Возможные молекулярные механизмы образования мутаций немишенного типа при SOS-репликации двухцепочечной ДНК

Анализируются возможные молекулярные механизмы возникновения мутаций немишенного типа при SOS-репликации двухцепочечной ДНК после облучения ее УФ-светом в предположении, что индукция SOS-системы влечет за собой ослабление контроля за may том ер н ым состоянием нуклеотидных оснований матричной ДНК По...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2001
Hauptverfasser:	Гребнева, Е.А., Иванов, М.О.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 2001
Schriftenreihe:	Біополімери і клітина
Schlagworte:	Структура та функції біополімерів
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/155766
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Возможные молекулярные механизмы образования мутаций немишенного типа при SOS-репликации двухцепочечной ДНК / Е.В. Гребнева, М.О. Иванов // Біополімери і клітина. — 2001. — Т. 17, № 5. — С. 388-395. — Бібліогр.: 18 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-155766
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1557662019-07-05T23:43:05Z Возможные молекулярные механизмы образования мутаций немишенного типа при SOS-репликации двухцепочечной ДНК Гребнева, Е.А. Иванов, М.О. Структура та функції біополімерів Анализируются возможные молекулярные механизмы возникновения мутаций немишенного типа при SOS-репликации двухцепочечной ДНК после облучения ее УФ-светом в предположении, что индукция SOS-системы влечет за собой ослабление контроля за may том ер н ым состоянием нуклеотидных оснований матричной ДНК Показано, что в этом случае одним из возможных источников немишенных мутаций является переход спаренных оснований в редкие таутомерные формы, когда в канонической паре G-C протоны H₄ и Н₁, а в паре А-Т — Н₄' и Hз одновременно переходят к атомам-партнерам по водородным связям. Это приводит к возникновению транзиций A-T→G-C и G-C→A-T или гомологичных трансверсий А-Т→Т-А и G-C→C-G при условии, что неканонические пары оснований, квазиизоморфные Уотсон-Криковским, образуются под действием УФ-облучения вблизи от фотодимера. Аналізуються можливі молекулярні механізми утворення мутацій немішенного типу при SOS-реплікації дволанцюгової ДНК після її УФ-опромінення за припущення, що індукція SOS-системи призводить до ослаблення контролю за таутомерним станом нуклеотидних основ матричної ДНК Показано, що в цьому разі одним з можливих джерел неміиіенних мутацій є перехід спарених основ у рідкісні таутомерні форми, коли в канонічній парі G-C протони H₄' та H₁, а в парі A-T – H₆' та H₃ одночасно переходять до атомів-партнерів по H-зв'язках. Це призводить до утворення транзицій A-T→GC і G-C→A-T або гомологічних трансверсій А-Т→Т-А й GC→ C-G за умови, що неканонічні пари основ, квазіізоморфні Уотсон-Криківським, утворюються під дією УФ-опромінення біля фотодимеру The possible molecular mechanisms of untargeted type mutations formation analyse under SOS-replication of the two-stranded DNA after UV-irradiation. It is suggested the SOS-system induction cause weaking of the control of the tautomeric state matrix DNA. It is shown in this case one of the possible untargeted mutations sources is the transition the paired bases in rare tautomeric forms when H'₄ and H₁ in G-C paired bases and H'₆ and H₃ in A-T paired bases pass to H-bond partners simultaneously. It results A-T→G-C and G-C→A-T transitions or A-T→T-A and G-C→C-G homologous transversions if the bases are in rare tautomeric forms arise under UV-irradiating near a photodimer. 2001 Article Возможные молекулярные механизмы образования мутаций немишенного типа при SOS-репликации двухцепочечной ДНК / Е.В. Гребнева, М.О. Иванов // Біополімери і клітина. — 2001. — Т. 17, № 5. — С. 388-395. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 0233-7657 DOI:http://dx.doi.org/10.7124/bc.0005C9 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/155766 575.24; 576.851.48 ru Біополімери і клітина Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Структура та функції біополімерів Структура та функції біополімерів
spellingShingle	Структура та функції біополімерів Структура та функції біополімерів Гребнева, Е.А. Иванов, М.О. Возможные молекулярные механизмы образования мутаций немишенного типа при SOS-репликации двухцепочечной ДНК Біополімери і клітина
description	Анализируются возможные молекулярные механизмы возникновения мутаций немишенного типа при SOS-репликации двухцепочечной ДНК после облучения ее УФ-светом в предположении, что индукция SOS-системы влечет за собой ослабление контроля за may том ер н ым состоянием нуклеотидных оснований матричной ДНК Показано, что в этом случае одним из возможных источников немишенных мутаций является переход спаренных оснований в редкие таутомерные формы, когда в канонической паре G-C протоны H₄ и Н₁, а в паре А-Т — Н₄' и Hз одновременно переходят к атомам-партнерам по водородным связям. Это приводит к возникновению транзиций A-T→G-C и G-C→A-T или гомологичных трансверсий А-Т→Т-А и G-C→C-G при условии, что неканонические пары оснований, квазиизоморфные Уотсон-Криковским, образуются под действием УФ-облучения вблизи от фотодимера.
