Оглавление
- 1 Нуклеоид
- 1.1 Нуклеоид и его структура
- 1.2 Структура ДНК в нуклеоиде
- 1.3 Образование нуклеоида
- 1.4 Белки, ассоциированные с нуклеоидами (NAPs)
- 1.5 HU — гистоноподобный белок из E. coli
- 1.6 HU и его влияние на ДНК
- 1.7 Роль HU в клетке
- 1.8 IHF и его поведение
- 1.9 H-NS и его роль
- 1.10 Fis и его функции
- 1.11 Роль РНК в структуре нуклеоидов
- 1.12 Идентификация молекул РНК
- 1.13 Механизм образования комплекса РНК-ДНК
- 1.14 Сверхспирализация ДНК
- 1.15 Типы суперспиралей
- 1.16 Плектонемические суперспирали в E. coli
- 1.17 Источники перемотки в E. coli
- 1.18 Контроль перемотки с помощью ворса
- 1.19 Организация плектонемических супервитинов
- 1.20 Топологические домены нуклеоида
- 1.21 Влияние HU на экспрессию генов
- 1.22 Мутации в HU и их эффекты
- 1.23 Пространственная организация хромосом
- 1.24 Макродомены и их формирование
- 1.25 Белки, управляющие образованием макродоменов
- 1.26 Структура и функции комплекса MukBEF
- 1.27 Роль MatP в предотвращении действия MukB в домене Ter
- 1.28 Организация хромосомы кишечной палочки
- 1.29 Роль NAPs и NARNA
- 1.30 Функциональная взаимосвязь генов
- 1.31 Глобальная форма и структура нуклеоида
- 1.32 Соединения нуклеоид-мембрана
- 1.33 Визуализация нуклеоида
- 1.34 Структура и функции нуклеоида
- 1.35 Повреждение и восстановление ДНК
- 1.36 Полный текст статьи:
- 2 Нуклеоид
Нуклеоид
-
Нуклеоид и его структура
- Нуклеоид — область внутри прокариотической клетки, содержащая генетический материал.
- Хромосома прокариота имеет круглую форму и большую длину, поэтому её необходимо уплотнить.
- Нуклеоид образуется путём конденсации и функционального расположения ДНК.
-
Структура ДНК в нуклеоиде
- ДНК в нуклеоиде имеет отрицательную сверхскрученность и сворачивается в плектонемические петли.
- Петли объединяются в макродомены, внутри которых участки ДНК взаимодействуют, но между ними взаимодействия редки.
- ДНК образует спиральный эллипсоид, ограниченный клеткой.
-
Образование нуклеоида
- ДНК конденсируется и функционально организуется с помощью архитектурных белков и молекул РНК.
- ДНК не остаётся прямой в суспензии из-за броуновского движения, что приводит к её искривлению.
- Дополнительные факторы способствуют дальнейшей конденсации ДНК.
-
Белки, ассоциированные с нуклеоидами (NAPs)
- NAPs — ДНК-связывающие белки, аналогичные гистонам у эукариот.
- NAPs связываются с ДНК как специфично, так и неспецифично.
- NAPs участвуют в уплотнении хромосом, индуцируя и стабилизируя изгибы ДНК.
-
HU — гистоноподобный белок из E. coli
- HU — эволюционно консервативный белок, связывающийся с искаженной ДНК.
- HU стабилизирует петли ДНК и участвует в специализированных функциях, таких как рекомбинация и репарация.
- HU участвует в конденсации ДНК, что подтверждается исследованиями in vitro.
-
HU и его влияние на ДНК
- HU связывается с искаженной ДНК и индуцирует гибкие изгибы при низких концентрациях.
- При высоких концентрациях HU образует жесткие нуклеопротеиновые нити, вызывая растяжение ДНК.
- Нити могут образовывать ДНК-сеть, расширяемую в боковом и медиальном направлениях.
