Микробы

Более полные представления о морфологии синтеза и образования конечных продуктов транскрипции определенных генных участков интерфазных хромосом были получены при изучении политенных хромосом.

Светооптическое изучение строения политенных хромосом двукрылых обнаружило, что кроме дисков и междисковых участков встречаются локальные расширения хромосом, т.н. пуфы. В этих участках ДНК не располагается в виде дисков, они имеют аморфную структуру, часто содержат РНК, базофильны. В пуфах происходит основное включение 3Н-уридина, что однозначно показывает, что они являются активными участками этих своеобразных интерфазных хромосом.

Количество пуфов и их локализация не являются постоянной характеристикой той или иной политенной хромосомы. Более того, рисунок пуфирования (т.е. расположение пуфов на хромосомах) разный на одной и той же хромосоме в зависимости от стадии развития личинки, или от типа клеток, взятых для исследования.

Так как возникновение пуфов прямо связывается с активацией синтеза РНК, то было показано, что развитие определенного пуфа отражает собой активацию отдельного или группы генов, детерминирующих функционально-метаболические особенности клеток на данном этапе развития. Поэтому в различных дифференцированных клетках картина пуффинирования не должна совпадать, что и наблюдается на самом деле (рис. 102).

При затухании синтеза РНК пуф начинает спадаться, уменьшаться в размерах, терять базофилию и в конце концов на его месте можно видеть диск, из которого он развился. Особенно демонстративно это видно на особо крупных пуфах 4-ой хромосомы Chironomus, которые носят название колец Бальбиани (КБ). Так на личиночной стадии можно видеть на 4-ой хромосоме вблизи от ядрышка два постоянных базофильных пуфа, КБ1 и КБ2.

В электронном микроскопе было обнаружено, что зона этих крупных пуфов содержит большое количество гранул рибонуклеопротеидной природы, размером 50-60 нм. Эти гранулы, предположительно содержащие информационную РНК и соответствующие информосомам в составе кольца Бальбиани 2 (КБ2), располагаются особым образом. На ультратонких срезах можно наблюдать, что они располагаются рядами вдоль осевых элементов. Каждая гранула оказалась связанной с осевой структурой с помощью ножки-фибриллы толщиной 14-16 нм (рис. 103). Эта картина соответствует предположению, что 50-60 нм гранулы представляют собой РНП-продукты данного хромосомного локуса, находящиеся в процессе их синтеза. На плоскостных препаратах по Миллеру такие участки КБ2 были представлены многочисленными “елочко”-подобными структурами, состоящими из осевых компонентов и отходящих от них многочисленных гигантских траснкриптов, имеющих длину до 7,7 мкм. От участка транскрипции в данном случае отходит в среднем 123 гигантских транскрипта, связанных с комплексами РНК-полимеразы.

Расшифровка этих морфологических наблюдений стала возможной при анализе индивидуальных РНК, выделенных из КБ2. Для этого с помощью микроманипулятора выделяли ядра, затем отделяли от других 4-ую хромосому, и с помощью микродиссекции вырезали и накапливали зоны, содержащие КБ2. Затем из этих пуфов выделялась РНК, которая исследовалась с помощью гель-электрофореза. Выделенная РНК оказалась огромных размеров, она имела мол. вес 15-35 х 106 Д, и коэффициент седиментации 75S. Соответственно гены этой 75S РНК содержат 37 т.п.н., вероятно не имеют интронов, т.к. 75S РНК не подвергается процессингу и служит матрицей для синтеза гигантских молекул секреторных белков. Гены 75S РНК оказались построены наподобие сателлитных ДНК: в их составе наблюдается иерархия внутренних повторов.

После завершения синтеза 75S РНК, ее молекулы в виде крупных (50-60 нм) РНП-гранул транспортируются в цитоплазму. Однако значительная их часть разрушается: только 4-7% этой РНК обнаруживается в цитоплазме. Эти гигантские молекулы РНК образуют в цитоплазме особо крупные полисомы (700S), в состав которых входит 55-65 рибосом, на которых синтезируются длинные цепочки гликопротеидов клеток слюнной железы мотыля. (На самом деле эта железа не участвует в пищеварении, она не содержит ферментов; ее функция заключается в синтезе белка, необходимого личинке для построения домика и ловчих сетей).