format	Article
author	Гребнева, Е.А. Иванов, М.О.
author_facet	Гребнева, Е.А. Иванов, М.О.
author_sort	Гребнева, Е.А.
title	Возможные молекулярные механизмы образования мутаций немишенного типа при SOS-репликации двухцепочечной ДНК
title_short	Возможные молекулярные механизмы образования мутаций немишенного типа при SOS-репликации двухцепочечной ДНК
title_full	Возможные молекулярные механизмы образования мутаций немишенного типа при SOS-репликации двухцепочечной ДНК
title_fullStr	Возможные молекулярные механизмы образования мутаций немишенного типа при SOS-репликации двухцепочечной ДНК
title_full_unstemmed	Возможные молекулярные механизмы образования мутаций немишенного типа при SOS-репликации двухцепочечной ДНК
title_sort	возможные молекулярные механизмы образования мутаций немишенного типа при sos-репликации двухцепочечной днк
publisher	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
publishDate	2001
topic_facet	Структура та функції біополімерів
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/155766
citation_txt	Возможные молекулярные механизмы образования мутаций немишенного типа при SOS-репликации двухцепочечной ДНК / Е.В. Гребнева, М.О. Иванов // Біополімери і клітина. — 2001. — Т. 17, № 5. — С. 388-395. — Бібліогр.: 18 назв. — рос.
series	Біополімери і клітина
work_keys_str_mv	AT grebnevaea vozmožnyemolekulârnyemehanizmyobrazovaniâmutacijnemišennogotipaprisosreplikaciidvuhcepočečnojdnk AT ivanovmo vozmožnyemolekulârnyemehanizmyobrazovaniâmutacijnemišennogotipaprisosreplikaciidvuhcepočečnojdnk
first_indexed	2025-07-14T08:00:21Z
last_indexed	2025-07-14T08:00:21Z
_version_	1837608491897847808
fulltext	ISSN 0233-7657. Біополімери і клітина. 2001. Т. 17. № 5 Возможные молекулярные механизмы образования мутаций немишенного типа при SOS-репликации двухцепочечной ДНК Е. А. Гребнева, M. О. Иванов1 Донецкий физико-технический институт HAH Украины Ул. Розы Люксембург, 72, Донецк, 83114, Украина ЦТЭР Донецкой дирекции ОАО Укртелеком Ул. Университетская, 27, Донецк, 83055, Украина Анализируются возможные молекулярные механизмы возникновения мутаций немишенного типа при SOS-репликации двухцепочечной ДНК после облучения ее УФ-светом в предположении, что индукция SOS-системы влечет за собой ослабление контроля за may том ер н ым состоянием нуклеотидных оснований матричной ДНК Показано, что в этом случае одним из возможных источников немишенных мутаций является переход спаренных оснований в редкие таутомерные формы, когда в канонической паре G-C протоны HS и Ні, а в паре А-Т — Н4' и Hз одновременно переходят к атомам-партнерам по водородным связям. Это приводит к возникновению транзи- ций A-T^G-C и G-C^A-T или гомологичных трансверсий А-Т-+Т-А и G-C-+C-G при условии, что неканонические пары оснований, квазиизоморфные Уотсон-Криковским, образуются под действи- ем УФ-облучения вблизи от фотодимера. В настоящее время наиболее изученным является мутагенез под действием ультрафиолетового (УФ) облучения двухцепочечной ДНК. Основными фото- повреждениями при этом являются пиримидиновые циклобутановые димеры и 6—4 аддукты, что при- водит к мутациям замены оснований и сдвига рамки чтения. Как правило, мутации образуются на местах димеров. Под словом димер мы подразу- меваем как циклобутановые димеры, так и 6—4 аддукты. Такой мутагенез называется мишенным [1, 2]. Иногда мутации образуются в небольшой окрестности от димера [3—5 ] — это немишенный мутагенез [6]. Известно, что мутации возникают при SOS-репликации или SOS-репарации [1, 2], когда корректорские функции и требования к мат- ричной ДНК ослабляются таким образом, что ДНК-полимераза становится способной вести син- тез на матрице, содержащей димеры [1, 2]. Так, после индукции