучение и описание. В этой связи может оказаться полезной клас-
сификация компонентов хроматина, разделяющая их по составу на
поликатионы и полианионы, а по времени пребывания в комплексе с
Д Н К — на перманентные и транзитные. Однако даже такая простей-
шая классификация осложняется тем, что белки хроматина являются
носителями как отрицательных, так и положительных зарядов, а отно-
сительное количество этих зарядов может меняться за счет фермента-
тивной модификации. Тем не менее основные белки, в частности гисто-
ны, часто относят к поликатионам, а кислые белки — к полианионным
компонентам хроматина. К полианионным компонентам относятся Р Н К
и другие полифосфаты, а также сульфированные полисахариды. Важ-
нейшим полианионом хроматина является ДНК.
На основе вышеуказанной классификации компонентов хроматина
в настоящей работе сделана попытка проанализировать характер их
взаимоотношений с акцентом на выяснении роли полианионных фак-
торов, обнаруженных в некоторых клетках в виде комплексов с моле-
кулами, составляющими внехромосомный пул гистонов.
Во-первых, это могут быть отношения типа «слуги — господа».
Действительно, перманентные и транзитные компоненты хроматина
могут служить соответственно постоянным и временным интересам
ДНК, хранящей в себе наследственную информацию и выдающей ее
в ходе транскрипции. В этом случае полианионные и поликатионные
компоненты хроматина предназначены для организации необходимого
конформационного состояния Д Н К или хромосомной фибриллы. Такие
компоненты, создающие новую конформацию у субстрата, с которым
они взаимодействуют, можно назвать конформонами (по аналогии с
репликонами, транскриптонами и т. д.), оставив термин «конформеры»
для обозначения структурных вариантов самого субстрата, реализую-
щихся в разных условиях, т. е. для обозначения конформационных
изомеров [2]. В англоязычной литературе в качестве синонима кон-
формонам, хотя и с более широким смыслом, существует термин «sha-
регоп» — формирователь.
Представления о том, что определенные компоненты хроматина
(названные выше конформонами) могут изменять конформацию Д Н К
или структурное состояние участков фибрилл хроматина (нередко го-
БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА, 1985, т. 1, № 4 З — 5-250 179
ворят о конформации хроматина), сейчас широко приняты, и на их
основе пытаются объяснить дифференциальную экспрессию генов и ее
регуляцию [3].
Однако помимо отношений типа «слуги — господа» нельзя упускать
из виду возможность существования в генетическом аппарате, как и
вообще в клетке, отношений, основанных на принципе конкуренции
компонентов. Примером таких отношений является конкуренция между
гистонами при их связывании с Д Н К in vitro.
Можно было бы считать, что самое первое свидетельство в пользу
существования этого явления получено в 1964 г. Джонсом и Батлером
[4], которые сообщили, что при добавлении к Д Н К 4-кратного весо-
вого избытка суммарного препарата гистонов в комплекс с Д Н К всту-
пает только фракция гистона f3 (НЗ). Однако, как показали позднее
наши эксперименты [5], в этих условиях в комплекс с Д Н К вступают
все фракции суммарного препарата гистонов, за исключением HI.
Впервые возможность конкурентных отношений между гистонами при
их связывании с Д Н К доказана в 1969 г. в лаборатории И. П. Ашма-
рина [6]. Однако эти исследователи ограничились изучением влияния
индивидуальных фракций гистонов на связывание с Д Н К гистона HI.
Нами были изучены конкурентные отношения между гистонами при
их связывании с Д Н К в условиях, когда все фракции могут формиро-
вать специфические комплексы друг с другом. Анализ конкурентноспо-
собности гистонов и их комплексов, спонтанно возникающих в конкрет-
ной среде, за связывание с Д Н К позволил впервые прямым способом
определить ряд сродства гистонов и их специфических комплексов к
Д Н К В физиологической среде [5]: (НЗ—Н4)„> ( Н 2 А — Н 2 В ) П > Н З >
> Н 4 > Н 2 А > Н 2 В > Н 1 . Отличие этого ряда от ряда, полученного Аш-
мариным и Муратчаевой [6] в условиях, когда только две фракции
гистонов могли конкурировать за связь с ДНК, доказывает принципи-
альное значение взаимной ассоциации гистонов в определении их отно-
сительного сродства к ДНК. Именно поэтому данные об относительном
сродстве гистонов к ДНК, полученные путем изучения последователь-
ности диссоциации гистонов хроматина или последовательности их свя-
зывания с Д Н К при изменении среды, говорят о сродстве гистонов
к Д Н К только косвенно, так как в разных средах меняется ассоциация
гистонов друг с другом.
