Литература БФХ / molekuljarnaja biologija kletki v2

201

10-17

10-18

10.3.2. Главный регуляторный лоrус определяет тип спаривания у дрожжей [21]

Дрожжи - это одноклеточные эукариоты, которые могут существовать как в гаплоидном, так и в диплоидном состоянии. Диплоидные клетки образуются в ходе спаривания, при котором две гаплоидные клетки сливаются (см. рис. 13-17). Чтобы это произошло, гаплоидные клетки должны различаться по типу спаривания (по полу). У обычных пекарских дрожжей Saccharomyces cerevisiae существуют два типа спаривания а и а. Клетки двух типов приспособлены для спаривания друг с другом: каждая из них образует диффундирующие сигнальные и рецепторные молекулы, благодаря которым клетки противоположного типа спаривания способны узнавать друг друга и сливаться. Образовавшиеся в результате диплоидные клетки, обозначаемые α/а, обладают иными свойствами и отличаются от каждого из родительских типов. Диплоидные клетки не способны спариваться, но могут формировать споры, которые при мейозе дают начало гаплоидным клеткам.

Генетические изменения, обусловливающие существование трех типов дрожжевых клеток, основаны на действии главных геноврегуляторов. Главные регуляторные белки кодируются единственным локусом, который называется локусом типа спаривания (mating type locus, MAT). Совместное действие этих белков детерминирует тип клетки, определяя транскрипцию многих генов. Механизм действия главных регуляторных белков в данном случае известен (рис. 10-29), и на его примере можно проиллюстрировать принцип комбинационного контроля, описанного выше (см. разд. 10.1.5).

Образование трех главных регуляторных белков, определяющих тип спаривания у дрожжей (белки α1 α2 и а1 само по себе также контролируется, поскольку гаплоидные клетки дрожжей регулярно переключают свой тип спаривания. Молекулярный механизм, ответственный за такое переключение в ходе развития, по-видимому, характерен только для дрожжей: тип клетки зависит от того, какая из двух последовательностей ДНК а (кодирующая белки α1 и α2) или а (кодирующая белок a1 находится в данный момент в локусе МАТ; изменение типа спаривания возникает в результате замены ДНК в этом локусе. Всякий раз, когда

Рис. 10-29. Тип клеток у дрожжей определяется дрожжевыми белками-регуляторами, кодируемыми локусом МАТ. В гаплоидных клетках типа а, в гаплоидных клетках типа α и в диплоидных клетках (типа а/α) транскрибируются различные наборы генов. Гаплоидные клетки

экспрессируют либо набор генов αSG (α-специфические гены), либо набор aSG (а-специфические гены) плюс набор hSG (гаплоид-специфические гены). В диплоидных клетках ни один из этих генов не экспрессируется. Белки α1, α2 и a1, детерминируемые локусом МАТ, связываются (поодиночке или в сочетаниях) с определенными последовательностями ДНК в элементах, расположенных перед промотором, и, таким образом, действуют как главные белки-регуляторы. Следует отметить, что белок Α1 является белком-активатором, тогда как белок α2-это белок-репрессор. Сам по себе белок а1 не оказывает никакого действия (а следовательно, клетка, не содержащая локус типа спаривания, принадлежит к типу а). Однако при одновременном синтезе белков а1 и α2 они образуют комплекс, включающий иной набор генов, чем белок α2, действующий сам по себе. Таким образом, простая система из трех белков служит хорошим примером принципа комбинаторного контроля генов, представленного на рис. 10- 7.

202

Рис. 10-30. Кассетная модель переключения типа спаривания у дрожжей. Кассетное переключение происходит в ходе процесса конверсии гена, запускаемого, когда нуклеаза НО делает двухцепочечный разрез в определенной последовательности ДНК локуса МАТ. ДНК вблизи разреза

затем удаляется и заменяется копией молчащей кассеты, определяющей противоположный тип спаривания.

