Возможные молекулярные механизмы немишенного мутагенеза при пострепликативной SOS-репарации после облучения двухцепочечной ДНК ультрафиолетовым светом

На качественном уровне анализируются возможные молекулярные механизмы немишенного мутагенеза при пострепликативной SOS-репарации после облучения ДНК УФ светом, когда в обеих цепях образуются близкорасположенные тиминовые димерьи Предполагается, что мутагенными являются только те димеры, основания в...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2002
1. Verfasser:	Гребнева, Е.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 2002
Schriftenreihe:	Біополімери і клітина
Schlagworte:	Структура та функції біополімерів
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/156297
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 немишенного мутагенеза при пострепликативной SOS-репарации после облучения двухцепочечной ДНК ультрафиолетовым светом / Е.А. Гребнева // Вiopolymers and Cell. — 2002. — Т. 18, № 5. — С. 394-400. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-156297
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1562972019-06-19T01:30:25Z Возможные молекулярные механизмы немишенного мутагенеза при пострепликативной SOS-репарации после облучения двухцепочечной ДНК ультрафиолетовым светом Гребнева, Е.А. Структура та функції біополімерів На качественном уровне анализируются возможные молекулярные механизмы немишенного мутагенеза при пострепликативной SOS-репарации после облучения ДНК УФ светом, когда в обеих цепях образуются близкорасположенные тиминовые димерьи Предполагается, что мутагенными являются только те димеры, основания в которых находятся в редких таутомерных формах, а при синтезе такой ДНК в результате SOS-индукции ослабляется контроль за таутомерными состояниями оснований матрицы. Предполагается, что потенциальными мутациями в этом случае могут быть адениновые остатки, находящиеся в редких таутомерных формах и локализующиеся в небольшой окрестности от диме ров, а именно – напротив тиминов, образовавших другие димеры и изменивших свое таутомерное состояние. Они могут приводить к транзициям, трансверсиям и мутациям сдвига рамки считывания. На якісному рівні аналізуються можливі молекулярні механізми немішенного мутагенезу при постреплікативній SOS-репарації після опромінення ДНК УФ-промінням, коли в обох її ланцюгах формуються близькорозташовані тимінові дімери. Передбачається, що мутагенними є лише ті димери, основи в яких знаходяться в рідкісних таутомерних формах, а в результаті SOS-індукції послаблюється контроль за таутомерним станом основ матриці. Встановлено, що причиною потенційних мутацій в цьому випадку можуть бути аденінові залишки, шр перебувають у рідкісних таутомерних станах та локалізуються поблизу димерів, а саме – навпроти тимінів, шр сформували інші димери та змінили свій таутомерний стан. Вони можуть спричинювати транзиції, трансверсіі та мутації зсуву рамки зчитування. Possible molecular mechanisms of an untargeted mutagenesis after post-replication SOS-reparation, resulting in formation of adjacent thymine dinners in both DNA chains are analyzed on the qualitative level It is suggested that a dimer is mutagenic only if one or two bases are in rare tautomeric forms and the control over tautomeric states of the template bases at DNA synthesis is diminished due to the SOS-induction. The potential mutations in this case are assumed to be the adenine residues in rare tautomeric forms located in the vicinity of dinners – exactly, opposite to the thymines forming other dimers with changes in their tautomeric state. They can result in transitions, transversions and frameshift mutations. 2002 Article Возможные молекулярные механизмы немишенного мутагенеза при пострепликативной SOS-репарации после облучения двухцепочечной ДНК ультрафиолетовым светом / Е.А. Гребнева // Вiopolymers and Cell. — 2002. — Т. 18, № 5. — С. 394-400. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. 0233-7657 DOI:http://dx.doi.org/10.7124/bc.00061C http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/156297 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. Возможные молекулярные механизмы немишенного мутагенеза при пострепликативной SOS-репарации после облучения двухцепочечной ДНК ультрафиолетовым светом Біополімери і клітина
description	На качественном уровне анализируются возможные молекулярные механизмы немишенного мутагенеза при пострепликативной SOS-репарации после облучения ДНК УФ светом, когда в обеих цепях образуются близкорасположенные тиминовые димерьи Предполагается, что мутагенными являются только те димеры, основания в которых находятся в редких таутомерных формах, а при синтезе такой ДНК в результате SOS-индукции ослабляется контроль за таутомерными состояниями оснований матрицы. Предполагается, что потенциальными мутациями в этом случае могут быть адениновые остатки, находящиеся в редких таутомерных формах и локализующиеся в небольшой окрестности от диме ров, а именно – напротив тиминов, образовавших другие димеры и изменивших свое таутомерное состояние. Они могут приводить к транзициям, трансверсиям и мутациям сдвига рамки считывания.
