Природа и механизмы образования горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза

В настоящее время не ясна природа и механизмы образования горячих и холодных пятен мишенных мутаций, которые образуются после облучения молекулы ДНК ультрафиолетовым светом. Разрабатывается полимеразно-таутомерная модель ультрафиолетового мутагенеза. Предлагается модель образования таких горячих и...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2012
1. Verfasser:	Гребнева, Е.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2012
Schriftenreihe:	Доповіді НАН України
Schlagworte:	Біофізика
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/84650
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:	Природа и механизмы образования горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза / Е.А. Гребнева // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2012. — № 10. — С. 181-187. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-84650
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-846502015-07-12T03:02:32Z Природа и механизмы образования горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза Гребнева, Е.А. Біофізика В настоящее время не ясна природа и механизмы образования горячих и холодных пятен мишенных мутаций, которые образуются после облучения молекулы ДНК ультрафиолетовым светом. Разрабатывается полимеразно-таутомерная модель ультрафиолетового мутагенеза. Предлагается модель образования таких горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза, которые образуются напротив цис-син циклобутановых пиримидиновых димеров. Показано, что горячими пятнами ультрафиолетового мутагенеза являются такие цис-син циклобутановые цитозин-тиминовые, тимин-цитозиновые и цитозин-цитозиновые димеры, на которые переходит больше энергии, чем на такие же циклобутановые цитозин-тиминовые, тимин-цитозиновые и цитозин-цитозиновые димеры, являющиеся холодными пятнами ультрафиолетового мутагенеза. Причины образования горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза это соотношение между синглетными и триплетными уровнями оснований ДНК и процессы распространения энергии по молекуле ДНК. Добавочная энергия может приводить к изменению таутомерных состояний оснований ДНК, таких, которые входят в состав цис-син циклобутановых пиримидиновых димеров. Это может вызвать мишенные мутации. На сьогоднi немає пояснення природи та механiзмiв утворення гарячих i холодних плям мiшенних мутацiй, що утворюються пiсля опромiнювання молекули ДНК ультрафiолетовим промiнням. Розроблюється полiмеразно-таутомерна модель ультрафiолетового мутагенезу. Запропоновано модель механiзму утворення таких гарячих i холодних плям ультрафiолетового мутагенезу, що утворюються навпроти цис-син циклобутанових пиримидинових димерiв. Показано, що гарячими плямами ультрафiолетового мутагенезу є такi цис-син циклобутановi цитозин-тимин, тимин-цитозиновi i цитозин-цитозиновi димери, на якi переходить бiльше енергiї, нiж на такi цис-син циклобутановi цитозин-тимин, тимин-цитозиновi i цитозин-цитозиновi димери, якi є холодними плямами ультрафiолетового мутагенезу. Причиною утворення гарячих i холодних плям ультрафiолетового мутагенезу є спiввiдношення мiж синглетними i триплетними рiвнями основ ДНК та процеси поширення енергiї в молекулi ДНК. Додаткова енергiя може призвести до змiни таутомерних станiв в основах ДНК, таких, якi є частиною цис-син циклобутанових пиримидинових димерiв. Це може викликати мiшеннi мутацiї. The nature of hot and cold spots of ultraviolet mutagenesis has not been yet explained satisfactorily. A polymerase tautomer model of ultraviolet mutagenesis is developed, and a model of formation of hot and cold spots of ultraviolet mutagenesis is proposed. It is shown that the hot spots of ultraviolet mutagenesis are those cis-syn cyclobutane cytosine-thymine and thymine-cytosine dimers, on which a more energy is transferred than that on such cis-syn cyclobutane cytosine-thymine and thymine- cytosine dimers that are cold spots of ultraviolet mutagenesis. The causes for the formation of hot and cold spots of ultraviolet mutagenesis are the correlation between singlet and triplet energy levels of the DNA bases and the energy transfer in DNA molecules. The extra energy can result in the tautomer change of DNA bases that are a part of the cis-syn cyclobutane pyrimidine dimers. This can be a source of targeted mutations. 2012 Article Природа и механизмы образования горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза / Е.А. Гребнева // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2012. — № 10. — С. 181-187. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 1025-6415 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/84650 577.2:577.3 ru Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Біофізика Біофізика
spellingShingle	Біофізика Біофізика Гребнева, Е.А. Природа и механизмы образования горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза Доповіді НАН України
description	В настоящее время не ясна природа и механизмы образования горячих и холодных пятен мишенных мутаций, которые образуются после облучения молекулы ДНК ультрафиолетовым светом. Разрабатывается полимеразно-таутомерная модель ультрафиолетового мутагенеза. Предлагается модель образования таких горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза, которые образуются напротив цис-син циклобутановых пиримидиновых димеров. Показано, что горячими пятнами ультрафиолетового мутагенеза являются такие цис-син циклобутановые цитозин-тиминовые, тимин-цитозиновые и цитозин-цитозиновые димеры, на которые переходит больше энергии, чем на такие же циклобутановые цитозин-тиминовые, тимин-цитозиновые и цитозин-цитозиновые димеры, являющиеся холодными пятнами ультрафиолетового мутагенеза. Причины образования горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза это соотношение между синглетными и триплетными уровнями оснований ДНК и процессы распространения энергии по молекуле ДНК. Добавочная энергия может приводить к изменению таутомерных состояний оснований ДНК, таких, которые входят в состав цис-син циклобутановых пиримидиновых димеров. Это может вызвать мишенные мутации.