SOS-репликации на небольшом расстоянии от единичного димера появляются му- © Е. А. ГРЕБНЕВА, М. О. ИВАНОВ, 2001 тации замены оснований. Однако их механизмы остаются во многом непонятными [6 ]. Общепринятая в настоящее время гипотеза в разных ее модификациях [7—10] связывает приро- ду мутагенеза исключительно со свойствами ДНК- полимеразы, которая иногда ошибочно встраивает напротив димеров вместо необходимых (компле- ментарных) случайные нуклеотидные основания [7]. В [1, 2] показано, что классическая гипотеза Бреслера противоречит ряду экспериментальных данных и не способна объяснить некоторые особен- ности УФ-мутагенеза, в частности, немишенный мутагенез. Поэтому была предложена модель УФ- мутагенеза, опирающаяся на две гипотезы [1, 2]. Предположено, что мутагенными являются только те димеры, в которых произошло изменение тауTO- мерного состояния так, что это может влиять на характер спаривания оснований, а при индукции SOS-системы ослабляется, в частности, контроль за таутомерным состоянием оснований матричной ДНК. При этом контроль инвариантных атомных групп по гликозидному и негликозидному желобу и 388 ВОЗМОЖНЫЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ МУТАЦИЙ Рис. 1. Возможные варианты образования пар оснований: а — G-C в канонической таутомерной форме; б — G-C* в редкой стабильной таутомерной форме; в — С-А; г — С-С; д — T-G* требование, чтобы встраиваемые основания могли образовывать Η-связи с основаниями димеров [1, 2], сохраняются. Было показано, что в результате безызлуча- тельной релаксации УФ-кванта энергии в парах оснований происходит изменение их таутомерного состояния [11]. Оказалось [12], что стабильным будет лишь то редкое таутомерное состояние, в котором атомы водорода пары гуанин-цитозин H4' и H1 одновременно перешли к своим партнерам по Η-связям (рис. 1, б). По-видимому, аналогичная ситуация имеет место для пары аденин-тимин (рис. 2, б). Двухпротонная фототаутомерия была впер- вые обнаружена в димерах 7-азаиндола [13]. Авто- ры [13] предположили, что подобные процессы могут происходить и в основаниях ДНК, что может приводить к мутациям. Это явление изучалось как экспериментально, так и теоретически [14]. Корректорская проверка встраиваемых осно- ваний. Пусть на небольшом расстоянии от фотоди- мера Уотсон-Криковские пары оснований C-G и A-T изменили свое таутомерное состояние так, что образовались пары оснований C+-G, G-C* и T- A, А-Т (рис. З, а), где С, G соответствуют 389 ГРЕБ НЕВА Ε. Α., ИВАНОВ Μ. О. Рис. 2. Возможные варианты образования пар оснований: а — A-T в канонической таутомерной форме; б — А-Т в редкой стабильной таутомерной форме; в — T-G; г — Т-Т; д — C-A; е — A-A основаниям, изображенным на рис. 1, б, а А* и Т* —на рис. 2, б. Пусть данный участок ДНК синтезируется в результате SOS-репликации. Тогда после индукции SOS-системы ДНК-полимераза становится способной вести синтез на цепи ДНК, содержащей димеры, вследствие ослабления кор- ректорских функций. В [2] было предположено, что это ослабление корректорских функций приво- дит к тому, что ДНК-полимераза перестает разли- чать, в каком таутомерном состоянии находятся основания матрицы. Причем это касается только атомов водорода, участвующих в спаривании осно- ваний. В остальном синтез идет, как обычно, т. е. сохраняется контроль за возможностью образовы- вать водородные связи между основаниями матри- цы, включая и те, которые образовали димер, и встраиваемыми основаниями. Последние подверга- ются обычному контролю, другими словами, они 390 ВОЗМОЖНЫЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ МУТАЦИЙ г Рис. 3. Схема образования мутаций в небольшой окрестности от единственного димера при SOS-репликации: а — участок цепи