-
Роль HU в клетке
- Для образования филаментов требуется высокая плотность связывания HU с ДНК.
- В клетке на каждые 150 п.н. хромосомной ДНК приходится один димер HU.
- Гибкие изгибы вызывают конденсацию ДНК, но жесткие нити и сети могут способствовать конденсации.
-
IHF и его поведение
- IHF связывается с определенной последовательностью ДНК, вызывая резкий изгиб.
- В фазе роста IHF занимает определенные участки в геноме, конденсируя ДНК.
- Неспецифическое связывание IHF также индуцирует изгиб ДНК, способствуя конденсации.
-
H-NS и его роль
- H-NS образует жесткие нити при низких концентрациях магния и мостики при высоких.
- H-NS избирательно связывается с 458 участками генома, предпочитая изогнутую ДНК.
- Образование жестких нитей приводит к глушению генов, но не индуцирует конденсацию ДНК.
-
Fis и его функции
- Fis связывается со специфическими последовательностями ДНК, вызывая изгиб.
- Fis может связываться со случайной последовательностью ДНК, способствуя конденсации.
- Fis присутствует только в фазе роста и не участвует в конденсации хромосом в стационарной фазе.
-
Роль РНК в структуре нуклеоидов
- РНК участвует в стабилизации нуклеоида в конденсированном состоянии
- Обработка РНКазой А расщепляет волокна ДНК на более тонкие
- HU связывается с дцРНК и гибридами РНК-ДНК
-
Идентификация молекул РНК
- Иммунопреципитация и анализ РНК выявили молекулы РНК, связанные с нуклеоидами
- naRNA4 кодируется повторяющимся экстрагенным палиндромом (REP325)
- naRNA4 участвует в конденсации ДНК, соединяя сегменты ДНК
-
Механизм образования комплекса РНК-ДНК
- РНК воздействует на участки ДНК с крестообразными структурами
- Комплекс РНК-ДНК важен для установления связей ДНК-ДНК
- HU помогает в образовании комплекса, но не присутствует в конечном комплексе
-
Сверхспирализация ДНК
- ДНК становится топологически ограниченной в круглой форме
- Lk ДНК в расслабленном виде определяется как Lk0
- Сверхспирализация приводит к изменению структуры ДНК
-
Типы суперспиралей
- Плектонемические суперспирали возникают из-за переплетения спиральных осей
- Тороидальные суперспирали образуются из нескольких спиралей, вращающихся вокруг одной оси
-
Плектонемические суперспирали в E. coli
- ДНК E. coli имеет отрицательную сверхскрученность
- Плектонемические суперспирали способствуют конденсации и организации ДНК
-
Источники перемотки в E. coli
- Активность топоизомераз, транскрипция и дневной сон способствуют сверхскручиваемости
- ДНК-гираза создает отрицательную сверхспиральность, Topo I расслабляет отрицательно намотанную ДНК
- Транскрипция индуцирует сверхспиральность ДНК
-
Контроль перемотки с помощью ворса
- Нуклеопротеиновые комплексы в E. coli сдерживают половину плотности сверхскручивания
- HU, Fis и H-NS связываются с ДНК и стабилизируют негативную сверхспиральность
-
Организация плектонемических супервитинов
- Fis связывается с перекрестными участками, HU — с крестообразными структурами
- NAPs косвенно регулируют сверхскручивание ДНК
- Fis подавляет транскрипцию генов, кодирующих ДНК-гиразу
- HU стимулирует ДНК-гиразу и снижает активность Topo I
-
Топологические домены нуклеоида
- Плектонемические супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые супервитиновые суперви
-
Влияние HU на экспрессию генов
- HU изменяет сверхспиральность ДНК, что влияет на экспрессию генов.
- Отсутствие HU приводит к активации генов, что подтверждает роль сверхспиральности.
- HU изолирует транскрипционные единицы, ограничивая сверхспиральность.