Анализ относительной конкурентоспособности гистонов за связь с
Д Н К можно проводить в любой конкретной среде. В частности, в воде,
где молекулы гистонов не ассоциируют друг с другом, ряд относитель-
ного сродства гистонов к Д Н К имеет вид: Н 4 ~ Н З > Н 2 А > Н 2 В ~ Н ]
[5]. Установленный нами характер относительного сродства гистонов
к Д Н К находит признание, поскольку простота экспериментального
подхода делает выводы очевидными [1, 7].
Открытие явления конкуренции гистонов за Д Н К имеет практи-
ческое значение для исследователей, использующих искусственные
нуклеогистоны, полученные из суммарного препарата гистонов и ДНК.
Дело в том, что в настоящее время широко применяют для получения
искусственных нуклеогистонов смеси с высоким весовым отношением
гистоны/ДНК, достигающим в ряде случаев восьми [8, 9]. Однако
нами показано [10], что в смеси с 1,5—2-кратным весовым избытком
суммарного препарата гистонов над Д Н К гистон НІ не связывается с
ДНК. Уже при отношении гистон/ДНК> 1 вместо нуклеогистона, со-
держащего все гистоновые фракции, исследователи должны получать
комплекс, обедненный гистоном HI [10], и, следовательно, имеющий
суперструктуру, существенно отличную от ожидаемой, поскольку HI,
как известно, играет принципиальную роль в организации нуклео-
гистона.
В результате конкуренции гистонов за Д Н К добавление к хрома-
тину в физиологическом растворе суммарного препарата гистонов в
количестве, равном уже имеющемуся в хроматине, приводит к полному
удалению из хроматина гистона HI [11]. Этот факт имеет принципи-
1S0 БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА, 1985, т. 1, № 4 З — 5-250 2
альное теоретическое значение, поскольку в ядрах некоторых клеток
отношение гистон/ДНК достигает 3,3 [12] и даже 20 000 [13]. В рабо-
тах, описывающих такие ситуации, вопрос о конкуренции гистонов за
Д Н К в ядрах клеток не обсуждается. Внимание сосредоточено на поли-
анионных компонентах клеточных ядер, которым отводится роль кон-
формонов, организующих избыточные гистоны в октамерные комплексы
со специфической конформацией [14]. Предполагают, что полианион-
ные ядерные компоненты могут служить «факторами сборки хромати-
на», участвуя в формировании (shaperons) и в транспортировке к Д Н К
специфических октамерных комплексов гистонов [14—17].
Между тем неоднократно показано, что добавление к хроматину
в среде низкой ионной силы полианионов (тРНК, ДНК, гепарина) при-
водит к последовательному переходу фракций гистонов на полианион
[18, 19]. Нам удалось показать, что в среде физиологической ионной
силы можно тоже вызвать под влиянием полианиона (гепарина) дис-
социацию не только гистона HI, что было обнаружено ранее [18], но
также гистонов Н2А и Н2В [20]. Содержание гистона Н4 в комплексе
с Д Н К по результатам электрофоретического анализа при этом не из-
менялось. Таким образом, конкурентная диссоциация гистонов от Д Н К
хроматина под влиянием полианиона происходит с разрушением нуклео-
сомного октамера (НЗ—Н4—Н2А—Н2В)2 .