ДНК, содержащий немутационный димер TT и в небольшой окрестности от него основания, находящиеся в редких таутомер- ных формах C-G, G-C и Т-А, А-Т (соответствует, рис. 2, б); б — участок ДНК, содержащий димер, реплицируется модифицированной ДНК-полимераз<1й (это приведет к образо- ванию транзиций G - A , С—Τ, A—G, T - С ; вторая цепь не дает мутаций); в — участок ДНК, содержащий димер, реплицирует- ся так модифицированной ДНК-полимеразой, что возможно образование пар пурин-пурин или пиримидин-пиримидин (это приведет к трансверсиям G-* С, A—T, T-А и транзиций С—T); г — участок ДНК, содержащий димер, реплицируется так мо- дифицированной ДНК-полимеразой, что может образовываться и пара G-G (тогда появятся только гомологичные трансверсии G-C, C-G, A-T, T-A) находятся в канонической таутомерной форме [2 ]. Под термином «ДНК-полимераза» мы будем иметь в виду холофермент, т. е. ДНК-полимеразу, белки, регулирующие ее процессивность, 3'->5'-экзонук- леазу и т. д. [2 ]. Из стерических требований следует, что ре- дкая таутомерная форма аденина А* не может образовывать водородных связей с канонической таутомерной формой тимина и гуанина. Поэтому ДНК-полимераза не может встроить напротив А* тимин или гуанин. Но А* может образовать две водородные связи с цитозином, находящимся в канонической таутомерной форме (рис. 2, д), и ДНК-полимераза напротив А* может встроить ци- тозин, что вызовет транзицию A-T-»G-C. А* может образовать две Η-связи с А (рис. 2, е). Это приве- дет к гомологичной трансверсии A-T^ T-A. По той же причине Т* не может образовывать водородные связи с А или С. Поэтому ДНК-поли- мераза напротив Т* не встроит А или С. Но тимин Т* может образовать три водородные связи с G (рис. 2, в) и ДНК-полимераза напротив Т* может встроить G, что приведет к транзиции A-T-^G-C. Т* может образовать две Η-связи с T (рис. 2, г). Если ослаблен контроль за образованием только пиримидин-пуриновых пар, то модифицированная ДНК-полимераза может напротив Т* встроить Т, что вызовет гомологичную трансверсию A-T^ T-A. С* не может образовывать водородные связи с гуанином или тимином, находящимся в канониче- ской таутомерной форме. Как следствие, ДНК-по- лимераза напротив С* не встроит гуанина или тимина. Аденин с С* может образовать две водо- родные связи (рис. 1, в), а напротив С* ДНК-поли- мераза может встроить А, что вызовет транзицию G-C-^A-T. Каноническая таутомерная форма цито- зина с С* может образовать две водородные связи (рис. 1, г). Поэтому, если дополнительно ослаблен контроль за тем, чтобы образовывались только пары пурин-пиримидин, модифицированная ДНК- полимераза может встроить напротив С* цитозин, находящийся в канонической таутомерной форме, что вызовет гомологичную трансверсию G - O C - G . Гуанин G* не может образовывать Η-связи с цитозином, гуанином и аденином, находящимися в канонической таутомерной форме. Следовательно, ДНК-полимераза не может встроить напротив G* цитозин, гуанин или аденин. С тимином G* может образовать три водородные связи (рис. 1,3). Сле- довательно, ДНК-полимераза может напротив гуа- нина G* встроить тимин, что вызовет транзицию G - O A - T . Подчеркнем, что везде речь идет о проверке возможности образования водородных связей. Так 391 ГРЕБ НЕВА Ε. Α., ИВАНОВ Μ. О. как основания, находящиеся в редких таутомерных формах, расположены на небольшом расстоянии от димера (10—15 оснований) [3—6], то вполне веро- ятно, что при SOS-репликации водородные связи между основаниями матрицы и встраиваемыми ос- нованиями фактически не образуются из-за дефор- мации цепи ДНК в окрестности димера [13]. Рассмотрим результаты проверки возможности образования Η-связей. Пары G4t-T (рис. 1, д) и T-G (рис. 2, в) могут образовывать