Гетерохроматин

Гетерохромати́н — участки хроматина, находящиеся в течение клеточного цикла в конденсированном (компактном) состоянии. Особенностью гетерохроматиновой ДНК является крайне низкая транскрибируемость.

История открытия

В 1907 году немецкий цитолог С. Гутхерц (S. Gutherz) обнаружил, что некоторые фрагменты хромосом или хромосомы целиком во время клеточного деления интенсивно окрашиваются и выглядят более конденсированными по сравнению со слабоокрашенными участками. Это явление было названо гетеропикнозом, однако термин в дальнейшем не прижился. В ядрах клеток, находящихся в интерфазе, были обнаружены участки, интенсивно окрашиваемые красителями, связывающимися с хроматином, такие участки были названы хромоцентрами. С. Гутхерц показал, что гетеропикнотические сегменты хромосом становятся заметными в начале профазы, то есть в начале конденсации хромосом, отличаясь от «нормальных» участков более интенсивной окраской; различия в интенсивности окраски по мере конденсации снижаются и становятся практически неразличимыми в конце метафазы.

Другой немецкий цитолог Эмиль Хайц, проанализировав соотношение числа хромоцентров и гетеропикнотических участков хромосом, наблюдаемых при митозе в клетках мха, пришёл к выводу, что хромоцентры, обнаруживаемые в интерфазе, ассоциируются с сильно конденсированными и интенсивно окрашиваемыми гетеропикнотическими участками хромосом, наблюдаемыми в течение митотического цикла, то есть хромоцентры и гетеропикнотические участки являются одними и теми же участками хромосом, которые не подвергаются деконденсации в телофазе.

В 1928 году Хайц предложил термины «эухроматин» для участков хромосом, претерпевающих процесс компактизации-декомпактизации в процессе митоза и «гетерохроматин» для участков, постоянно остающихся в конденсированном состоянии. Хайц считал, что гетерохроматиновые участки хромосом являются генетически инертными.

Факультативный и конститутивный (структурный) гетерохроматин

Основное функциональное отличие факультативного гетерохроматина от конститутивного — возможность перехода в эухроматиновое состояние, при котором ДНК становится транскрипционно активной и, соответственно, происходит экспрессия генов, локализованных на данном участке хромосомы.

Факультативный гетерохроматин содержит кодирующую и, в силу этого, относительно консервативную ДНК; ДНК конститутивного гетерохроматина является преимущественно некодирующей и в силу этого высокополиморфна и вариабельна.

На ранних стадиях онтогенеза во многих случаях содержание гетерохроматина в метафазных хромосомах значительно ниже, чем на более поздних стадиях и в клетках взрослого организма — метафазные хромосомы бластомеров многих позвоночных сильно декомпактизированы, в интерфазных ядрах гетерохроматиновые образования не обнаруживаются.

Факультативный и конститутивный гетерохроматины также выявляются по различию в окрашивании: если факультативный гетерохроматин подвергается G-окрашиванию по Романовскому — Гимзе в стандартных условиях, то окраска этим же красителем после денатурации-ренатурации ДНК избирательно окрашивает конститутивный гетерохроматин. Такой селективный метод получил название окраски на конститутивный (C) гетерохроматин, или C-окрашивание.

Факультативный гетерохроматин

Обычно факультативные гетерохроматиновые участки присутствуют только в одной из гомологичных хромосом. Типичным примером факультативного гетерохроматина является неактивная половая хромосома при гомогаметном кариотипе, например, неактивная X-хромосома у женских особей млекопитающих, деактивирующаяся в конденсированное гетерохроматиновое состояние; такая гетерохроматиновая X-хромосома наблюдается в интерфазе как тельце Барра. Вместе с тем, при гаметогенезе и на ранних стадиях эмбриогенеза обе X-хромосомы являются эухроматиновыми и транскрипционно активными.

Другим примером образования факультативного гетерохроматина является пахитенная стадия мейотического деления гетерогаметного гаметоцита, сопровождающаяся у млекопитающих при сперматогенезе образованием гетерохроматинового комплекса XY-хромосом — полового пузырька. Образование такого гетерохроматинового комплекса является временным и обратимым, необходимым для деактивации половых хромосом на этой стадии мейоза: в случае, когда Х и Y хромосомы остаются активными на этой стадии, происходит нарушение баланса между продуктами экспрессии аутосом и половых хромосом, что приводит к гибели клеток.

