Хроматин
Эукариоттардағы ДНҚ репликациясы
Репликацияның басталу нүктесінен және терминация нүктесінен тұратын бактериалды хромосома бір құрылымдық бірлік түрінде репликацияланады. Сондықтан бактериалды циклді ДНҚ бір репликон болып табылады. Электронды микроскоппен вирустар мен бактериялардағы репликацияланушы хромосомаларын зерттегенде, репликацияның басталу нүктелерінен екі қарама-қарсы бағытка ДНҚ синтезі жүргені анық байқалатын репликациялық айырылымды көруге болады. Эукариотты жасушалардың репликациясының құрылымы полирепликон түрінде жүреді. Импулс арқылы 3Н-тимидинді енгізгеннен кейін барлық митотикалық хромосомада көптеген таңба пайда болады. Бұл ұғым бойынша таңба бір уақытта интерфазалық хромосомада көптеген репликация орындары және репликация басталуының автономды нүктелері бар екендігін көрсетеді. Бұл күбылысты толығырақ ДНҚ-ның таңбаланған молекулаларындағы радиоавтография көмегімен зерттеген. Егер жасуша Н тимидинмен таңбаланған болса, жарық микроскопындағы ДНҚ кесінділері автографтарында қалпына келген күмістің бөліктерін пунктирлі сызық түрінде көруге болады. Бұл репликацияланып үлгерген ДНҚ ның аздаған кесінділері, ал оның арасында радиоавтографты калдырмаған, сондықтан көрінбей қалған ДНҚ репликацияланбаған кесінділері орналаскан. ЛН тимидиннің жасушамем қатынасының уақыт аралығы ұзарған сайын, осындай кесінділердің көлемі ұлғаяды, ал олардың аракашықтығы қысқарады. Осы зерттеулердің көмегімен эукариотты ағзалардың ДНҚ репликациясын дәл есептеуге болады. Бактериалды ДНҚ репликациясынан жылдамдығы 50 т.ж.н. сүтқоректілсрдс репликациялық айырылымның козғалыс жылдамдығы 1 минутта 1-3 ж.н. болса, ал кейбір өсімдіктерде минутына 1 т.ж.н. сәйкес болады. Осы зерттеулерде эукариоты ДНҚ хомосомасының кұрылымы полирепликонды екендігі дәлелденді. ДНҚ хромосомының ұзындығы бойынша репликацияда көптеген тәуелсіз бөліктер репликондар орналаскан. Сүтқоректілер гаплоидты топтарында 20000-30000 реплликон болуы кажет. Төменгі сатыдағы эукариоттарда репликон аз шамамен-40 м.ж.н.Дрозофилада гендерге 3500 репликоннан келеді, ал аңытқыларда 400. Сонымен репликонда ДНҚ синтезі екі карама-карсы бағытта жүреді. Бұл авторадиография көмегімен оңай дәлелденді. Егер жасушаға импулстік таңбадан кейін ортаға тимидинсіз ДНҚ синтезіне жағдай жасасак, онда оның ДНҚ енуі азаяды, және авторадиографияда симметриялы екі бағытка репликацияланған бөлікті көруге болады. Айырлы репликациялану кезінде репликонда козғалыс тоқталады. Көрші репликондардың репликацияланған бөліктері екі синтезделген ДНҚ молекуласының бірдей ковалентті тізбегімен байланысады. Репликондарда ДНҚ хромосоманың функционалды бөлінуі ДНҚ домендерінің бөлінуіне сай келеді. ДНҚ синтезінің биологиялық тұжырымы ДНҚ синтезін бактериямен және хромосомамен салыстырып караса түсінікті. Сонымен ұзындығы 1600 мкм хромосоманың монорепликонды бактериялардың жылдамдығы шамамен жарты сағат синтездейді, ал сүтқоректілерде ДНҚ репликациясы 6-8 сағатты құрайды. Репликациялық айырымдар көршілес репликондардың айырымдарымен терминальді нүктеде кездескенде оның козғалысы тоқтайды. Осы нүктеде көршілес репликондардың репликацияланып болған бөлімдері жаңа синтезделген ДНҚ молекуласының екі ковалентті тізбегіне жалғасады. ДНҚ хромосоманың репликондарға функционалды жіктелуі ДНҚ-ның доменге немесе айырымға кұрылымдық жіктелуіне сәйкес. Осылайша, жеке хромосомадағы ДНҚ синтезі көптеген репликондарда тәуелсіз синтезделіп көршілес ДНҚ кесінділердің ұшымен байланысуының негізінде жүреді. Бұл касиеттің