клетки α-типа превращаются в клетки α-типа, ген а в локусе МАТ вырезается и замещается вновь синтезированным геном α, скопированным с молчащей копии, расположенной в другом месте генома. Поскольку в данном случае из активного «места» удаляется один ген, а на его место встает другой, этот механизм называют кассетным. Изменение может быть обратимым, поскольку при удалении гена а из локуса МАТ в геноме остается его молчащая копия. Копии молчащих генов а и α действуют как кассеты, «вставленные» в локус МАТ, который можно сравнить с «проигрывателем» (рис. 10-30).

10.3.3. Способность переключать тип спаривания наследуется асимметрично [22, 23]

Переключение типа спаривания инициируется сайт-специфической эндонуклеазой (НО-эидонуклеазой), являющейся продуктом гена НО, Этот фермент делает двухцепочечный разрез в ДНК локуса МАТ, в результате эта область вырезается и затем ресинтезируется, при этом матрицей служит молчащий ген противоположного типа спаривания (рис. 10-30). Транскрипция гена НО, определяющего, когда и где происходит переключение, строго контролируется. С помощью генетического анализа было показано, что контроль обеспечивают по меньшей мере шесть регуляторных генов (от SWI 1 до SWI 6). В связи с тем, что при почковании дрожжевые клетки делятся асимметрично, одна из двух образовавшихся клеток больше («материнская»), чем другая («дочерняя»). Большинство материнских клеток в ходе дальнейшего роста переключает тип спаривания, а вновь образовавшиеся дочерние клетки (возникающие из почки) не синтезируют продукт гена НО и не способны переключаться до тех пор, пока при делении они не станут материнскими клетками (рис. 10-31). Асимметрия переключения оказалось связанной с асимметричным наследованием белка SWI 5, который присоединяется к ДНК перед геном НО и необходим для его транскрипции. Полагают, что белок SWI5 (либо его активная форма) наследуется лишь материнской клеткой. Остается непонятным, почему этого белка нет в почке, но характер его наследования может служить моделью асимметричной сегрегации некоторых признаков, наблюдаемой у высших эукариот.

203

Рис. 10-31. Переключение типа спаривания в гаплоидных клетках S. cerevisiae. А. Экспрессия гена в ходе клеточного цикла дрожжей. В соответствии с приведенной схемой тип спаривания может переключаться лишь в клетках, унаследовавших сайт-специфический ДНКсвязывающий белок SW15, необходимый для транскрипции гена НО. Более того, переключение может происходить только в фазе G1 это

единственный отрезок времени в ходе клеточного цикла, когда может синтезироваться эвдонуклеаза НО (после окончания синтеза этот белок быстро исчезает, вероятно, в результате интенсивного протеолиза). Так как после каждого переключения происходит репликация ДНК, делящаяся клетка всегда образует две клетки одного и того же типа спаривания. Б. Схема переключения. Деление клеток осуществляется почкованием. После каждого деления можно различить большую «материнскую» и маленькую «дочернюю» клетки. Оказалось, что вновь образованные дочерние клетки не способны переключать свой тип спаривания (обозначенный на этом рисунке разными цветами) до того, как они пройдут через митоз в качестве материнских клеток и вступят в следующую фазу G1. По-видимому, подобная асимметрия отражает асимметричное наследование белка SW15 (обозначенного здесь как S).

10.3.4. Сайленсер, вероятно, «закрывает» участок хроматина у дрожжей [23, 24]

Если бы кодирующие последовательности двух молчащих генов, которые определяют тип спаривания, были лишены промоторов, механизм их активации при перемещении в локус МАТ, вероятно, был бы аналогичен фазовой вариации. Однако определение первичной структуры ДНК показало, что молчащие гены обладают всеми регуляторными сайтами, необходимыми для транскрипции. Эти гены сохраняются в молчащем состоянии благодаря расположенной за ними на некотором расстоянии последовательности ДНК, которая каким-то образом блокирует их экспрессию. Механизм действия таких сайленсеров неизвестен, тем не менее удалось идентифицировать некоторые белки, опосредующие их функции. Это оказалось возможным вследствие того, что у мутантов, дефектных по одному из четырех генов SIR (silent information regulator), экспрессия молчащих кассет все же происходит. Для действия белков SIR необходима сайленсерная последовательность ДНК, причем репрессируются все гены, расположенные на расстоянии нескольких тысяч нуклеотидных пар от сайленсера. Тот же механизм в норме препятствует вырезанию эндонуклеазой НО ДНК в области молчащих генов типов спаривания, в результате перенос осуществляется из молчащего локуса в локус МАТ, но никогда в обратном направлении.