format	Article
author	Гребнева, Е.А.
author_facet	Гребнева, Е.А.
author_sort	Гребнева, Е.А.
title	Природа и механизмы образования горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза
title_short	Природа и механизмы образования горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза
title_full	Природа и механизмы образования горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза
title_fullStr	Природа и механизмы образования горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза
title_full_unstemmed	Природа и механизмы образования горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза
title_sort	природа и механизмы образования горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Біофізика
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/84650
citation_txt	Природа и механизмы образования горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза / Е.А. Гребнева // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2012. — № 10. — С. 181-187. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.
series	Доповіді НАН України
work_keys_str_mv	AT grebnevaea prirodaimehanizmyobrazovaniâgorâčihiholodnyhpâtenulʹtrafioletovogomutageneza
first_indexed	2025-07-06T11:43:05Z
last_indexed	2025-07-06T11:43:05Z
_version_	1836897729177976832
fulltext	оповiдi НАЦIОНАЛЬНОЇ АКАДЕМIЇ НАУК УКРАЇНИ 10 • 2012 БIОФIЗИКА УДК 577.2:577.3 © 2012 Е.А. Гребнева Природа и механизмы образования горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза (Представлено членом-корреспондентом НАН Украины В. Н. Варюхиным) В настоящее время не ясна природа и механизмы образования горячих и холодных пятен мишенных мутаций, которые образуются после облучения молекулы ДНК ультрафиоле- товым светом. Разрабатывается полимеразно-таутомерная модель ультрафиолетово- го мутагенеза. Предлагается модель образования таких горячих и холодных пятен уль- трафиолетового мутагенеза, которые образуются напротив цис-син циклобутановых пиримидиновых димеров. Показано, что горячими пятнами ультрафиолетового мута- генеза являются такие цис-син циклобутановые цитозин-тиминовые, тимин-цитози- новые и цитозин-цитозиновые димеры, на которые переходит больше энергии, чем на такие же циклобутановые цитозин-тиминовые, тимин-цитозиновые и цитозин-ци- тозиновые димеры, являющиеся холодными пятнами ультрафиолетового мутагенеза. Причины образования горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза — это соотношение между синглетными и триплетными уровнями оснований ДНК и процес- сы распространения энергии по молекуле ДНК. Добавочная энергия может приводить к изменению таутомерных состояний оснований ДНК, таких, которые входят в сос- тав цис-син циклобутановых пиримидиновых димеров. Это может вызвать мишенные мутации. После облучения молекулы ДНК ультрафиолетовым светом в ней образуются циклобутано- вые пиримидиновые димеры и (6–4) аддукты. В процессах репликации или репарации они могут приводить к мутациям. Мутации, вызванные УФ-светом, распределены по молекуле ДНК неравномерно. Большая их часть сосредоточена в так называемых горячих пятнах. На некоторых участках их никогда не бывает — это холодные пятна ультрафиолетово- го мутагенеза [1, 2]. Цитозиновые циклобутановые димеры чаще приводят к мутациям, чем тиминовые. А горячие пятна ультрафиолетового мутагенеза, чаще всего, совпадают с цикло- бутановыми димерами, состоящими из молекул цитозина и тимина (CT). Как показывает эксперимент, на цитозин-тиминовых сайтах фотопродукты образуются довольно часто [1, 2]. Общепринятая теория ультрафиолетового мутагенеза опирается на гипотезу о том, что му- тации обусловлены исключительно случайными ошибками ДНК-полимераз, а циклобутано- вые пиримидиновые димеры, приводящие к мутациям, и немутационные циклобутановые ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №10 181 Рис. 1. Диаграмма энергетических уровней различных оснований ДНК [12]: S1 — нижний синглетный уро- вень; T1 — нижний триплетный уровень; S0 — основное состояние пиримидиновые димеры, состоящие из таких же оснований ДНК, ничем между собой не различаются [3, 4]. В рамках этой парадигмы и даются современные объяснения