-
Мутации в HU и их эффекты
- Точечные мутации в HU изменяют экспрессию генов E. coli.
- Мутантный штамм более инвазивен к клеткам млекопитающих.
- Мутантный белок образует октамер, удерживая положительные суперспирали.
-
Пространственная организация хромосом
- Метод 3C позволяет изучать пространственную организацию хромосом.
- Бактериальные хромосомы разделены на домены хромосомного взаимодействия (CIDs).
- CIDs формируются суперспирально-диффузионным барьером.
-
Макродомены и их формирование
- Плектонемические петли ДНК образуют макродомены (MDs).
- MDs идентифицированы на основе рекомбинации и локализации ДНК-маркеров.
- Генетическое положение oriC определяет формирование MDs.
-
Белки, управляющие образованием макродоменов
- MatP связывается с доменом Ter, конденсируя ДНК и изолируя домен.
- MatP может образовывать петлю ДНК, но механизм его действия остается неясным.
- MukB участвует в организации хромосом высшего порядка у эукариот.
-
Структура и функции комплекса MukBEF
- MukB имеет V-образную форму благодаря гибкой шарнирной области.
- MukE и MukF ассоциируются с MukB, образуя крупные кольцеобразные структуры.
- Комплекс MukBEF необходим для декатенации и изменения положения oriCs.
- MukB участвует в формировании взаимодействий ДНК-ДНК, кроме домена Ter.
-
Роль MatP в предотвращении действия MukB в домене Ter
- MatP физически взаимодействует с MukB, предотвращая его локализацию в домене Ter.
- Отсутствие MatP приводит к сокращению контактов ДНК по всей хромосоме.
-
Организация хромосомы кишечной палочки
- SMC-комплексы организуют хромосомы, вытягивая петли ДНК.
- MukBEF локализуется в виде скоплений, вытягивающихся параллельно длинной оси клетки.
- MukBEF вытягивает петли ДНК способом “скалолазания”.
-
Роль NAPs и NARNA
- NAPs способствуют уплотнению хромосом и установлению контактов ДНК-ДНК.
- Fis и HU участвуют в конденсации и организации ДНК.
- naRNA4 также участвует в установлении дальних контактов с ДНК.
-
Функциональная взаимосвязь генов
- Функционально родственные гены физически находятся вместе в хромосоме.
- GalR образует сеть взаимодействий сайтов связывания по всей хромосоме.
-
Глобальная форма и структура нуклеоида
- Нуклеоид имеет эллипсоидную форму и радиальную локализацию.
- Нуклеоид изгибается из-за цилиндрической формы клетки.
-
Соединения нуклеоид-мембрана
- ДНК и мембрана соединяются через перенос и прямой контакт.
- Мембранные белки, такие как LacY и TetA, изменяют положение хромосомных локусов.
- CadC регулирует транскрипцию генов-мишеней через контакт с мембраной.
- Хромосома прикреплена к мембране через белок-белковые взаимодействия.
- Контакты ДНК-мембрана поддерживают оптимальный уровень конденсации нуклеоида.
-
Визуализация нуклеоида
- Нуклеоид можно увидеть на электронной микрофотографии при большом увеличении.
- При окрашивании красителем Фельгена нуклеоид виден под световым микроскопом.
- Для флуоресцентной микроскопии используются красители DAPI и бромид этидия.
-
Структура и функции нуклеоида
- Нуклеоид имеет неправильную форму и содержится в прокариотических клетках.
- Изменения в структуре нуклеоида наблюдаются после воздействия условий, повреждающих ДНК.
-
Повреждение и восстановление ДНК
- Нуклеоиды бактерий и архей уплотняются после ультрафиолетового облучения.
- Уплотнение зависит от белкового комплекса Mre11-Rad50, участвующего в гомологичной рекомбинационной репарации.
- Уплотнение нуклеоидов ускоряет восстановление клеток, помогая белкам репарации находить мишени.