Тот факт, что белки SIR подавляют и транскрипцию, и действие НО-эндонуклеазы, свидетельствует о том, что эти белки могут вызывать изменения в структуре хроматина дрожжей, способствуя «закрытию» целых областей хроматина, лежащих по соседству; в результате эти области становятся недоступными для самых разных ферментов. Два других наблюдения указывают на то, что в механизме действия сайленсеров есть нечто необычное. Для проявления репрессии необходима репликация ДНК, а последовательность, необходимая для инициации репликации (ARS), является существенной составной частью области сайленсера. Подробное изучение этого нового механизма контроля генетической активности может в какой-то мере прояснить влияние структуры хроматина на активность генов в клетках высших эукариот.

204

10.3.5. Два белка бактериофага, подавляющие синтез друг друга, могут участвовать в стабильном переключении на молекулярном уровне [25]

До сих пор обсуждались некоторые изменения типов клеток, происходящие по типу переключения, т. е. в результате перестройки ДНК. Тот факт, что генетическая информация, содержащаяся в единственном ядре соматической клетки, может дать начало целому растению или позвоночному животному, свидетельствует о том, что вряд ли основным механизмом дифференцировки клеток высших эукариот являются необратимые изменения в последовательности ДНК (хотя именно такие изменения лежат в основе дифференцировки лимфоцитов). Возможно, некоторые наследуемые изменения в экспрессии генов, наблюдаемые у высших организмов, обусловлены механизмом переключения, аналогичным тому, который описан у Salmonella и дрожжей, однако в настоящее время нет данных, подтверждающих эту гипотезу.

Ниже будет показано, что за наследуемый тип регуляции генетической активности могут отвечать несколько механизмов. Наиболее известный среди них - механизм переключения, присущий бактериофагу лямбда. От него зависит, будут ли фаговые частицы размножаться в цитоплазме Е. coli (что приведет к гибели клетки) или же геном фага встроится в ДНК хозяйской клетки и будет автоматически реплицироваться вместе с ней. В переключении участвует белок, кодируемый геномом бактериофага. В его состав входит около 50 генов. Эти гены в двух стабильных состояниях транскрибируются совсем по-разному. Так, например, вирус, который собирается включиться, должен синтезировать белок интегразу, необходимый для встраивания ДНК бактериофага в хромосому бактерии, и, кроме того, должен подавить образование вирусных белков, ответственных за размножение вируса (для клетки-хозяина эти белки летальны). После того как установился один или другой тип транскрипции, он уже стабильно поддерживается. В результате включенный в хромосому профаг может не проявляться в геноме £ coli на протяжении тысяч клеточных поколений.

Не останавливаясь здесь на тонкостях этой сложной системы регуляции, опишем некоторые ее общие свойства. Центром всей системы являются два фаговых белка: белок-репрессор (белок сI) и сrо-белок. Каждый из них блокирует синтез другого белка, связываясь с оператором его гена. Присутствие того или другого белка, в свою очередь, включает ряд иных генов, что в конечном итоге приводит к установлению одного из двух стабильных состояний. В состоянии 1 (лизогенное состояние) доминирует лямбда-репрессор, и именно он, а не сrо-белок синтезируется. В состоянии 2 (литическое состояние) доминирует и синтезируется сrо-белок, а не лямбда-репрессор (рис. 10-32). В состоянии 1 большая часть ДНК стабильно включенного в геном клетки-хозяина бактериофага (профага) не транскрибируется. В состоянии 2 фаговая ДНК интенсивно транскрибируется, реплицируется, упаковывается в новые частицы, которые при лизисе клетки выходят наружу.