format	Article
author	Гребнева, Е.А.
author_facet	Гребнева, Е.А.
author_sort	Гребнева, Е.А.
title	Возможные молекулярные механизмы немишенного мутагенеза при пострепликативной SOS-репарации после облучения двухцепочечной ДНК ультрафиолетовым светом
title_short	Возможные молекулярные механизмы немишенного мутагенеза при пострепликативной SOS-репарации после облучения двухцепочечной ДНК ультрафиолетовым светом
title_full	Возможные молекулярные механизмы немишенного мутагенеза при пострепликативной SOS-репарации после облучения двухцепочечной ДНК ультрафиолетовым светом
title_fullStr	Возможные молекулярные механизмы немишенного мутагенеза при пострепликативной SOS-репарации после облучения двухцепочечной ДНК ультрафиолетовым светом
title_full_unstemmed	Возможные молекулярные механизмы немишенного мутагенеза при пострепликативной SOS-репарации после облучения двухцепочечной ДНК ультрафиолетовым светом
title_sort	возможные молекулярные механизмы немишенного мутагенеза при пострепликативной sos-репарации после облучения двухцепочечной днк ультрафиолетовым светом
publisher	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
publishDate	2002
topic_facet	Структура та функції біополімерів
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/156297
citation_txt	Возможные молекулярные механизмы немишенного мутагенеза при пострепликативной SOS-репарации после облучения двухцепочечной ДНК ультрафиолетовым светом / Е.А. Гребнева // Вiopolymers and Cell. — 2002. — Т. 18, № 5. — С. 394-400. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.
series	Біополімери і клітина
work_keys_str_mv	AT grebnevaea vozmožnyemolekulârnyemehanizmynemišennogomutagenezapripostreplikativnojsosreparaciiposleoblučeniâdvuhcepočečnojdnkulʹtrafioletovymsvetom
first_indexed	2025-07-14T08:23:51Z
last_indexed	2025-07-14T08:23:51Z
_version_	1837611267262513152
fulltext	ISSN 0233-7657. Б і о л і м е р и і клітина, 2002. Т. IS. № S СТРУКТУРА І ФУНКЦІЇ БІОПОЛІМЕРІВ Возможные молекулярные механизмы немишенного мутагенеза при пострепликативной SOS-репарации после облучения двухцепочечной ДНК ультрафиолетовым светом Е. А. Гребнева Донецкий физико-технический институт HAH Украины Ул. Розы Люксембург, 72, Донецк, 83114, Украина E-mail: greb@host.dipt.donetsk.ua На качественном уровне анализируются возможные молекулярные механизмы немишенного мутагенеза при пострепликативной SOS-репарации после облучения ДИК УФ светом, когда в обеих цепях образуются близкорасположенные тиминовые димеры. Предполагается, что мутаген- ными являются только те димеры, основания в которых находятся в редких таутомерных формах, а при синтезе такой ДНК в результате SOS-индукции ослабляется контроль за таутомерными состояниями оснований матрицы. Предполагается, что потенциальными мута- циями в этом случае могут быть адениновые остатки, находящиеся в редких таутомерных формах и локализующиеся в небольшой окрестности от димеров, а именно — напротив тиминов, образовавших другие димеры и изменивших свое таутомерное состояние. Они могут приводить к транзициям, трансверсиям и мутациям сдвига рамки считывания. Введение. Несмотря на то, что ультрафиолетовый (УФ) мутагенез является наиболее изученным, имеется ряд явлений, которые либо не объяснены достаточно хорошо, либо не поняты вовсе (см. обзор К ним относится немишенный мутаге- нез. Известно, что основными фотоповреждениями после облучения молекулы ДНК УФ-светом явля- ется образование циклобутановых пиримидиновых димеров или (6—4)-аддуктов, которые мы будем называть «димерами» [1, 2]. Мутации возникают после SOS-репарации или SOS-репликации. Они вызывают транзиции, транс- версии, мутации