приро- ды горячих и холодных точек мутагенеза. Предполагается, что участки с определенным нуклеотидным составом лучше (или хуже) репарируются, чем другие и т. д. Однако обще- признанно, что в настоящее время нет удовлетворительного объяснения этого явления [2]. При облучении молекулы ДНК ультрафиолетовым светом может изменяться таутомер- ное состояние входящих в молекулу ДНК оснований. Автором была разработана полиме- разно-таутомерная модель ультрафиолетового мутагенеза [5–10]. Было показано, что такие изменения таутомерных состояний могут происходить при образовании цис-син циклобута- новых пиримидиновых димеров [5–10]. Оказалось, что возможно образование семи новых редких таутомерных состояний для гуанина и цитозина и пяти — для тимина и адени- на [5–10]. Они устойчивы, если соответствующие основания входят в состав димеров или находятся в небольшой окрестности от димера. Цис-син циклобутановые пиримидиновые димеры, основания которых находятся в канонических таутомерных формах, не могут при- водить к мутациям. Следовательно, холодные пятна ультрафиолетового мутагенеза — это циклобутановые пиримидиновые димеры, основания которых находятся в канонических та- утомерных формах. А горячие пятна ультрафиолетового мутагенеза — это циклобутановые пиримидиновые димеры, основания которых находятся в редких таутомерных формах. Зна- чит, нам необходимо понять, почему при образовании одних димеров происходит изменение таутомерных состояний входящих в них оснований ДНК, а при образовании других, точно таких же, таутомерные состояния входящих в них оснований не изменяются. Особенности тепловой релаксации энергии возбуждения. Попытаемся с позиций нашей полимеразно-таутомерной модели ультрафиолетового мутагенеза объяснить некото- рые особенности образования горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза. Для этого рассмотрим, что происходит при поглощении молекулой ДНК ультрафиолетово- го кванта энергии. Энергия возбуждения, как правило, локализуется на одном из основа- ний, что приводит к возбуждению электронно-колебательных состояний [11]. Эта энергия может перейти в тепло или излучиться на данном основании, а может перейти на соседние основания с синглетного уровня на синглетный или с триплетного уровня на триплетный, высветив разность энергии [11]. Для того чтобы изучить судьбу этого возбужденного сос- тояния, нам необходимо знать соотношение между энергиями синглетного и триплетного уровней энергии различных оснований ДНК. Они приведены на рис. 1 [12]. Синглетный (разрешенный) уровень энергии имеет время жизни порядка 10−12 с. Для него наиболее вероятным процессом является излучение энергии. Ясно, что никаких изме- 182 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №10 нений структуры ДНК при этом произойти не может. Время жизни триплетного (запрещен- ного) уровня энергии порядка 10−6 с. Для него наиболее вероятным процессом будет превра- щение энергии возбуждения в энергию колебаний соседних атомов [13]. Происходящие при этом сильные вынужденные колебания являются первым этапом образования пиримидино- вых циклобутановых димеров и изменения таутомерного состояния входящих в них основа- ний. Тепловая релаксация возбуждения с триплетного уровня энергии является основной причиной повреждений молекулы ДНК при облучении ее ультрафиолетовым светом [5–10]. Была высказана идея, что причиной образования горячих и холодных пятен ультрафиоле- тового мутагенеза являются особенности процессов распространения энергии возбуждения по молекуле ДНК [14]. Посмотрим, почему некоторые циклобутановые пиримидиновые ди- меры часто приводят к мутациям, а другие, точно такие же, очень редко или никогда. Почему циклобутановый димер C150T151 в supF [1] является холодным пят- ном ультрафиолетового мутагенеза? Рассмотрим нить участка ДНК, кодирующей су- прессорную транспортную РНК supF [1]. На нем было обнаружено сильное горячее пятно — циклобутановый димер C156T157, который генерировал 11% всех мутаций на изучавшемся участке ДНК (№№ 100–180) и вызвал 14 транзиций G-C → A-T. В то же время точно та- кой же циклобутановый димер C150T151 не дал ни одной мутации. Этот