по три водо- родные связи, т. е. квазиизоморфны Уотсон-Кри- ковской паре G-C. Пары T-T (рис. 2, г), C-C* (рис. 1, г), С-А (рис. 1, б) и А-С (рис. 2, д) могут образовывать по две Η-связи подобно канонической паре A-T. Однако в паре A-T имеется принципи- альная возможность образования третьей водород- ной связи между C2 аденина, H2 аденина и O2 тимина [16]. В парах T-T* и C-C* на месте водорода H2 находится кислород O2. При сближе- нии С и С* кислороды O2 будут отталкиваться. Длины Η-связей между спаренными основаниями ДНК составляют около З А [17]. Следовательно, при образовании Η-связей между атомами кисло- рода O2 останется расстояние около 2 А. По-види- мому, модифицированная ДНК-полимераза игно- рирует это различие. Это же можно отнести и к паре А-А, где атомы водорода H2 при образовании Η-связей окажутся друг от друга на расстоянии около 2 А (рис. 2, е). А вот при сближении G и G так, чтобы их центры масс оказались на расстоянии около 3 А, атомы водорода H2' окажутся на рассто- янии около 1 А. Так что, хотя и есть вероятность образования двух водородных связей, с точки зре- ния контроля первьй факт может иметь более существенное значение. Не исключено, что воз- можно такое ослабление корректорских функции, когда пара G-G выдержит проверку на возмож- ность образования Η-связей. Это приведет к гомо- логичной трансверсии G-C-^C-G. При сближении T и С, G* и А, А* и G, Т* и С водородные связи образоваться не могут. Следо- вательно, пока контроль за образованием Н-связей хоть в малейшей степени осуществляется, такие пары возникнуть не могут. При сближении С* и G, G* и С, А* и Τ, Т* и А имеются условия для образования по одной Η-связи. Если представить себе такое ослабление корректорских функций, что пары C-G, G-C, А-Т и Т-А все же возникнут, то это не может привести к образованию мутаций. Таким образом, потенциальные мутации в ви- де пар оснований, изменивших свое таутомерное состояние (А-Т и G-C) и образовавшихся недале- ко от димера, могут привести при SOS-репликации только к транзициям A-T-^G-C и G-C^A-T соот- ветственно или только к гомологичным трансверси- ям А-Т->Т-А и G-C-»C-G. Этот вывод согласуется с известными экспериментальными данными [3— 6 ] . Возможные механизмы образования мутаций немишенного типа при SOS-репликации двухцепо- чечной ДНК после облучения ее УФ-светом. Рас- смотрим участок ДНК, на котором вблизи (10—15 оснований) немутационного димера TT пары осно- ваний под действием УФ-облучения изменили свое таутомерное состояние (рис. 3, а). Есть уверен- ность в том, что такие редкие таутомерные состоя- ния будут стабильными [12]. Пусть данный уча- сток ДНК синтезируется в результате SOS-репли- кации. Предположим, что известное [18] ослабление требований к матричной ДНК выража- ется еще и в том, что ослабляется ферментативный контроль за таутомерным состоянием оснований матричной ДНК. В остальном ДНК-полимераза работает, как обычно [2]. Тогда при синтезе цепи ДНК, содержащей димер, таким образом модифи- цированной ДНК-полимеразой напротив С будет встроен только А, напротив G* — только Т, напро- тив Т—только G, а напротив А — только С, напротив тиминового димера будут встроены аде- нины (рис. 3, б). При синтезе второй цепи ДНК, не содержащей димеров, как показывает опыт [17], происходит безошибочная репликация ДНК (рис. З, б). В результате первая цепь даст транзиции G-A, С-»Т, A-»G и Т-С, возникшие недалеко от димера, в полном согласии с экспериментальными результатами [3]. Пусть в результате SOS-синтеза молекулы ДНК (рис. 3, а) образовались две дочерние моле- кулы (рис. 3). Вторая из них не содержит диме- ра — это не приводит к мутациям и дает немута- ционный клон. Судьба первой дочерней молекулы (рис. 