сдвига рамки считывания, слож- ные мутации [1, 2]. Обычно мутации появляются напротив димеров, такой мутагенез называется ми- шенным [2], однако иногда они возникают в не- большой окрестности от димера и тогда он называ- ется немишенным [3—7 ]. Общепринятая 18, 9} теория УФ-мутагенеза опирается на гипотезу Брес- © Е. А. ГРЕБНЕВА, 2002 лера [10]. Она предполагает, что единственной причиной являются ошибки ДНК-полимеразы, ко- торая иногда ошибается, встраивая напротив диме- ров произвольные основания. В [1 ] показано, что общепринятая теория противоречит ряду хорошо установленных фактов и не может объяснить неко- торых особенностей УФ-мутагенеза. В частности, нет объяснения немишенного мутагенеза, когда мутации возникают не напротив димеров. В [1, 2] предложена альтернативная модель, опирающаяся на две гипотезы. Первая — это не- много модифицированная гипотеза Уотсона и Кри- ка [11 ], примененная к УФ-мутагенезу. Предпола- гается, что причиной мутаций является способ- ность оснований переходить в неканонические таутомерные формы таким образом, что это влияет на характер спаривания оснований. Кроме того, предположено, что при индукции SOS-системы происходит ослабление контроля за таутомерным состоянием оснований матрицы. В остальном репликация ДНК идет, как при обычном безошибочном синтезе, то есть встраиваются толь- 394 mailto:greb@host.dipt.donetsk.ua ВОЗМОЖНЫЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ НЕМИШЕННОГО МУТАГЕНЕЗА ко основания, находящиеся в канонических тауто- мерных формах. Предполагается [1, 2], что потенциальными мутациями, являющимися причиной мишенного мутагенеза после УФ-облучения ДНК, являются димеры, одно или оба оснований в которых изме- нили свое таутомерное состояние так, что это может влиять на характер спаривания оснований [1]. Проанализирован репарационный мутагенез на примере пострепликативной SOS-репарации и показано, что тиминовые димеры могут вызывать транзиции, трансверсии и бреши в один нуклеотид [2], которые являются первым необходимым эта- пом образования мутаций сдвига рамки считыва- ния 112, 13]. Предложен также механизм немишенного му- тагенеза, когда на участке ДНК имеются только немутационные димеры [7 ]. Показано, что его источник — это потенциальные мутации, являю- щиеся парами оснований, находящихся в редких таутомерных формах, таких, что атомы водорода первой и второй водородной связей, отвечающих за спаривание оснований, одновременно перешли к своим партнерам по H-связям. Согласно [14], та- кие таутомерные состояния будут устойчивыми. Оказалось, что если подобные потенциально мута- генные повреждения ДНК находятся в небольшой окрестности от димера, то в результате S OS-репли- кации они дают или транзиции, или гомологичные трансверсии. Роль димеров при этом сводится к индукции SOS-системы, Данная работа посвящена анализу возможных молекулярных механизмов появления немишенно- го мутагенеза, когда димеры играют несколько более активную роль. В качестве примера рассмат- ривается пострепликативная SOS-репарация. Контроль, осуществляемый ДНК-полимераза- ми и ассоциированными с ними ферментами за правильностью встраивания оснований. Пусть по- сле облучения молекулы ДНК УФ в ней образова- лись димеры TT1, TT2, TT3, Т Т Д TT j и TT, где T — каноническая (рис. 1, a), a T1—T5 — редкие таутомерные формы тимина <рис. 1, б—е соответственно). В [ 1 ] показано, что при формировании тими- новых димеров после облучения ДНК ультрафио- летом таутомерная форма тиминов, образовавших димер, может измениться так, как изображено на рис. 1, причем все эти таутомерные состояния будут устойчивыми из-за