Конечно, наши эксперименты с гепарином не отвергают полностью
возможность перехода гистонов от полианионных «факторов сборки
хроматина» к Д Н К в виде октамеров, но они поднимают вопрос о
необходимости строгого экспериментального обоснования этой гипоте-
зы. Против транспортировки гистонов к Д Н К в виде октамеров «фак-
торами сборки хроматина» говорят также данные о последовательной
посадке фракций Н З + Н 4 и Н 2 А + Н 2 В на Д Н К в ходе ее репликации
и репродукции хромосом [21]. Это вынуждает сторонников «факторов
сборки хроматина» признавать, что пути сборки хроматина in vivo мо-
гут быть сложнее, чем они считали ранее [22].
В то же время функциональный смысл факторов, находящихся в
комплексе с внехромосомными гистонами, может все-таки состоять в
сборке гистоновых октамеров или наномеров HI—(НЗ—Н4—Н2А—
Н2В)2, но не для последующей их транспортировки к ДНК, а для
предотвращения конкуренции избыточных гистонов за ДНК, которая
могла бы привести, как это происходит в условиях in vitro, к сборке
хроматина, лишенного гистона HI или даже содержащего только гис-
тоны НЗ и Н4 при высоком избытке суммарного препарата гистонов
над Д Н К [5, 23, 24]. Таким образом, упомянутые полианионные фак-
торы, конкурируя с Д Н К за внехромосомные гистоны и собирая их в
идентичные комплексы, не способные конкурировать друг с другом за
Д Н К в силу своей идентичности, могут осуществлять депонирование
избыточных гистонов. Гистоны, необходимые для сборки репродуци-
рующихся хромосом по мере деления клеток, могут освобождаться
ферментативной деградацией «факторов депонирования гистонов».
THE ROLE OF POLYANIONS AS DNA CONFORMONS
AND COMPETITORS IN CHROMATIN ORGANIZATION
V. D. Paponov
Institute of Medical Genetics, Academy of Medical Sciences of the USSR, Moscow
S u m m a r y
Polyanionic components of cell nucleus participating in chromatin organization may be
devided into two classes. The first class of permanent and transitive conformons provides
specific conformations of DNA fragments and/or special states of corresponding sites of
chromatin fibers for a long and short period of time, respectively. The second class of
polyanions fulfils the role of competitors with DNA for the chromatin components. So-
called «factors of chromatin assembly» occurring in some cells as complexes with mole-
БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА, 1985, т. 1, № 4 З — 5-250 181
cules of nonchromosomal histone pool are representatives of the second class of the
nuclear polyanions. The functional role of formation of the above complexes may be in
prevention of histone competition for D N A , which causes in vitro the assembly or reor-
ganization of chromatin into the nucleoprotein completely devoid of the histone HI even
at 1.5-2-fold weight excess of the whole histone over DNA.
1. Канунго Μ. Биохимия старения.— Μ. : Мир, 1982.—294 с.
2. Химический энциклопедический словарь / Под ред. И. Л. Кнунянц.— М. : Сов. эн-
цикл., 1983.—792 с.
3. DNA structure and gene regulation / R. D. Wells, Т. C. Goodman, W. Hillen et al.—
Progr. Nucl. Acids Res. and Мої. Biol., 1980, 24, p. 167—267.
4. Johns Ε. W., Buller J. Α. V. Specificity of the interactions between histones and deo-
xyribonucleic acid.—Nature, 1964, 204, N 4961, p. 853—855.
5. Папонов В. Д. Конкурентное связывание гистонов с ДНК и проблема самосборки
хроматина.— Биохимия, 1980, 45, № 9, с. 1539—1548.
6. Ашмарин И. П., Муратнаева П. С. О конкурентных взаимоотношениях фракций
гистонов при взаимодействии с ДНК.— Там же, 1969, 34, № 6, с. 1250—1256.
7. Samal В. Transcription of eukaryotic genome.— Ν. Υ. : Acad. Press, 1980—370 p.
8. Voordouw G., Kalif D., Eisenberg H. Studies on Col £i-plasmid DNA and its inte-
ractions with histones: sedimentation velocity studies of monodisperse complexes re-
constituted with calf-thymus histones.—Nucl. Acids Res., 1977, 4, N 5, p. 1207—1223.