4, а) может сложиться по-разному. На рис. 4 изображен вариант, когда димер удаляется в ре- зультате эксцизионной репарации короткими уча- стками. Такая репарация протекает безошибочно [2 ]. В результате эксцизионной репарации участок с димером вырезается (рис. 4, б), эксцизионная брешь застраивается, причем в качестве матричной используется вторая цепь ДНК (рис. 4, в). Получа- ется участок ДНК, свободный от димеров (рис. 4, в). После SOS-репликации и безошибочной эксци- зионной репарации образовались транзиции C- G-T-A, G-C-^A-T, T-A^C-G и A-T-^G-C (рис. 4, в). На рис. 4, а, изображен наиболее вероятный вариант образования транзиции. В том случае, если ослаблен контроль за образованием пурин-пи- римидиновых пар, возможна ситуация, изображен- 392 ВОЗМОЖНЫЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ МУТАЦИЙ Рис. 4. Схема образования немишенных транзиций при SOS-ре- пликации и дальнейшей эксцизионной репарации: а — участок ДНК в небольшой окрестности от димера TT, содержащий основания ДНК С, G* (рис. 1, б), T, А (рис. 2, 6), находящиеся в редких таутомерных формах; б — участок ДНК, содержащий димер, реплицируется модифицированной ДНК- полимеразой; в — димер вырезается в результате эксцизионной репарации; г — эксцизионная брешь застраивается; в результате образовалась молекула ДНК, не содержащая димера, и возник- ли транзиций C-G—T-A, G-C—A-T, T-A—C-G, A-T-G-C ная на рис. З, в. Видно, что образуются гомологич- ные трансверсии G-С, A-T, T-А и транзиция C- T, а после еще одной репликации трансверсии C-G-G-C, T-A-A-T, A-T-T-A — и транзиция G- С^А-Т. Еще большее подавление корректорских функ- ций может привести к гомологичным трансверсиям C-G-G-C, G-C-C-G, Т-А-А-Т и А-Т-Т-А (рис. 3, г). Вполне возможно, что часть потенциальных мутаций будет давать транзиции, а часть — транс- версии. Однако во всех случаях вторая цепь ДНК реплицируется безошибочно. Проанализируем теперь ситуацию, когда те же предмутационные повреждения локализованы на участке ДНК, содержащем немутационные димеры в обеих цепях ДНК недалеко друг от друга так, что потенциально мутагенные повреждения находятся вблизи каждого димера. Пусть, как и ранее, ДНК синтезируется в результате SOS-репликации. Тогда обе цепи ДНК будут синтезироваться с помощью модифицированных ДНКполимераз, поскольку конститутивные ДНК-полимеразы не ведут синтеза на матрице, содержащей димеры. Как мы предпо- ложили [2], ослабление требований к матричной ДНК выражается в том, что ДНК-полимераза не различает таутомерных состояний оснований мат- ричной ДНК, связанных с атомами водорода, уча- ствующими в спаривании оснований. При этом контроль за встраиваемыми основаниями идет так же, как и при безошибочном синтезе, т. е. встраи- ваются только основания, находящиеся в канони- ческих таутомерных формах. Нетрудно увидеть, что в случае ослабления контроля за таутомерным состоянием оснований матричной ДНК обе цепи дадут транзиции (рис. 5, б). Если дополнительно ослаблен контроль за тем, чтобы образовывались только пурин-пиримидино- вые пары, то в обеих цепях образуются гомологич- ные трансверсии, а гуанин G даст транзицию (рис. 5, в). Возможен также вариант, когда одна цепь ДНК будет синтезироваться так модифицирован- ной ДНК-полимеразой, что ослаблен контроль только за таутомерным состоянием, а вторая — с дополнительно ослабленным контролем за образо- ванием только пурин-пиримидиновых пар. Тогда одна цепь ДНК является источником только тран- зиции, а вторая — гомологичных трансверсий и транзиции G-C-C-G (рис. 5, г). При еще более сильном подавлении корректорских функций в обе- их цепях ДНК могут образовываться только гомо- логичные трансверсии (рис. 5, д). Эти соображения не противоречат известным