разрывов водородных связей между спаренными основаниями [15]. Как показано в работе [1 ], в процессе образо- вания димеров и изменения таутомерного состоя- ния входящих в них оснований происходит измене- ние таутомерного состояния спаренных с ними оснований. Пусть вышеописанные димеры появи- лись в обеих цепях ДНК недалеко друг от друга так, как это изображено на рис. 2, а. Тогда в обеих цепях ДНК напротив тиминовых димеров (рис. 2, а) будут находиться молекулы аденина A,, A2, A3, AA, A5* в редких таутомерных формах, соот- ветствующих изображенным на рис. 1, б—с соот- ветственно. Рассмотрим путь пострепликативной репара- ции, в котором пострепликативньге бреши застраи- ваются в результате синтеза de novo, который, как известно, может приводить к появлению мутаций [2]. При безошибочном синтезе ДНК-полимераза, совершив ошибку, диссоциирует от праймера, в результате 3'-5'-экзонуклеаза отщепляет ошибоч- ный нуклеотид [16]. SOS-индуцированный холо- фермент формирует структуру «скользящей скреп- ки», которая удерживает ДНК-полимеразу на праймере, обеспечивая высокопроцессивный синтез и не позволяя 3'-»5'-экзонуклеазе удалять ошибоч- ные нуклеотиды [17 J. Поскольку ДНК-полимераза встраивает канонические нуклеотиды, стабилизи- руемые водородными связями, между основаниями и сахаро-фосфатным остовом [18 ], то ошибки пол- имераз, проанализированные в [9] для спонтанного мутагенеза, в данном случае невозможны. Посмотрим, что получится, если постреплика- тивные бреши, изображенные на рис. 2, б, будут застраиваться модифицированной ДНК-полимера- зой таким образом. Наличие димеров обусловит появление мишенного мутагенеза [2 ]. Однако из- за того, что димеры имеются в обеих цепях ДНК, что они расположены недалеко друг от друга и что входящие в них тимины изменили свое таутомер- ное состояние, в противоположных цепях появля- ются новые повреждения структуры ДНК. Это аденины, находящиеся в редких таутомерных фор- мах (рис. 2, б). Выясним, какие нуклеотиды, нахо- дящиеся в канонических таутомерных формах, можно встроить напротив аденинов, находящихся в таутомерных формах, соответствующих изобра- женным на рис. 1, б—е. Будем считать, что обе пострепликативные бреши застраиваются модифи- цированной ДНК-полимеразой. Пусть пострепликативные бреши, изображен- ные на рис. 2, б, застраиваются в результате синтеза de novo при пострепликативной SOS-репа- рации. Контроль активных групп означает, что пострепликативные бреши будут застроены только нуклеотидами в канонических таутомерных фор- мах. Поскольку основание A1 (рис. 1 ,6) находится л в небольшой окрестности от димера TT4, нуклео- 395 ГРЕБНЕBA Ε. Α. Рис. 1. Возможные тау- томерные формы моле- кул тимина и аденина, появившихся при обра- -Н, зовании тиминовых ди- меров; а — аденин (А) и тимин (T) в канони- ческой таутомерной форме; 6—е — аденин Ai и тимин Ti, находя- щиеся в редкой тауто- мерной форме, і - 1 -5 тид напротив него будет встроен модифицирован- ной ДНК-полимеразой. ДНК-полимераза «прове- рит», может ли встраиваемый нуклеотид образо- вать водородные связи с основанием матрицы A1, но в случае появления неканонической пары осно- ваний ошибочный нуклеотид не будет удален [16, 17]. Как видно из рис. 3, молекула аденина A1* (рис. 1, б) может образовывать водородные связи с цитозином (рис. 3, а) или аденином (рис. 3, б). Известно, что при работе ферментов в процес- се формирования фермент-субстратного комплекса происходит стереохимическая и электростатиче- ская проверка соответствия субстрата активному центру фермента [19, 9]. По мнению автора, при работе ДНК-полимеразы и ассоциированных с ней ферментов такая проверка