9. Суперспирализация кольцевой ковалентно замкнутой ДНК в присутствии гистонов
Н2А, Н2В, НЗ и Н4 или протамина и экстракта из эмбрионов Drosophila melano-
gaster / Р. П. Вашакидзе, К. Г. Карпенчук, В. И. Нактинис и др.— Биохимия, 1980,
45, № 4, с. 718—722.
10. Конкуренция гистонов за ДНК и ее возможная роль в самосборке эу- и гетерохро-
матина/В. Д. Папонов, П. С. Громов, В. В. Богданов, Д. М. Спитковский.— Бюл.
эксперим. биологии и медицины, 1981, 91, № 5, с. 548—550.
11. Папонов В. Д., Громов Π. С., Спитковский Д. М. Избирательная утрата гистона
HI—новая реакция хроматина на добавленный суммарный гистон в среде физио-
логической ионной силы.— Там же, 1982, 94, № 11, с. 31—33.
12. Grellet F., Delseny Μ., Guitton У. Histone content of germinating pea embryo chro-
matin decreases as DNA replicates.—Nature, 1977, 267, N 5613, p. 724—726.
13. Woodland H. R. Histone synthesis during the development of Xenopus.— FEBS Lett.,
1980, 121, Ν Ί , p. 1—7.
14. Nucleosotnes are assembled by an acidic protein which binds histones and transfers
them to DNA/R. A. Laskey, В. M. Honda, A. D. Mills, J. T. Finch.—Nature, 1978,
275, N 5679, p. 416—420.
15. An acidic protein which assembles nucleosomes in vitro is the most abundant protein
in Xenopus oocyte nuclei/A. D. Mills, R. A. Laskey, P. Black, Ε. M. De Robertis.—
J. Мої. Biol., 1980, 139, N 3, p. 561—568.
16. Nelson Г., Hsieh T.-S., Brutlag D. Extracts of Drosophila embryos mediate chromatin
assembly in vitro.— Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 1979, 76, N 11, p. 5510—5514.
17. Nelson Τ., Wiegand R.} Brutlag D. Ribonucleic acid and other polyanions facilitate
chromatin assembly in vitro.— Biochemistry, 1981, 20, N 9, p. 2594—2601.
18. Варшавский A. #., Микельсаар У. Η., Ильин Ю. В. Структура дезоксирибонуклео-
протеидов хроматина. IV. Перераспределение белков в системах ДНП—ДНК,
ДНП—РНК и ДНП—ДНП.—Молекуляр. биология, 1972, 6, № 4, с. 507—519.
19. Структурные модификации хроматина под влиянием полианионов / П. С. Громов,
В. Д. Папонов, Н. А. Соколов и др.— В кн.: Молекулярные механизмы генетиче-
ских процессов : Тез. докл. III Всесоюз. симпоз. М., 1976, с. 47—48.
20. Диссоциация и декомпактизация хроматина гепарином в среде «физиологической»
ионной силы / В. Д. Папонов, П. С. Громов, П. А. Краснов и др.— Бюл. эксперим.
биологии и медицины, 1980, 90, № 9, с. 325—328.
21. Worcel Α., Han S., Wong Μ. L. Assembly of newly replicated chromatin.—Cell, 1978,
15, N 3, p. 969—977.
22. Earnshaw W. C., Rekvig O. P., Hannestad K. Histones synthesized for use in early
development of Xenopus laevis are stored as a complex with antigenic properties si-
milar to those of the octamer core of nucleosomes.— J. Cell Biol., 1982, 92, N 3,
p. 871—876.
23. Папонов В. Д., Громов П. С., Рупасов В. В. Различна ли прочность связи гистоно-
вых фракций с ДНК? — Бюл. эксперим. биологии и медицины, 1980, 90, № 8,
с. 163—165.
24. On mechanisms determining the interrelationships between DNA and histone com-
ponents of chromatin / V. D. Paponov, P. S. Gromov, N. A. Sokolov et al.— Eur.
J. Biochem., 1980, 107, N 3, p. 113—122.
Ин-т мед. генетики АМН СССР, Москва Получено 09.08.84
182 БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА, 1985, т. 1, „V? 4
|