Факультативный гетерохроматин обуславливает также «молчание» тканеспецифичных генов, переходящих в эухроматиновое состояние и экспрессирующихся только в дифференцированных клетках определённых тканей: в таких клетках активны ~10 % генов — остальные гены являются инактивированными и находятся в составе факультативного гетерохроматина.

Конститутивный гетерохроматин

Конститутивный (структурный) гетерохроматин содержится в обеих гомологичных хромосомах и локализован преимущественно в экспонированных участках — центромере, теломерах, ядрышковом организаторе. ДНК конституивного гетерохроматина является преимущественно сателлитной ДНК, состоящей из тандемных повторов (например, HS1 (Human Satellite 1), HS2, HS3, альфа-сателлит и другие сателлиты человека). В интерфазном ядре конститутивный гетерохроматин образует хромоцентры с внутренней стороны ядерной мембраны, а также в районах ядрышковых организаторов. Вопрос о функциональной роли структурного гетерохроматина в эукариотической клетке остается открытым.

Особенности структуры и состава гетерохроматина

Хроматин является нуклеопротеидом — комплексом ДНК с гистонами. Конденсация хроматина в гетерохроматин сопровождается как модификацией гистонов, так и усложнением состава нуклеопротеидного комплекса за счёт участия в нём белков гетерохроматина HP1 (Heterochromatin Protein 1).

Гистоны гетерохроматинового комплекса характеризуются низкой степенью ацетилированности по лизиновым остаткам, что увеличивает их основные свойства и, соответственно, связывание с кислыми фосфатными группами ДНК, что способствует компактификации комплекса. Другой особенностью, ведущей к образованию гетерохроматина, является метилирование 27-го лизинового остатка гистона H3 белками Polycomb-комплекса 2 (PRC2) и 9-го лизинового остатка гистона H3 гистоновой метилтрансферазой Suv39h. Метилирование 9-го лизинового остатка гистона H3 ведёт к образованию высокоаффинного сайта связывания гистона H3 и белка гетерохроматина HP1. У дрозофил метилтрансфераза Suv39h функционально ассоциирована с гистондеацетилазой таким образом, что ацетилированное и метилированное состояние 9-го лизинового остатка гистона H3 являются взаимоисключающими, то есть обеспечивается единый механизм деацетилирования и метилирования гистона H3, ведущий к усилению связывания с гистоном как ДНК, так и белка гетерохроматина HP1.

См. также

• Белки группы polycomb
• CAF-1

Литература

• Жимулёв И. Ф.  Гетерохроматин и эффект положения гена. — Новосибирск: Наука, 1993.
• Прокофьева-Бельговская А. А.  Гетерохроматические районы хромосом. — М.: Наука, 1986. — 430 с.
• Marie-Geneviève Mattei, Judith Luciani.  [atlasgeneticsoncology.org/Deep/HeterochromatineDEEP.html Heterochromatin, from Chromosome to Protein] // Atlas of Genetics and Cytogenetics in Oncology and Haematology

Ссылки

• Елена Наймарк. [elementy.ru/news/431182 Доказано участие гетерохроматина в видообразовании]. // Элементы: популярный сайт о фундаментальной науке (03.11.2009). Проверено 13 июня 2012. [www.webcitation.org/69j6ZhaYJ Архивировано из первоисточника 7 августа 2012].