Характер событий, которые разворачиваются в бактериальной клетке после заражения фагом лямбда, неслучаен. Если клетки хозяйского штамма растут хорошо, бактериофаг скорее всего пойдет по пути лизогенизации, что позволит его ДНК быстро размножатья вместе с хромосомой хозяина. Если клетка, несущая профаг, оказывается по каким-либо причинам ослабленной, фаг переходит из состояния 1 в состояние 2, чтобы размножиться в цитоплазме клетки и быстро выйти из нее. Информацию о статусе клетки-хозяина «поставляют» фагу другие белки, влияющие на переключение белка, репрессора и сrо-белка.

На примере бактериофага лямбда можно убедиться в том, что

205

Рис. 10-32. Регуляторная система, определяющая поведение бактериофага лямбда в хозяйских клетках Е. coli. В стабильном состоянии 1 (лизогенное состояние) синтезируются большие количества белка-репрессора фага лямбда. Этот регуляторный белок выключает синтез ряда белков бактериофага, включая сго-белок. В результате фаговая ДНК встраивается в хромосому Е. coli и автоматически дуплицируется вместе с ней по мере

роста бактерии. В стабильном состоянии 2 (литическое состояние) синтезируются большие количества сrо-белка. Этот регуляторный белок выключает синтез белка-репрессора фага лямбда. В результате образуется много фаговых белков, вирусная ДНК свободно реплицируется в клетках Е. coli, формируются новые частицы бактериофага, что приводит к гибели клетки. Кооперативное и конкурентное взаимодействие между репрессором лямбда и сrо-белком способствует переключению по типу «все или ничего» между этими двумя состояниями.

Рис. 10-33. Два главных белка-регулятора способствуют молекулярному переключению у эукариот. Следует отметить, что один и тот же белок может оказывать либо активирующее, либо репрессирующее действие на транскрипцию в зависимости от того, с какой последовательностью ДНК он связывается. Примеры такого типа действия, как полагают, встречаются среди ДНК-связывающих белков, контролирующих направление

путей развития на ранних стадиях зародыша у дрозофилы.

206

относительно сложная модель поведения может определяться немногими белками-регуляторами, которые взаимно контролируют синтез и активность друг друга. Если вспомнить, какое количество белков содержится в эукариотической клетке, возможности, открывающиеся для регуляции активности генов, могут ошеломить.

10.3.6. Регуляторные белки у эукариот тоже могут детерминировать альтернативные стабильные состояния

Генетический анализ развития дрозофилы свидетельствует о том, что на строение белка у этой мухи влияет более 30 белков (см. разд. 16.5). Многие из этих белков являются главными белками-регуляторами, которые связываются с энхансерами и контролируют транскрипцию самых разных генов. Некоторые главные регуляторные белки стимулируют свою собственную транскрипцию, подавляя в то же время транскрипцию аналогичных главных генов, которые экспрессируются в других частях зародыша. Главенствующая роль энхансеров в контроле транскрипции эукариотических генов позволяет многим позитивным и негативным сигналам на расстоянии влиять на один и тот же ген. Это привело к развитию обширной сети реагирующих друг с другом белков-регуляторов (см. рис. 10-73). Однако для иллюстрации общих принципов, лежащих в основе клеточной памяти такого типа, можно ограничиться простой двухгенной системой, аналогичной системе переключения у фага лямбда (рис. 10-33).

О сложности регуляторной сети у высших эукариот можно судить, изучая последовательность ДНК регуляторной области гена, кодирующего главный белок-регулятор, который контролирует развитие многих основных частей тела у дрозофилы. Сравнивая очень длинные регуляторные области этого гена у двух не близкородственных видов дрозофилы, удалось выявить 20 коротких эволюционно консервативных последовательностей, расположенных определенным образом. Полагают, что каждая из них играет важную роль в связывании регуляторних белков

(рис. 10-34).