происходит дважды. Первый раз — когда образуется комплекс ДНК-по- лимераза—встраиваемый нуклеотид и второй — когда проверяется, является ли встраиваемый нук- леотид комплементарным основанию матрицы. С этой точки зрения пары А1-С и А1-А, хотя и могут образовывать по две Η-связи каждая, все же различаются. Они различаются и с точки зре- ния стереохимии, и с точки зрения электростатики. Следовательно, чтобы образовалась пара A1-А, необходимо дальнейшее ослабление контроля и за электростатическим, и за стереохимическим соот- ветствием каноническим парам оснований. Возможен и другой вариант развития событий. Атом водорода H6" молекулы А1 займет то поло- жение, которое занимает H6' молекулы аденина, находящегося в канонической таутомерной форме. И контроль за возможностью образовывать водо- родные связи будет происходить с учетом нового положения. В этом случае водородные связи ни с одним из оснований, находящихся в канонических таутомерных формах, образоваться не могут. 396 ВОЗМОЖНЫЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ НВМИШВННОГО МУТАГЕНЕЗА Рис. 2. Синтез молекулы ДНК, содержащий димеры в обеих цепях, в результате пострепликативной SOS-репарации: а — участок ДНК, содержащий димеры; 6 — синтез молекулы ДНК, напротив димеров возникли пострепликативные бреши; β — пострепликативные бреши застроены модифицированной ДНК- полимерами; г — пострепликативные бреши так застроены мо- дифицированной ДНК-полимеразой, что дополнительно ослаб- лен контроль за тем, чтобы образовьшались только пары пурин- пиримидин; д — пострепликативные бреши так застроены моди- фицированной ДНК-полимеразой, что дополнительно ослаблен контроль за тем, чтобы образовывались только пары пурин-пи- римидин и, кроме того, имеется «голодание» по тимину Пусть молекула аденина A2, находящаяся в редкой таутомерной форме, соответствующей рис. 1, в, расположена в небольшой окрестности от димеров (рис. 2, б). Тогда окажется, что при застройке пострепликативной бреши с помощью модифицированной ДНК-полимеразы молекула аденина A2 может образовывать водородные связи с тимином (рис. 3, в), с цитозином (рис. 3, г), с гуанином (рис. З, д) и две Η-связи с аденином (рис. 3, е) . Нельзя исключить варианта, когда атом водо- рода H6" молекулы A2* изменит свое положение и расположится, как атом H6' в молекуле аденина. Тогда контроль за возможностью образовывать во- дородные связи покажет, что Η-связи не могут возникать между A2' и цитозином и A2' и адени- ном. Однако могут сформироваться две водородные связи между A2' и тимином (рис. 3, ж). Могут образоваться три водородные связи между A2' и гуанином (рис. З, з). Молекула аденина A3, находящаяся в редкой таутомерной форме, соответствующей изображен- ной на рис. 1, г, не может образовывать Η-связи с каноническими нуклеотидами. Молекула аденина A4 , находящаяся в редкой таутомерной форме, соответствующей изображен- ной на рис. 1, д, может образовать водородные связи с молекулой тимина (рис. 3, и) или гуанина (рис. 3, к), Аденин A5* не может образовывать водородные связи ни с одним из нуклеотидов, находящихся в канонической таутомерной форме. Возможные немишенные мутации, возникаю- щие при пострепликативной SOS-репарации, ког- да в обеих цепях ДНК имеются близкорасполо- женные мутагенные димеры. Проанализируем про- цесс застраивания пострепликативных брешей, изображенных на рис. 2, б, модифицированной ДНК-полимеразой. Как выяснено (рис. З, а), на- против A1* ДНК-полимераза может встроить цито- зин. Следовательно, в этом случае появится тран- зиция T -» С. Но напротив А,* может быть встроен и аденин. Канонические пары — это всегда пары