Главная / Молекулы и клетки / Хромосомные вздутия

Хромосомные вздутия

Эти вздутые участки, обнаруживаемые на гигантских хромосомах в некоторых клетках насекомых, оказались активными генами. Они, по-видимому, образуют особый вид нуклеиновой кислоты, так называемую информационную РНК

В. Беерман и У. Клевер

Генетический материал выполняет две функции, лежащие в основе жизни: во-первых, он сам реплицируется, а во-вторых, в конечном счете регулирует все многочисленные химические процессы в живой клетке. Первая функция осуществляется при клеточном делении, когда в результате репликации образуются новые количества генетического материала — дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Вторая функция осуществляется во время интерфазы, то есть в период между двумя делениями клеток; ДНК контролирует синтез рибонуклеиновой кислоты (РНК), а та в свою очередь — синтез белков, в том числе ферментных белков, катализирующих все прочие реакции клетки. Таким образом, РНК переводит генетическую информацию ДНК на язык обычных и необходимых процессов синтеза и обмена веществ.

Читателю, наверное, известно, что выяснением генетического кода занимаются теперь в лабораториях многих стран, причем в основном используется метод выращивания и статистического изучения бактерий и заражающих их вирусов. Недавно в нашей лаборатории в Институте биологии Макса Планка (Тюбинген), а также в ряде других лабораторий были разработаны несколько иные методы для установления взаимосвязи между ДНК и РНК. Объектом этих исследований послужили плодовая мушка (дрозофила), а также хирономус. Это насекомые, относящиеся к отряду двукрылых. У них, как и у всех высших организмов, ДНК содержится в структурах, носящих название хромосом. Нам удалось непосредственно наблюдать работу элементарных единиц наследственности — генов — в некоторых особенно крупных клетках дрозофилы и хирономуса. В гигантских хромосомах таких клеток эти активные гены принимают форму вздутий (или «пуфов») (смотрите рисунок ниже).


Окончание гигантской хромосомы из слюнной железы плодовой мушки

Окончание гигантской хромосомы из слюнной железы плодовой мушки

На этом рисунке изображено окончание гигантской хромосомы из слюнной железы плодовой мушки. Систему обозначений, приведенную на рисунке внизу, ввел Бриджес. Буквы в верхней части рисунка обозначают локусы, связанные с определенными признаками. Так, например, «у» соответствует гену, ответственному за желтую окраску тела насекомого.



«Молекулы и клетки», под ред. Г.М.Франка


Введение меченой аминокислоты подопытной личинке

Если ввести личинке какую-либо меченую аминокислоту (например, лейцин), то метка в белке вздутий полностью (или почти полностью) отсутствует. Меченый белок всегда появляется сначала в цитоплазме и попадает в хромосомы самое раннее через час. Один из авторов этой статьи (Клевер) получил аналогичные результаты, вводя личинкам одновременно лейцин и экдизон — гормон, вызывающий быстрое образование вздутий в…


РНК вздутий

Итак, РНК вздутий безусловно представляет собой особый тип РНК. Можно ли ее считать информационной РНК? Необычный состав ее оснований подсказывает положительный ответ. В РНК хромосомных вздутий слюнной железы аденина всегда содержится больше, чем урацила, причем в случае одного из изученных вздутий аденина даже в 2 раза больше (в РНК в отличие от ДНК вместо тимина…


Дифференциальная активация генов

Предположим, что дифференциальная активация генов действительно существует; тогда вполне возможно, что гены в клетках одного специфического типа будут вздуваться, тогда как те же гены в клетках другого типа не изменятся. Именно это было обнаружено у хирономуса. Группа из четырех клеток, лежащих вблизи протока слюнной железы у Chironomus pallidivittatus, выделяет гранулярный секрет. Такие же клетки у…


Уплотненные участки на хромосомных нитях

На хромосомных нитях имеются многочисленные уплотненные участки; по-видимому, в этих участках, получивших название хромомеров, материал хромосом образует тесно примыкающие друг к другу складки. Новообразованные нити данной хромосомы в гигантских клетках насекомых остаются тесно связанными; каждый хромомер соединяется с гомологичным, или парным, хромомером соседних нитей. Так образуются диски. Хромосому, возникшую в результате такого процесса роста, называют…


Изучение вздутых генов «пуфов»

Мы установили, что в этих вздутых участках синтезируется РНК, причем в разных вздутиях образуется РНК различного типа. Наши наблюдения позволили также проследить за изменением активности генов в тканях развивающихся личинок насекомых во времени. Наконец, мы научились вызывать, останавливать и подавлять активность некоторых генов, вводя насекомым гормоны и другие вещества. Гигантские хромосомы Гигантские хромосомы были открыты…


Различия в расположении и последовательности дисков в хромосомах

Нам не удалось найти каких-либо заметных различий в расположении и последовательности дисков в хромосомах из различных тканей. Эта совпадающая поперечная исчерченность хромосом убедительно говорит в пользу того, что линейное расположение генов на картах, составленных генетиками на основании опытов по скрещиванию, должно соответствовать расположению дисков на гигантских хромосомах. В то же время, однако, мы обнаружили весьма…


Белковый синтез

Согласно современной гипотезе, в последовательности четырех оснований ДНК (гуанина, аденина, тимина и цитозина) закодирована последовательность 20 видов аминокислотных единиц, из которых построен белок. Весь (или почти весь) белковый синтез протекает не в клеточном ядре, а в цитоплазме. ДНК же всегда остается в ядре. Следовательно, информация, заключенная в ДНК, должна каким-то образом переноситься в цитоплазму. Согласно…


Экдизон

Существует специальный гормон линьки — экдизон; он образуется переднегрудной железой, расположенной в среднем отделе тела личинки. Экдизон — это пока единственный гормон насекомых, полученный в очищенном виде. Он непосредственно воздействует на отдельные клетки, так что при его введении во всех клетках организма насекомого наступают изменения, характерные для линьки. Временная зависимость между образованием вздутий и процессами…


Данные о контроле активности генов экдизоном

Г. Беккер подтвердил наши данные с помощью следующего опыта. Он перевязывал ниткой личинок плодовой мушки в начале метаморфоза таким образом, чтобы переднегрудная железа и часть слюнной железы оказались впереди узелка, а остальная часть слюнной железы — позади него и не получала бы экдизона. Оказалось, что вздутия, характерные для метаморфоза, отсутствовали в клетках слюнной железы, находящихся…


Естественная последовательность образования вздутий в локусе 18-С хромосомы

Мы сопоставили эти данные с результатами изучения роста и изменений обоих локусов в процессе нормальной линьки (смотрите рисунок ниже); оказалось, что концентрация гормона при метаморфозе постепенно возрастает. Таким образом, все отмеченные изменения активности этих двух локусов обусловлены, очевидно, одним и тем же фактором — изменениями концентрации гормона. Естественная последовательность образования вздутий в локусе 18-С хромосомы…