Рис. 10-34. Сравнение части регуляторной области перед геном engrailed у двух типов дрозофилы. Представлены соответствующие последовательности у Drosophila melanogaster и Drosophila virilis, причем области, где гомология достигает 90%, выделены цветом. Порядок нуклеотидов указан в верхней части рисунка. Петли соответствуют тем местам, где произошли вставки или делеции нуклеотидов в процессе

дивергенции этих видов от общего предка около 60 млн. лет назад. (С любезного разрешения Judith A. Kassis и Patrick H. O'Farrell.)

207

10-19

10.3.7. Кооперативно связывающиеся кластеры белков-регуляторов могут передаваться непосредственно от родителей к потомкам [26]

Существует несколько объяснений устойчиво наследуемой картины экспрессии генов. Одно из них основано на том, что с определенным участком хроматина кооперативно связывается множество копий регуляторного белка. Если этот белковый кластер остается соединенным с ДНК во время репликации, то часть его получает «в наследство» каждая из дочерних молекул ДНК. Поскольку связывание данного белка с ДНК носит кооперативный характер, унаследованная часть белкового кластера будет инициировать присоединение дополнительных белковых субъединиц, что в результате обеспечит реконструкцию всего кластера. Таким образом, данный функциональный статус гена наследуется прямо и непосредственно с помощью прочно связанных с ДНК хромосомных белков (рис. 10-35). В принципе подобные непосредственно наследуемые белковые кластеры могут поддерживать индивидуальные гены в постоянно включенном или постоянно выключенном состоянии.

В настоящее время еще нет убедительных доказательств в пользу описанного здесь механизма генетической регуляции, однако имеются некоторые примеры, свидетельствующие о том, что этот механизм может иметь большое значение.

10.3.8. В клетках высших эукариот гетерохроматин содержит особым образом конденсированные области ДНК [27]

Регуляторные белки, связывающиеся с определенными последовательностями ДНК в эукариотических клетках, должны взаимодействовать не просто с молекулой ДНК, как у бактерий, а с ДНК, которая на всем своем протяжении связана с нуклеосомами. Необходимость транскрибировать ДНК в составе хроматина несомненно усложняет контроль транскрипции, однако о том, как действуют соответствующие механизмы, известно очень мало. С уверенностью можно утверждать лишь то, что у эукариот изменения в упаковке ДНК влияют на экспрессию генов. Как отмечалось выше, сайленсер, регулирующий транскрипцию у дрожжей, каким-то образом «закрывает» участки хроматина, расположенные с ним по соседству, и делает их недоступными для транскрипции и для воздействия эндонуклеазы (см. разд. 10.3.4). Однако задолго до открытия этого явления изучение клеток высших эукариот продемонстрировало существование гораздо более сильно закрытого хроматина; при этом в его структуре наблюдались видимые изменения.

Рис. 10-35. Механизм, объясняющий прямое наследование состояния экспрессии гена в ходе репликации ДНК. Согласно этой гипотетической модели, части кооперативно связанного хластера белков-регуляторов непосредственно переносятся от родительской спирали ДНК к

обеим дочерним молекулам. Унаследованный белковый кластер способствует тому, что каждая из дочерних спиралей ДНК связывает дополнительные копии тех же регуляторных белков. Поскольку связывание является кооперативным (см. рис. 9-15), ДНК, синтезировавшаяся на такой же родительской спирали, но без присоединенных регуляторных белков, не будет их связывать. Если присоединенный белок-регулятор выключает транскрипцию гена, то инактивированное состояние гена будет непосредственно наследоваться, как это происходит в случае инактивации Х-хромосомы. Если связанный белок-регулятор включает транскрипцию гена, будет наследоваться активное состояние гена.