пурин-пиримидин. Пара А,-С в этом смысле не отличается от канонической. Пара А,-А является принципиально иной, это пара пурин-пурин и с точки зрения стереохимии не является подобной канонической паре оснований. Ошибки спарива- ния, приводящие к трансверсиям, исправляются более эффективно, чем ошибки, приводящие к транзициям [20]. Степень модификации холофер- мента может быть различной. В одном режиме ДНК-полимеразная активность будет сменяться на «корректорскую» при появлении пар пурин-пурин или пиримидин-пиримидин, а при усилении поли- 397 ГРВВНЕВА В. А. Рис. 3. Возможные варианты образования пар оснований: а — А,* с С; б — Aj* с Α; β — A2* с Т ; г — A2* с С; () — A2* с G; е • A2* с А; ж — A2* с Т; з — A2* с G; и — A4* с Т; к — A4* с G 39 ВОЗМОЖНЫЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ НЕМИШЕННОГО МУТАГЕНЕЗА меразной активности — нет [16, 17]. Во втором случае могут появляться и трансверсии. Если на- против A1* будет встроен аденин, то это означает образование гомологической трансверсии T -» А. Если в аденине А,* атомы водорода займут то положение, которое занимает H1' в аденине, нахо- дящемся в канонической таутомерной форме, то аденин А,' не сможет образовывать водородные связи ни с одним из оснований. Допустим, в результате может образоваться брешь в один нук- леотид. Этот одноцепочечный разрыв может быть ликвидирован одной из безошибочных систем репа- рации, а может привести к мутации сдвига рамки считывания [12, 13]. Молекула A2 (рис. 1, в) может образовывать водородные связи с любым каноническим основа- нием (рис. З, в—е). Если напротив A2* будет встроен тимин, то мутации не произойдет; если цитозин — то возникнет транзиция T -» С; если гуанин — то образуется трансверсия T -* G; если же будет встроен аденин, то образуется гомологич- ная трансверсия T -* А. С наибольшей вероятно- стью ДНК-полимераза напротив A2* встроит ти- мин, так как такая пара в наименьшей степени отличается от канонической. Но при определенных условиях могут возникнуть и мутации замены оснований. Если в молекуле A2* атом водорода H6* повернется так, что займет положение, которое занимает атом H6' в аденине, находящемся в кано- нической таутомерной форме, то напротив A2* может быть встроен тимин (рис. 3, ж) или гуанин (рис. З, з). Следовательно, или мутации не про- изойдет, или возникнет трансверсия T - G . Напротив аденина A3* (рис. 1, г) ДНК-полиме- раза не может встроить ни одного из оснований так, чтобы между молекулой A3* и встраиваемыми основаниями, находящимися в канонической тау- томерной форме, образовывались водородные свя- зи. Напротив аденина A4* (рис. 1, д) ДНК-полиме- раза может встроить тимин (рис. 3, и) или гуанин (рис. 3, к). Следовательно, мутации или не про- изойдет вообще, или возникнет трансверсия T -* G. Последнее событие возможно, если, во-первых, ДНК-полимераза модифицирована так, что допол- нительно ослаблен контроль за тем, чтобы образо- вывались только пары пурин-пиримидин, и, во- вторых, если имеется «голодание» по тимину. Напротив аденина A5* (рис. 1, ё) ДНК-полиме- раза не может встроить ни одного основания, находящегося в канонической таутомерной форме, так, чтобы между A j* и встроенными основаниями могли образоваться водородные связи. На рис. 2, в, изображен результат застраива- ния пострепликативных брешей (рис. 2, б) так модифицированной ДНК-полимеразой, что в ре- зультате SOS-индукции ослабляется контроль за таутомерным состоянием оснований матрицы, но сохраняется контроль за тем, чтобы образовыва- лись только пары пурин-пиримидин. Вопрос о том, какие основания будут встроены напротив тимино- вых димеров, обсуждался в [2 ]. На