Пространственная модель ДНК

Пространственная модель ДНК

Сахорофосфатные связи в цепи ДНК

Взаимодействие между цепями ДНК

Три конформации ДНК – A, B, Z

Молекула РНК дельта вируса гепатита

Нуклеосомы

Модель пространственной организации хроматина

Уровни упаковки ДНК в митотической хромосоме

Митотическая хромосома в разрезе

Компоненты ядра и ядрышка

Изменение формы ядра и позиционирования хромосомы 13 (зеленая) при прогерии

Синдром прогерии

Диплоидный набор хромосом человека

Кинетохор – место прикрепления микротрубочек к хроматиде

Хромосомы человека

Перинуклеарное пространство - 20–40 нм

Ядерная ламина (30-100 нм) представляет собой слой белков под внутренней ядерной мембраной и состоит из белков ламинов А-и В-типа и ряда интегральных белков внутренней ядерной мембраны, таких как рецептор ламина B (LBR), эмерин, а также различных изоформ ламин-связанных полипептидов 1 (LAP1) и других белков
Молекулярная масса ламина A 74 кДа, ламина В 67 кДа, ламина C - в 65 кДа.
Функция ламинов нарушена при ряде наследственных заболваний, например, мутации и вариации гена LMNA ассоциированы с мышечной дистрофией Эмери-Дрейфуса, связанной с потерей функции emerin-lamin A/C комплекса, семейной частичной липодистрофией, конечностно-поясной мышечной дистрофией, дилатационной кардиомиопатией, болезнью Шарко-Мари-Тута и синдромом прогерии Хатчинсона-Гилфорда. Синдром прогерии, исключительно редкое расстройство, вызывается синтезом ламина A неправильной формы, называемой прогерином.

Ядро, окрашенное антителами к ламину В1 и В2

В состав ядерной ламины входят белки: несприн, эмерин, ламинассоциированные белки 1 и 2, рецептор ламина В и белок МАН 1 (nesprin, emerin, lamina-associated proteins 1 and 2 (LAP1 and LAP2, the lamin B receptor (LBR) and MAN1). Факторы транскрипции прикрепляются к ядерной ламине изнутри. Среди них: ретинобластомный фактор регуляции и другие (retinoblastoma transcriptional regulator (RB), germ cell-less (GCL), sterol response element binding protein (SREBP1), FOS and MOK2). Barrier to autointegration factor (BAF) – белок, который прикрепляется к ядерной ламине и некотрым из перечисленных белков. Регуляторный белок 1 (HP1- Heterochromatin protein1 ) прикрепляется к хроматину и LBR. Henrique Douglas M Coutinho et al. Immunity & Ageing 2009, 6:4

AP, attachment plate; CE, central element of the SC (synaptonemal complex); NPC, nuclear pore complex; PNS, perinuclear space; ONM, outer nuclear membrane.
Johannes Schmitt, Ricardo Benavente, Didier Hodzic, Christer Höög, Colin L. Stewart, and Manfred Alsheimer Transmembrane protein Sun2 is involved in tethering mammalian meiotic telomeres to the nuclear envelope PNAS 2007 104 (18) 7426-7431

Brian Burke It Takes KASH to Hitch to the SUN
Cell Volume 149, Issue 5, 25 May 2012, Pages 961–963

Ядрышко (1-5 нм в диаметре) - место синтеза рибосом на участках хромосом, содержащих гены рибосомальной РНК (рРНК), так называемых ядрышковых организаторах (ЯОР) У человека ЯОР расположены в коротких плечах 13, 14, 15, 21 и 22 хромосом

Гранулярный компонент – представляет собой гранулы 15-20 нм и расположен на периферии ядрышка
Фибриллярный компонент содержит нити толщиной 100 – 200 нм
Фибриллярные центры – участки скопления фибрилл с низкой электронной плотностью, окруженные зоной фибрилл с высокой электронной плотностью (плотный фибриллярный компонент)

У человека гены, кодирующие рРНК, как и у других организмов, организованы в группы тандемных повторов, расположенных в центральных областях короткого плеча 13, 14, 15, 21 и 22-й хромосом.
80S рибосома эукариот состоит из большой 60S субъединицы (построенной на основе трех молекул рРНК — 5S, 5,8S и 28S) и малой 40S субъединицы (построенной на основе 18S рРНК).
У эукариот 18S, 5.8S и 25/28 рРНК ко-транскрибируются РНК-полимеразой I, в то время как ген 5S рРНК транскибируется РНК-полимеразой III.