экспериментальным данным [3—6 ] и могут претендовать на их качест- венное объяснение. Выводы. Впервые проанализирована на качест- венном уровне SOS-репликация участка ДНК, со- держащего на небольшом расстоянии от немутаци- онного димера пары оснований, изменившие под действием УФ-света свое таутомерное состояние путем перехода протонов, участвующих в образо- 393 ГРЕБ НЕВА Ε. Α., ИВАНОВ Μ. О. Рис. 5. Схема образования немишенных мутаций при SOS-pe- гіликации, когда в обеих цепях ДНК недалеко друг от друга имеются немутационные димеры: а — участок ДНК, содержа А щий в обеих цепях димеры TT и в небольшой окрестности от них основания С, G* (рис. 1, б) и T, А (рис. 2, б), находящиеся в редких таутомерных формах; б — обе цепи ДНК реплицируются модифицированной ДНК-полимеразой; обе це- пи дали транзиции G-А, C-T, T-С, A-G; в — обе цепи ДНК реплицируются так модифицированной ДНК-полимеразой, что возможно образование пар пурин-пурин и пиримидин-пирими- дин; обе цепи дали гомологичные трансверсии A-T, T-A, G-С и транзицию С-Т вании внутримолекулярных Η-связей (рис. 4). Предполагается, что ослабление корректорских функций в результате индукции SOS-системы при- водит к ослаблению контроля за таутомерным со- стоянием оснований матрицы. Показано, что в результате синтеза ДНК мо- дифицированной ДНК-полимеразой вблизи димера могут возникать транзиции или гомологичные трансверсии. Цепь ДНК, не содержащая димеров, синтезируется безошибочно. Если в обеих цепях ДНК близлежащие немутагенные димеры располо- жены так, что на небольшом расстоянии от них находятся пары оснований, перешедшие под воз- действием УФ-света в редкие таутомерные формы, то обе цепи ДНК дают или транзиции, или гомо- логичные трансверсии. Трансверсии возникают в том случае, когда ослаблен контроль за образова- нием пурин-пиримидиновых пар. Таким образом, потенциальными мутациями после облучения ДНК УФ-светом являются, в ча- стности, пары оснований, находящихся в редких таутомерных формах. Они вызывают транзиции или гомологичные трансверсии и являются одной из возможных причин немишенного мутагенеза. О. A. Grebneva, М. О. Ivanov The possible molecular mechanisms of untargeted type mutations formation under SOS-replication of two-stranded DNA Summary The possible molecular mechanisms of untargeted type mutations formation analyse under SOS-replication of the two-stranded DNA after UV-irradiation. It is suggested the SOS-system induction cause weaking of the control of the tautomeric state matrix DNA. It is shown in this case one of the possible untargeted mutations sources is the transition the paired bases in rare tautomeric forms when H'4 and Hl in G-C paired bases and H'6 and H3 in A-T paired bases pass to H-bond partners simultaneously. It results A-T-* G-C and G-C-+A-T transitions or A-T-+T-A and G-C-+C-G homologous transversions if the bases are in rare tautomeric forms arise under UV-irradiating near a photodimer. О. А. Гребньова, Μ. О. Іванов Можливі молекулярні механізми виникнення мутацій немішенного типу при SOS-реплікації дволанцюгової ДНК Резюме Аналізуються можливі молекулярні механізми утворення му- тацій немішенного типу при SOS-реплікації дволанцюгової ДНК після її УФ-опромінення за припущення, що індукція SOS-системи призводить до ослаблення контролю за тауто- мерним станом нуклеотидних основ матричної ДНК Показа- но, що в цьому разі одним з можливих джерел неміиіенних мутацій є перехід спарених основ у рідкісні таутомерні форми, коли в канонічній парі G-C протони H4' та H1, а в парі A-T — H6' та H3 одночасно переходять до атомів-партнерів по H-зв'язках. Це призводить до утворення транзицій A-T-+G- C і G-C-+A-T або гомологічних трансверсій А-Т-+Т-А й G- C-* C-G за умови, що неканонічні пари основ, квазіізоморфні Уотсон-Криківським, утворюються під дією УФ-опромінення біля фотодимеру. