Компартментализованное ядро эукариот
Два основных структурных образования характерны для ядер всех эукариот. Это, во-первых, оболочка ядра с ядерными порами, связанная с ядерной ламиной (электронно-плотный слой, прилегающий к ядерной оболочке со стороны нуклеоплазмы), и, во-вторых, хромосомы. Транскрипция и репликация ДНК хромосом являются теми процессами, для обеспечения которых существует ядро в эукариотической клетке. Зоны транскрипционной активности хромосом компартментализованы внутри ядер.
Специфические гены из отдельных интерфазных хромосом собираются вместе в одно место в ядре, когда формируется ядрышко.Определенная степень хромосомного порядка происходит из-за конфигурации, которую хромосомы всегда имеют в конце митоза : центромеры обращены в сторону полюса веретена деления, а теломеры - в обратную. Хромосомы во многих ядрах имеют тенденцию сохранять эту так называемую Рабл-ориентацию в течение интерфазы : их теломеры указывают на один полюс ядра, а центромеры на другой. В некоторых случаях ядро специфически ориентировано в клетке: в ранних эмбрионах Drosophila, например, хромосомы имеют поляризованную ориентацию, и все центромеры обращены к апикальной поверхности.
Анализ гигантских политенных интерфазных хромосом в клетках личинок Drosophila показал, что система интерфазных хромосом не является высокоупорядоченной: хотя Рабл-ориентация имеет тенденцию поддерживаться, у двух, по-видимому, идентичных клеток ближайшими соседями часто являются различные хромосомы. Этот анализ показал также, что каждая хромосома занимает свою территорию в интерфазном ядре, то есть индивидуальные хромосомы не являются интенсивно переплетенными. Дискретность территорий, занимаемых отдельными хромосомами, была показана и для неполитенных хромосом. Большая часть ДНК такой хромосомы занимает только малую часть интерфазного ядра, что предполагает, что каждая индивидуальная хромосома остается компактной и организованной, позволяя при этом отдельным участкам своей ДНК быть активными в отношении синтеза РНК. По-видимому, компоненты сплайсосомы организованы в кластеры, возможно, дискретные РНК-сплайсирующие "островки".
Упорядоченность наблюдается и в районах ядерных пор : конденсированный хроматин , подлежащий внутреннюю ядерную мембрану, отсутствует в районах под и около каждой ядерной поры, освобождая путь между цитоплазмой и нуклеоплазмой. Более того, в некоторых случаях ядерные поры высоко организованы в ядерной оболочке (например, в параллельные ряды), что, по- видимому, отражает соответствующую организацию ядерной ламины , к которой присоединены поры.
Ядерный матрикс , или каркас, определяют как нерастворимый материал, остающийся в ядре после ряда этапов биохимической экстракции. Некоторые составляющие его белки связывают специфические последовательности ДНК , называемые SAR или MAR (seaffold-associated regions или matrix-associated regions). Было постулировано, что такие последовательности ДНК формируют основание хромосомных петель. Точно неизвестно, представляет ли изолируемый исследователями ядерный матрикс структуру, присутствующую в неповрежденных клетках. Таким образом, внутреннее содержимое ядра не является случайной беспорядочной смесью из его многих РНК-, ДНК- и белковых компонентов.
Неразрешенным остается вопрос о природе внутриядерных механизмов, лежащих в основе функциональной компартментализации. Фактором, осложняющим проведение исследований, является динамизм структуры хроматина, которая претерпевает упорядоченные перестройки во время репликации и транскрипции. То же относится и к пространственной структуре хромосом, изменяющейся на протяжении клеточного цикла. Молекулярный аппарат, обеспечивающий внутриядерную экспрессию генов, их репликацию и репарацию, настолько велик, что объединение его компонентов во время функционирования может приводить к формированию надмолекулярных комплексов, различимых морфологически. Это особенно наглядно демонстрирует структура ядрышка, в котором можно легко выделить отдельные функциональные домены, содержащие:
1) регуляторные нуклеопротеиновые комплексы;
2) активно функционирующий аппарат транскрипции;
3) рибонуклеопротеиновые комплексы процессируемых транскриптов.
Те же домены, хотя и менее масштабные, обнаруживаются при функционировании РНК-полимеразы II.
Необходимость организации генетического материала в виде индивидуальных хромосом продиктована потребностью соматических клеток в упорядоченном распределении матричной ДНК по внутриядерным территориям с целью координации экспрессии генов и стабилизации заключенной в них генетической информации. В соответствии с одной из точек зрения (Д. Строболис, А.П. Волффе, 1996 г.), такая пространственная организация генома может облегчать экспорт синтезирующейся мРНК из ядра в цитоплазму.
Гетерогенность хроматина , проявляющаяся в различных уровнях его конденсации в отдельных генетических локусах, а также неслучайное внутриядерное распределение последовательностей генома создают многоуровневую защиту генетической информации от химических мутагенов и могут контролировать скорости изменения отдельных генетических локусов в филогенезе многоклеточных организмов. Ядро эукариот обеспечивает прохождение первых этапов реализации генетической информации: избирательную транскрипцию генов, а также посттранскрипционные модификации и процессинг предшественников РНК, которые позволяют им вступать в трансляцию, т.е. реализовывать следующий важнейший этап передачи генетической информации от генов к белкам.
Компартментализация ядра и транспорт