Отрывок, характеризующий Гетерохроматин

Старый князь Николай Андреич Болконский в декабре 1805 года получил письмо от князя Василия, извещавшего его о своем приезде вместе с сыном. («Я еду на ревизию, и, разумеется, мне 100 верст не крюк, чтобы посетить вас, многоуважаемый благодетель, – писал он, – и Анатоль мой провожает меня и едет в армию; и я надеюсь, что вы позволите ему лично выразить вам то глубокое уважение, которое он, подражая отцу, питает к вам».)
– Вот Мари и вывозить не нужно: женихи сами к нам едут, – неосторожно сказала маленькая княгиня, услыхав про это.
Князь Николай Андреич поморщился и ничего не сказал.
Через две недели после получения письма, вечером, приехали вперед люди князя Василья, а на другой день приехал и он сам с сыном.
Старик Болконский всегда был невысокого мнения о характере князя Василья, и тем более в последнее время, когда князь Василий в новые царствования при Павле и Александре далеко пошел в чинах и почестях. Теперь же, по намекам письма и маленькой княгини, он понял, в чем дело, и невысокое мнение о князе Василье перешло в душе князя Николая Андреича в чувство недоброжелательного презрения. Он постоянно фыркал, говоря про него. В тот день, как приехать князю Василью, князь Николай Андреич был особенно недоволен и не в духе. Оттого ли он был не в духе, что приезжал князь Василий, или оттого он был особенно недоволен приездом князя Василья, что был не в духе; но он был не в духе, и Тихон еще утром отсоветывал архитектору входить с докладом к князю.
– Слышите, как ходит, – сказал Тихон, обращая внимание архитектора на звуки шагов князя. – На всю пятку ступает – уж мы знаем…
Однако, как обыкновенно, в 9 м часу князь вышел гулять в своей бархатной шубке с собольим воротником и такой же шапке. Накануне выпал снег. Дорожка, по которой хаживал князь Николай Андреич к оранжерее, была расчищена, следы метлы виднелись на разметанном снегу, и лопата была воткнута в рыхлую насыпь снега, шедшую с обеих сторон дорожки. Князь прошел по оранжереям, по дворне и постройкам, нахмуренный и молчаливый.
– А проехать в санях можно? – спросил он провожавшего его до дома почтенного, похожего лицом и манерами на хозяина, управляющего.
– Глубок снег, ваше сиятельство. Я уже по прешпекту разметать велел.
Князь наклонил голову и подошел к крыльцу. «Слава тебе, Господи, – подумал управляющий, – пронеслась туча!»
– Проехать трудно было, ваше сиятельство, – прибавил управляющий. – Как слышно было, ваше сиятельство, что министр пожалует к вашему сиятельству?
Князь повернулся к управляющему и нахмуренными глазами уставился на него.
– Что? Министр? Какой министр? Кто велел? – заговорил он своим пронзительным, жестким голосом. – Для княжны, моей дочери, не расчистили, а для министра! У меня нет министров!
– Ваше сиятельство, я полагал…
– Ты полагал! – закричал князь, всё поспешнее и несвязнее выговаривая слова. – Ты полагал… Разбойники! прохвосты! Я тебя научу полагать, – и, подняв палку, он замахнулся ею на Алпатыча и ударил бы, ежели бы управляющий невольно не отклонился от удара. – Полагал! Прохвосты! – торопливо кричал он. Но, несмотря на то, что Алпатыч, сам испугавшийся своей дерзости – отклониться от удара, приблизился к князю, опустив перед ним покорно свою плешивую голову, или, может быть, именно от этого князь, продолжая кричать: «прохвосты! закидать дорогу!» не поднял другой раз палки и вбежал в комнаты.
Перед обедом княжна и m lle Bourienne, знавшие, что князь не в духе, стояли, ожидая его: m lle Bourienne с сияющим лицом, которое говорило: «Я ничего не знаю, я такая же, как и всегда», и княжна Марья – бледная, испуганная, с опущенными глазами. Тяжелее всего для княжны Марьи было то, что она знала, что в этих случаях надо поступать, как m lle Bourime, но не могла этого сделать. Ей казалось: «сделаю я так, как будто не замечаю, он подумает, что у меня нет к нему сочувствия; сделаю я так, что я сама скучна и не в духе, он скажет (как это и бывало), что я нос повесила», и т. п.