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Гребнева Е. А. Природа и возможные механизмы обра- зования потенциальных мутаций, возникающих при появ- 394 ГРЕБ НЕВА Ε. Α., ИВАНОВ Μ. О. лении тиминовых димеров после облучения ДНК ультра- фиолетовым светом / / Биополимеры и клетка.—2002.—18, № 1 (в печати). 2. Гребнева Е. А. Молекулярные механизмы образования мутаций замены оснований при пострепликативной SOS- репарации двухцепочечной ДНК, содержащей тиминовые димеры / / Биополимеры и клетка.—2001.—17, № 6 (в печати). 3. Benerjee S. JC, Borden Α., Christensen R. B.t LeClerc J. E., Lawrence С. W. SOS-dependent replication past a single trans-syn T-T cyclobutane dimer gives a different mutation spectrum and increased error rate compared with replication past this lession in uninduced cell / / J. Bacteriol.—1990.— 172, N 4.—P. 2105—2112. 4. Lawrence C. W., Christensen R. B. The mechanism of untar- geted mutagenesis in UV-irradiated yeast / / Мої. and Gen. Genet.—1982.—186.—P. 1—9. 5. Lawrence C. W., LeClerc J. E., Christensen J. R., Christensen R. B., Tata P. V., Benerjee S. JC Laci sequence changes and the machanisms of UV mutagenesis in E. coli 11 Radiat. Res.—1987.—2.—P. 538—543. 6. Hagen U. Biochemical aspects of radiation biology / / Ex- perientia.—1989.—45.—P. 7—12. 7. Бреслер С. Ε. О решенных и нерешенных проблемах мутагенеза и репарации / / Повреждение и репарация ДНК.—Пущино: Науч. центр Биол. Иссл. АН СССР в Пущине, 1980.—С. 16—26. 8. Bernard S. S. «Α rule» of mutagen specifity: a consequence of DNA polymerase by pass of non-instructional lessions? 11 Bio Essays.—1991.—13, N 2.—P. 79—84. 9. Lawrence C. W., Banerjee S. JCf Borden A., LeClerc J. E. T-T cyclobutane dimers are misinstructive rather than non-instruc- tive, mutagenic lessions / / Мої. and Gen. Genet.—1990.— 222, N 1,—P. 166—169. 10. Полтев В. И., Шулюпина Η. В., Брусков В. И. Молеку- лярные механизмы правильности биосинтеза нуклеиновых кислот. Сравнение результатов компьютерного модели- рования с экспериментальными данными / / Молекуляр. биология.—1998.—32, № 2.—С. 268—276. 11. Гребнева Е. А. Облучение ДНК ультрафиолетовым светом: потенциальные изменения и мутации / / Молекуляр. био- логия.— 1994.—28, № 4.—С. 805—812. 12. Clementi E., Corongiu G., Detrich /., Chin S., Domingo J. Parallelism in study in DNA pairs as an example 11 Int. J. Quant. Chem. Quantum Chem. Symp.—1984.—18.—P. 601 — 618. 13. Taylor C. A., El-Bayoumi Μ. A., Kasha M. Excited-state two-proton tautomerism in hydrogen-bonded N-heterocyclic base pairs / / Proc. Nat. Acad. Sci. USA.—1969.—63.— P. 252—260. 14. Данилов В. ИМихалева О. В.у Слюсарчук О. Я., Стю- арт Дж. Дж., Альдерфер Дж. JI. О новом механизме мутаций, индуцируемых УФ-светом. Теоретическое изу- чение двухпротонной фототаутомерии в модельных парах оснований ДНК / / Биополимеры и клетка.—1997.—13, № 4.—С. 261—268. 15. Raghunathan G., Kieber-Emmons Т., Rein R.f Alderfer J. L Conformation features of DNA containing a cis-syn photodimer / / J. Biopol. Struct, and Dyn.-1990.—7, N 4.—P. 899—913. 16. Говорун Д Μ. Структурно-динамічна модель спонтанних напіврозкритих станів ДНК / / Биополимеры и клетка.— 1997.—13, № 1.—С. 39—45. 17. Зенгер В. Принципы структурной организации нуклеи- новых кислот.—M.: Мир, 1987.—584 с. 18. Тарасов В. А. Молекулярные механизмы репарации и мутагенеза.—M.: Наука, 1982.—226 с. УДК 575.24; 576.851.48 Надійшла до редакції 15.11.1999 395

Возможные молекулярные механизмы образования мутаций немишенного типа при SOS-репликации двухцепочечной ДНК

Institution

Ähnliche Einträge