Полуконсервативный синтез ДНК

ДНК-полимераза бактериофага Т7

ДНК-полимеразы прокариот на примере E. coli

Схема ДНК-полимеразы ІІІ бактериальной клетки

Схема репликативной вилки

Репликационные фабрики в ядре мыши и дрожжей
Крупные репликационные фабрики в ядре
мыши составлены из нескольких мелких
В ядрах дрожжей содержится 15-20 репликационных фабрик

Репликационные фабрики в ядрах СНО, активированных в экстракте ооцитов шпорцевой лягушки Xenopus laevis
Roscovitine – ингибитор Cdk
Cyc. A – циклин А
В клетках эукариот содержится 100-1000 репликационных фабрик
в каждой фабрике 10-100 репликонов.
В клетках мыши каждый репликон содержит около 1 тыс. пар оснований

Пространственная модель РНК-полимеразы прокариотической клетки

Пространственная модель РНК-полимеразы II клетки дрожжей (12 субъединиц)

Синтез иРНК у прокариот

Промотор для РНК-полимеразы II

Кэп (7-метилгуанозин) на 3‘ конце эукариотической мРНК

Схема сплайсинга

Схема строения транскрипционной фабрики
Диаметр фабрики – 56, 75 нм, по данным разных авторов
В клетках HeLa приблизительно
8000 фабрик RNAPII и 2000 RNAPIII

Схема изменений в состоянии фосфорилирования большой субъединицы
РНК-полимеразы -II процессе транскрипции
Большая субъединица ( RPB1) полимеразы RNAP II
имеет C-терминальную область (CTD), состоящую из
52 тандемных серинбогатых повторов, которые могут быть
посттрансяционно фосфорилированы.
Изначально RNAP II нефосфорилирована, затем, в процессе инициации
Ser5 фосфорилируется с помощью фактора транскрипции TFIIH.
В процессе элонгации наблюдается Фосфорилирование серина Ser2
киназой CTDKI, которая является частью фактора элонгации PЌTEFb.
На завершающем этапе элонгации происходит дефосфорилирование
по Ser5 с помощью протеинфосфатазы. Фосфорилирование Ser7
необходимо для транскрипции малых ядерных РНК.

Схема транскрипционной фабрики
Зеленым цветом отмечены 8 молекул РНК-полимеразы, желтым - РНК

Две возможные схемы сплайсинга генов, транскрибируемых на двух транскрипционных фабриках
с – транскрипция двух генов идет на общей транскрипционной фабрике
в - транскрипция двух генов идет на разных транскрипционных фабриках,
объединение в одну мРНК идет за счет факторов сплайсинга (желтые кружочки)

Транскрипционные фабрики в клетках HeLa
Транскрипционные фабрики указаны стрелочками,
интерхроматиновые гранулы (сплайсосомы) - звездочками

Транскрипционные фабрики в клетках бактерий

Транскрипция двух генов в эритробластах человека
SC35 – фактор сплайсинга

Транскрипция глобиновых генов в эритробластах человека
Красный цвет – РНК-пол II
Зеленый –РНК
Два глобиновых гена транскрибируются на разных
полимеразных фабриках

Интерхроматиновые гранулы (speckles, 20-25 нм) в клетках HeLa
Размер черточки – 5 мкм
Гранулы содержат мяРНК
и факторы сплайсинга

Возможные функции некодирующих РНК (нкРНК) и малых интерференционных РНК (миРНК)
Small interfering RNA (siRNA)

Схема образования малых ядерных РНК путем разрезания нк РНК

Регуляция трансляции с помощью микро РНК (miRNA)
Предшественники miRNA транскрибируются и подвергаются процессингу
РНКазами Drosha и Dicer-1 до зрелой miRNA. Последняя загружается в
комплекс RISC, содержащий фермент Argonaute-1, который присоединяется к мРНК и привлекает ряд других белков – ингибиторов трансляции

Деградация РНК вируса c помощью белка Argonaute-2
РНКаза Dicer-2 разрезает двухцепочечную dsRNA на фрагменты малых
интерфенирующих РНК (siRNA), которые попадают в ферментный комплекс RISC (RNA-induced silencing complex) и подвергают деградации РНК вируса с помощью белка Argonaute-2

Малые ингибиторные РНК (20-25 нуклеотидов) или small interfering RNA (siRNA) как средство для избирательного ингибирования экспрессии генов