Князь взглянул на испуганное лицо дочери и фыркнул.
– Др… или дура!… – проговорил он.
«И той нет! уж и ей насплетничали», подумал он про маленькую княгиню, которой не было в столовой.
– А княгиня где? – спросил он. – Прячется?…
– Она не совсем здорова, – весело улыбаясь, сказала m llе Bourienne, – она не выйдет. Это так понятно в ее положении.
– Гм! гм! кх! кх! – проговорил князь и сел за стол.
Тарелка ему показалась не чиста; он указал на пятно и бросил ее. Тихон подхватил ее и передал буфетчику. Маленькая княгиня не была нездорова; но она до такой степени непреодолимо боялась князя, что, услыхав о том, как он не в духе, она решилась не выходить.
– Я боюсь за ребенка, – говорила она m lle Bourienne, – Бог знает, что может сделаться от испуга.
Вообще маленькая княгиня жила в Лысых Горах постоянно под чувством страха и антипатии к старому князю, которой она не сознавала, потому что страх так преобладал, что она не могла чувствовать ее. Со стороны князя была тоже антипатия, но она заглушалась презрением. Княгиня, обжившись в Лысых Горах, особенно полюбила m lle Bourienne, проводила с нею дни, просила ее ночевать с собой и с нею часто говорила о свекоре и судила его.
– Il nous arrive du monde, mon prince, [К нам едут гости, князь.] – сказала m lle Bourienne, своими розовенькими руками развертывая белую салфетку. – Son excellence le рrince Kouraguine avec son fils, a ce que j'ai entendu dire? [Его сиятельство князь Курагин с сыном, сколько я слышала?] – вопросительно сказала она.
– Гм… эта excellence мальчишка… я его определил в коллегию, – оскорбленно сказал князь. – А сын зачем, не могу понять. Княгиня Лизавета Карловна и княжна Марья, может, знают; я не знаю, к чему он везет этого сына сюда. Мне не нужно. – И он посмотрел на покрасневшую дочь.
– Нездорова, что ли? От страха министра, как нынче этот болван Алпатыч сказал.
– Нет, mon pere. [батюшка.]
Как ни неудачно попала m lle Bourienne на предмет разговора, она не остановилась и болтала об оранжереях, о красоте нового распустившегося цветка, и князь после супа смягчился.
После обеда он прошел к невестке. Маленькая княгиня сидела за маленьким столиком и болтала с Машей, горничной. Она побледнела, увидав свекора.
Маленькая княгиня очень переменилась. Она скорее была дурна, нежели хороша, теперь. Щеки опустились, губа поднялась кверху, глаза были обтянуты книзу.
– Да, тяжесть какая то, – отвечала она на вопрос князя, что она чувствует.
– Не нужно ли чего?
– Нет, merci, mon pere. [благодарю, батюшка.]
– Ну, хорошо, хорошо.
Он вышел и дошел до официантской. Алпатыч, нагнув голову, стоял в официантской.
– Закидана дорога?
– Закидана, ваше сиятельство; простите, ради Бога, по одной глупости.
Князь перебил его и засмеялся своим неестественным смехом.
– Ну, хорошо, хорошо.
Он протянул руку, которую поцеловал Алпатыч, и прошел в кабинет.
Вечером приехал князь Василий. Его встретили на прешпекте (так назывался проспект) кучера и официанты, с криком провезли его возки и сани к флигелю по нарочно засыпанной снегом дороге.
Князю Василью и Анатолю были отведены отдельные комнаты.
Анатоль сидел, сняв камзол и подпершись руками в бока, перед столом, на угол которого он, улыбаясь, пристально и рассеянно устремил свои прекрасные большие глаза. На всю жизнь свою он смотрел как на непрерывное увеселение, которое кто то такой почему то обязался устроить для него. Так же и теперь он смотрел на свою поездку к злому старику и к богатой уродливой наследнице. Всё это могло выйти, по его предположению, очень хорошо и забавно. А отчего же не жениться, коли она очень богата? Это никогда не мешает, думал Анатоль.
Он выбрился, надушился с тщательностью и щегольством, сделавшимися его привычкою, и с прирожденным ему добродушно победительным выражением, высоко неся красивую голову, вошел в комнату к отцу. Около князя Василья хлопотали его два камердинера, одевая его; он сам оживленно оглядывался вокруг себя и весело кивнул входившему сыну, как будто он говорил: «Так, таким мне тебя и надо!»