биологиялық мәні эукариоттар мен бактерияда ДНҚ синтезін салыстыру негізінде түсіндіріледі. Ұзындығы 1600 мкм бактериалды монорепликонды хромосома жарты сағаттай синтезделеді. Егер сүтқоректілердің бір сантиметрлік ДНҚ молекуласы осылайша синтезделетін болса, онда синтезге алты күндей уақыт кетер еді. Бірақ, Мұндай хромосомада бірнеше жүз репликон болса, онда толық репликациялануына бір сағат кана қажет болады. Шын мәнінде сүтқоректілерде ДНҚ репликациясы 6-8 сағат жүреді. Бұл жеке хромосомалардың репликондарының бір уақытта қосылуына байланысты. Кейбір жағдайларда репликацияны жеделдету үшін барлық репликондар бір уақытта қосылады немесе қосымша репликациялық нүктелер пайда болады. Бұл күбылыс кейбір жануарлардың эмбрионалды дамуының бастапқы сатысында өтеді. Xenopus laevis бақасының жұмырткасының бөлшектенуі кезінде ДНҚ синтезіне 20 мин кажет, ал соматикалық жасушалар дақылында бір күн ғана алады. Дәл осындай жағдай дрозофилада байкалады: ерте эмбрионалдық кезеңдң ядродағы ДНҚ синтезіне 3,5мин, ал культуралық ұлпа жасушаларында ондағы репликациялық нүктелердің саны эмбрион жасушасынан бес есе көп болса да 600 мин жүреді. Жеке хромосома бойындағы ДНҚ синтезі біртекті жүрмейді. Хромосомада белсенді репликондар 20-80 репликациялық нүктелерден тұратын репликациялық бірліктерден топтар қүрайды. Бұл көрініс ДНҚ радиоавтографтардың талдауының нәтижесінде алынды. Репликациялар блоғы мен кластерлері, репликациялық бірліктердің бар екендігі ДНҚ-ға тимидиннің аналоғы -5- бромдезоксиуридинді (BrdU) қосу арқылы зерттелді. BrdU ны интерфазалық хроматинге қосса, онда митоз кезінде ВгсШлы аймақ тимидинді аймаққа карағанда жеткіліксіз тығыздалатындығы байқалды. Сондықтан, дифференциалды бояу нәтижесінде митотикалық хромосоманың ВгсШлы аймағы әлсіз боялады. Осылайша, жасушаның синхронды культурасында BrdU іске қосылуын бақылайды. Түрлі аймақтардың іске қосылуы S-кезеңнің уақытында тізбекті жүреді. Әр хромосомаға репликацияның белгілі реті мен суреті тән. Репликациялық бірлікке біріктірілген ядро матриксінің ақуыздарымен байланыскан репликон кластерлары репликация ферменттерімен бірігіп ДНҚ синтезі жүретін интерфазалық ядроның аймағы кластеросоманы түзеді. Репликациялық бірліктерінің белсендену реті хроматиннің осы аймағының құрыльшына байланысты болуы мүмкін. Мысалы, констутивті гетерохроматин аймағы S-кезең соңында репликацияланады, Сонымен қатар, S-кезеңінің соңында факультативті гетерохроматиннің кейбір аймағы еселенеді (мысалы, сүтқоректілердің аналықтарының X хромосомасы). Хромосомалардың бөлімдерінің репликациялану реті хромосоманы дифференциалды бояу нәтижесінде алынған суретке сәйкес: R-сегмент ерте репликацияланушы аймакка жатады, G-сегмент кеш репликацияланушыға, С-сегмент,яғни центромералық аймақ, ең соңында репликацияланады. Дифференциалды бояу нәтижесінде хромосома сегменттерінің боялу мөлшері мен санының әртүрлі болуы әр хромосомада репликацияның басталуы мен аякталуы асинхронды жүретінін сипаттайды. Дегенмен, хромосома репродукциясының реті қатаң тәртіппен жүреді. Жеке хромосоманың репликациялануы оның мөлшеріне байланыссыз. Мысалы, адамның А-тобының (1-3) хромосомалары В-тобының (4-5) хромосомалары тәрізді S-кезеңі бойы таңбаланылып тұрады. Осылайша, эукариоттар геномындағы репликация процесі барлық ядроның хромосомаларында S-кезеңнің басында бірге басталады. Геномның кез-келген аймағының репликациялануы генетикалық тұрғыдан қадағаланады, ол S-кезеңі кезінде белгілі гендердің мутагендерге сезімталдылығымен дәлелденеді.