рис. 2, г, изображен результат застройки пострепликативных брешей, изображенных на рис. 2, б, так модифицированной ДНК-полимеразой, что ослаблен или подавлен контроль за тем, чтобы образовывались только пары пурин-пиримидин, А на рис. 2, д, показано, что произойдет, если допол- нительно имеется голодание по тимину. Выводы. В настоящей работе на качественном уровне проанализирован случай, когда мутагенные тиминовые димеры имеются в обеих цепях ДНК недалеко друг от друга. Рассмотрен такой вариант, когда в результате синтеза ДНК напротив димеров возникли пострепликативные бреши. Постреплика- тивная SOS-репарация может осуществиться толь- ко в том случае, если эти бреши застраиваются в результате синтеза de novo. Потенциально мута- генными изменениями структуры ДНК в данном случае являются молекулы аденина, находящегося в редких таутомерных формах. Изменение тауто- мерного состояния аденинов произошло при изме- нении таутомерных состояний комплементарных тиминов, образовавших димеры в результате без- ызлучательного девозбуждения УФ-кванта [1 ]. Установлено, что такие потенциальные мута- ции могут приводить к транзициям, трансверсиям и брешам в один нуклеотид. То есть могут вызы- вать и мутации сдвига рамки считывания. Одна и та же потенциальная мутация может не вызвать мутации, приводить к транзиции или трансверсии. Какая именно мутация появится, зависит от вида модификации ДНК-полимеразы и ассоциирован- ных с ней ферментов. Трансверсии могут возни- кать, если дополнительно ослаблен контроль за тем, чтобы образовывались только пурин-пирими- диновые пары. Н. A. Grebneva Possible molecular mechanisms of untargeted mutagenesis upon a post-replication SOS-reparation after irradiating two-stranded DNA by ultra-violet light Summary Possible molecular mechanisms of an untargeted mutagenesis after post-replication SOS-reparation, resulting in formation of adjacent thymine dimers in both DNA chains are analyzed on the qualitative IeveL It is suggested that a dimer is mutagenic only if one or two bases are in rare tautomeric forms and the control over tautomeric 399 ГРЕБ НЕВА Ε. Α. states of the template bases at DNA synthesis is diminished due to the SOS-induction. The potential mutations in this case are assumed to be the adenine residues in rare tautomeric forms located in the vicinity of dimers — exactly, opposite to the thymines forming other dimers with changes in their tautomeric state. They can result in transitions, transversions and frameshift mutations. О. А. Гребнева Можливі молекулярні механізми немішенного мутагенезу при постреплікативній SOS-репарації після опромінення дволанцюгової ДНК ультрафіолетовим світлом Резюме На якісному рівні аналізуються можливі молекулярні ме- ханізми немішенного мутагенезу при постреплікативній SOS- репарації після опромінення ДНК УФ-промінням, коли в обох її ланцюгах формуються близькорозташовані тимінові дімери. Передбачається, що мутагенними є лише ті димери, основи в яких знаходяться в рідкісних таутомерних формах, а в результаті SOS-індукції послаблюється контроль за тауто- мерним станом основ матриці. Встановлено, що причиною потенційних мутацій в цьому випадку можуть бути аденінові залишки, шр перебувають у рідкісних таутомерних станах та локалізуються поблизу димерів, а саме — навпроти тимінів, шр сформували інші димери та змінили свій таутомерний стан. Вони можуть спричинювати транзиції, трансверсіі та мутації зсуву рамки зчитування. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Гребнева Е. А. Природа и возможные механизмы обра- зования потенциальных мутаций, возникающих при появ- лении тиминовых димеров после облучения двухцепо- чечной ДНК ультрафиолетовым светом / / Біополімери і клітина —2002.