208

Изучение хромосом под световым микроскопом, проводившееся в 30-е годы, показало, что некоторые их участки не способны деконденсироваться в интерфазе и, по-видимому, сохраняют свое высоко конденсированное состояние, характерное для метафазных хромосом (см. I разд. 9.2.2). Эти области были названы гетерохроматином в отличие от остального хроматина в интерфазном ядре, который носит название эухроматина. Некоторые участки хромосом конденсируются в гетерохроматин во всех клетках организма. В митотических хромосоми человека такой конститутивный гетерохроматин локализуется вокруг центромер и при специальном окрашивании легко выявляется в виде темноокрашенных зон (рис. 10-36). У некоторых других млекопитающих конститутивный гетерохроматин обнаруживается и в определенных зонах в плечах хромосом. В интерфазе участки конститутивного гетерохроматина могут агрегировать, образуя хромоцентры (см. рис. 9,43). У млекопитающих число и расположение таких хромоцентров зависит от типа клетки и стадии развития. Большинство областей конститутивного гетерохроматина содержит относительно простые тандемно-повторяющиеся последовательности, называемые сателлитной ДНК. Эти многократно повторяющиеся участки не транскрибируются, и их функция, равно как и функция формируемых ими в интерфазе конденсированных структур, остается неясной.

Некоторые области ДНК в интерфазе конденсируются и формируют гетерохроматин лишь в определенных клетках. Полагают, что эти области также не транскрибируются, однако они не состоят из простых последовательностей. Общее количество такого факультативного гетерохроматина заметно варьирует в различных клетках: в эмбриональных клетках его совсем немного, тогда как высокоспециализированные клетки отличаются высоким его содержанием. Можно предположить, что по мере развития клетки все больше и больше генов становятся неактивными вследствие того, что их ДНК приобретает конденсированную конформацию, которая не позволяет генам взаимодействовать с белками-активаторами. Большая часть данных о факультативном гетерохроматине получена при изучении инактивации одной из двух Х-хромосом в клетках самок млекопитающих.

10.3.9. Инактивация Х-хромосомы наследственно предопределена [28]

Все клетки женских особей млекопитающих имеют две Х-хромосомы, а клетки мужских организмов - одну Х- и одну Y-хромосому. Предполагают, что двойная доза продуктов генов, входящих в состав Х-хромосомы, летальна для организма; возможно, именно поэтому в женских клетках возник специальный механизм, ответственный за то, что одна из двух Х-хромосом постоянно находится в инактивированном состоянии. У мышей такая инактивация происходит между третьим и шестым днем эмбрионального развития: в каждой клетке женской особи с равной вероятностью одна или другая Х-хромосома конденсируется и образует гетерохроматин. Такие конденсированные хромосомы можно увидеть в световой микроскоп: в интерфазе они представляют собой четко оформленные структурные образования, называемые тельцами Барра, которые локализованы в окрестностях ядерной мембраны. Они реплицируются в поздней S-фазе; большая часть составляющей их ДНК не транскрибируется ни в одной из дочерних клеток. Поскольку инактивированная Х-хромосома устойчиво наследуется, каждый женский организм имеет мозаичное строение в том смысле, что он образован клональными группами клеток: примерно в половине групп активна Х-хромосома, унаследованная по материнской линии (Хм), а в другой

Рис. 10-36. Хромосомы человека в метафазе. Специальная техника окрашивания позволяет выявить области конститутивного гетерохроматина (темные участки). Некоторые хромосомы помечены цифрами и буквой. (С любезного разрешения James German.)

209

Рис. 10-37. Схема, иллюстрирующая клональное наследование конденсированной неактивной Х-хромосомы, которое имеет место у самок млекопитающих.

половине - Х-хромосома, унаследованная от отца (Х0). Иными словами, клетки, в которых экспрессируется Хм или, наоборот, Х0, расположены во взрослом организме небольшими кластерами, что отражает стремление сестринских клеток оставаться в тесном контакте друг с другом в процессе эмбрионального развития и роста организма, в то время как на ранних стадиях развития происходит некое перемешивание (рис. 10-37).