—18, № З.—С. 205—218. 2. Гребнева Ε. А. Молекулярные механизмы образования мутаций замены оснований при пострепликативной SOS- репарации двухцепочечной ДНК, содержащей тиминовые димеры / / Біополімери і клітина.—2001.—17, № 6.— С. 487—500. 3. Hutchinson F. Chemical changes induces in DNA by ionizing radiation / / Progr. Nucl. Acid. Res. Мої. Biol—1985,—32,— P. 115—154. 4. Lawrence C. W., Christensen R. B. The mechanism of untargeted mutagenesis in UV-irradiated yeast / / Мої. and Gen. Genet.—1982.—186.—P. 1—9. 5. Lawrence C. W., Le Clerc J. E., Christensen J. R, Christen- sen R. B., Tata P. V., Benerjee S. K. Laci sequence changes and the machanisms of UV mutagenesis in E. coli H Radiat. Res.—1987.—2.—P. 538-543 . 6. Hagen U. Biochemical aspects of radiation biology / / Ex- perientia.—1989.—45.—P. 7—12. 7. Гребнева Ε. Α., Иванов Μ. О. Возможные молекулярные механизмы образования мутаций немишенного типа при SOS-решткации двухцепочечной ДНК H Біополімери і клітина.—2001.—17, № 5 . - С . 388-395 . 8. Lawrence С. W„ Banerjee S. K., Borden Α., Le Clerc 1. Ε. T-T cyclobutane dimers are misinstructive, rather than non-in- structive, mutagenic lesions / / Мої. and Gen. Genet.—1990.— 222, N l . - P . 166-168. 9. Полтев В. И., Шу люпина Н. В., Брусков В. И. Моле- кулярные механизмы правильности биосинтеза нуклеи- новых кислот. Сравнение результатов компьютерного мо- делирования с экспериментальными данными / / Моле- куляр. биология.—1998.—32, № 2.—С. 268—276. 10. Бреслер С. Е. О решенных и нерешенных проблемах мутагенеза и репарации / / Повреждение и репарация ДНК,—Пущино, 1980.—С. 16—26. 11. Watson J. D., Crick F. Η. С. The structure of DNA / / Cold Spring Harbor Symp. Quanl Biol.—1953 —18.—P. 123—131. 12. Streisinger G., Okada J., Emerich J., Newton J., Tsugida A., Terragi E., Jnouye M. Frameshift mutations and the genetic code / / Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol.—1966.— 31.—P. 77—89. 13. Strand M., Prolla Τ. A., Liskay R. M., Petes T. D. Des- tabUlzation of tracts of simple repetitive DNA In yeast by mutations affecting DNA mismatch repair Ii Nature.—1993.— 265, N 6443.—P. 274—276. 14. Clementi E., Corongiu G., Detrich J., Chin S., Domingo J. Parallelism in study in DNA pairs as an example / / Int. J. Quant. Chem.: Quantum Chem. Symp. —1984.—18.— P. 601—618. 15. Raghunathan G., Kieber-Emmons T., Rein R., Alderfer I. L. Conformation features of DNA contaning a cis-syn photodimer / / J. Biomol. Struct, and Dyn. -1990 —7, N 4 —P. 899— 913. 16. Крутяков В. M. Рациональная регуляция ДНК-поли- меразного мутагенеза и автономные-экзонуклеазы / / Mo- лекуляр. биология,—1998. —32, № 2,—С. 229—232. 17. Михайлов В. С. ДНК-полимеразы эукариот / / Молекуляр. биология.—1999.—33, № 4 —С. 567—580. 18. Чехлов А. Н. Внутримолекулярные C-H...О взаимодей- ствия β главных нуклеозидах по кристаллографическим данным. Уточнение кристаллической структуры тимидина / / Журн. структур, химии.—1995,—36, № 1,—С. 178— 184. 19. Волькенштейн М. В., Голованов И. Б., Соболев В. М. Молекулярные орбитали в экзимологии.—M.: Наука, 1982,—239 с. 20. Yang Y., Kunz В. A. Naturally-occurring single nucleotide loops are corrected more efficiently than base mismatches in yeast / / Envirion. and Мої. Mutagenes.—1994.—23, Suppi., N 23.—P. 75. УДК 575.24; 576.851.48 Надійшла до редакції 19.12.2000 400

Возможные молекулярные механизмы немишенного мутагенеза при пострепликативной SOS-репарации после облучения двухцепочечной ДНК ультрафиолетовым светом

Institution

Ähnliche Einträge