Процесс конденсации, в ходе которого образуется гетерохроматин X-хромосомы, имеет тенденцию распространятся вдоль хромосомы. Это было продемонстрировано в экспериментах с мутантными особями, в клетках которых одну из Х-хромосом присоединили к концу

аутосомы (неполовой, соматической хромосомы). В таких мутантных клетках участки аутосом, граничащие с инактивированной Х-хромосомой, часто конденсировались в гетерохроматин, что сопровождалось наследуемой инактивацией содержащихся в них генов. Полученные данные позволяют предполагать, что инактивация Х-хромосом - это кооперативный процесс, который можно рассматривать как «кристаллизацию», распространяющуюся из центра кристаллизации, расположенного на Х-хромосоме. После завершения конденсации хроматина такая конденсация наследуется в ходе всех последующих репликаций ДНК благодаря механизму, аналогичному тому, который представлен на рис. 10-35. Конденсированная хромосома может вновь стать активной при формировании половых клеток. Таким образом, в ДНК, входящей в состав этой хромосомы, не происходит никаких изменений.

210

10.3.10. Гены дрозофилы могут выключаться благодаря наследуемым свойствам структуры хроматина [29]

Феномен, аналогичный инактивации Х-хромосомы у самок млекопитающих, имеет место и у дрозофилы. Для его изучения весьма эффективными оказались генетические методы. У мух, несущих хромосомные перестройки, в результате которых середина гетерохроматиновой области переносится в эухроматин, эухроматиновые гены, оказавшиеся поблизости от гетерохроматина, инактивируются. Ситуация аналогична присоединению аутомосомы к неактивной Х-хромосоме у млекопитающих; инактивация в обоих случаях происходит одинаково: зона инактивации распространяется от точки разрыва хромосомы и захватывает один или несколько генов. Скорость «эффекта распространения» в разных клетках различна, но зона инактивации, возникшая в эмбриональной клетке, стабильно наследуется всеми последующими поколениями клеток (рис. 10-38).

Изучение описанного эффекта у дрозофилы показало, что скорость распространения зоны инактивации меньше у мух, геном которых содержит дополнительный конститутивный гетерохроматин. Возможно, это связано с тем, что в клетках таких мух мало белков, необходимых для образования гетерохроматина. Аналогичным действием обладают и многие генные мутации. Поскольку соответствующие гены клонированы и секвенированы, можно надеяться, что в скором будущем белки, участвующие в образовании гетерохроматина у дрозофилы, тоже будут известны.

Независимо от того, каковы молекулярные механизмы упаковки определенных областей генома эукариот в гетерохроматин, сам феномен гетерохроматизации следует отнести к таким регуляторным процессам, которые отличают клетки эукариот от клеток бактерий. Особенность такой уникальной формы регуляции состоит в том, что в данном случае память о функциональном статусе гена хранится в виде наследуемой структуры хроматина и не обусловлена существованием стабильной обратной связи саморегулирующихся белков-регуляторов, которые в ядре могут менять свою локализацию. Неизвестно, действуют ли механизмы такого типа лишь в случае инактивации больших областей хромосомы или же они могут работать и на уровне одного или нескольких генов. Данные, приведенные ниже, позволяют предположить, что экспрессия отдельных генов часто регулируется близлежащей контролирующей последовательностью и не зависит полностью от общего хромосомного окружения.

Рис. 10-38. Эффект положения мозаичного типа у дрозофилы. Распространению гетерохроматина (обозначен серым цветом) в соседние эухроматиновые области обычно препятствуют специальные пограничные последовательности неизвестной породы. Однако у мух, несущих в

хромосомах определенные транслокации, эти пограничные последовательности отсутствуют. А. На ранних стадиях развития таких мух гетерохроматин начинает распространяться в соседнюю область хромосомы, продвигаясь в разных клетках на разные расстояния. Б. Такое распространение вскоре останавливается, однако достигнутый уровень распространения гетерохроматина наследуется; в результате получаются большие клоны клеток-потомков, у которых одни и те же гены сконденсированы в гетерохроматин и, следовательно, инактивированы (отсюда и «мозаичный» вид у некоторых из этих мух). Это явление имеет много общего с инактивацией Х-хромосомы у млекопитающих.