сайт был назван холодным пятном ультрафиолетового мутагенеза [1]. Предмутагенные изменения структуры ДНК происходят в процессе тепловой релакса- ции возбуждения с синглетного или триплетного уровня энергии одного из оснований [5, 7]. Поэтому рассмотрим уровни энергии данного основания и соседних оснований. Возбужде- ние после поглощения энергии ультрафиолетового кванта всегда находится на синглетном уровне энергии. С некоторой, отличной от нуля вероятностью, энергия возбуждения с син- глетного уровня может перейти на триплетный, высветив разность энергии (запрещенный переход). Это основной механизм заселения триплетного уровня. Кроме того, возможна передача энергии с синглетного (триплетного) уровня данного основания на синглетные (триплетные) уровни соседних оснований, если они имеют более низкий уровень энергии. При этом излучается разность энергии. Такие переходы являются разрешенными, а пере- ходы с синглетного уровня на триплетные являются запрещенными переходами, поэтому в данном расчете мы должны ими пренебречь. Цитозин C150 и тимин T151 образуют цис-син циклобутановый пиримидиновый димер, который на участке ДНК, представленном на рис. 2, является холодным пятном ультрафи- олетового мутагенеза. Посмотрим, какая энергия возбуждения может передаться на син- глетный уровень цитозина C150. Обозначим через EC C энергию нижнего синглетного уровня цитозина. Пусть цитозин C150 поглотил энергию ультрафиолетового кванта. Тогда энергия его нижнего синглетного уровня составит EC C . Пусть гуанин G149 поглотил энергию уль- трафиолетового кванта. Если эта энергия возбуждения не излучится, то она передастся на синглетный уровень цитозина C150, высветив разность энергии. Пусть аденин A148 поглотил энергию ультрафиолетового кванта. Эта энергия возбужде- ния может передаться на синглетный уровень цитозина C150 с вероятностью 1/2, высветив разность энергии. И с вероятностью 1/2 она передастся на синглетный уровень тимина T147, высветив разность энергии. Пусть тимин T151 поглотил энергию ультрафиолетово- го кванта. Эта энергия возбуждения может передаться на синглетный уровень цитозина C150, высветив разность энергии. Пусть гуанин G152 поглотил энергию ультрафиолетового кванта. Эта энергия возбуждения может передаться на синглетный уровень гуанина C150, высветив разность энергии. ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №10 183 Рис. 2. Диаграмма, описывающая распространение энергии возбуждения по участку ДНК supF гена. По оси абсцисс отложены основания и их номера, а по оси ординат — их триплетные и синглетные уровни энергии Пусть аденин A153 поглотил энергию ультрафиолетового кванта. Эта энергия возбуж- дения может передаться на синглетный уровень цитозина C150 с вероятностью 1/2. И с вероятностью 1/2 она передастся на синглетный уровень гуанина G155. Пусть аденин A154 поглотил энергию ультрафиолетового кванта. Эта энергия возбуждения может передаться на синглетный уровень цитозина C150 с вероятностью 1/2. И с вероятностью 1/2 она пере- дастся на синглетный уровень гуанина G155. Обозначим через W (CC 150) количество энергии, которое может передаться на синглетный уровень цитозина C150, тогда W(CC 150) = EC C [ 1(C150)+ 1(G149)+ 1 2 (A148)+ 1(T151)+ 1(G152)+ 1 2 (A153)+ 1 2 (A154) ] = = 5,5EC C . В скобках указаны основания ДНК, с которых передается соответствующая энергия возбуждения. Таким образом, на синглетный уровень цитозина C150 может передаться, энергия, равная 5,5EC C . Эта энергия может передаться на триплетный уровень цитози- на C150 (обозначим его энергию как EC T ) и передаться на триплетный уровень тимина T151 с вероятностью 1/2. На триплетный уровень тимина T151 передастся энергия, рав- ная 2,75ET T . В результате образования эксимера и тепловой релаксации энергии возбужде- ния может образоваться циклобутановый димер C150T151. Этот димер является холодным пятном ультрафиолетового мутагенеза. Для того чтобы оценить значение полученных чисел, мы должны сравнить их с теми же показателями, полученными по той же методике для горячего пятна точно такого же цис- син циклобутанового димера CT. Почему циклобутановый димер C156T157 на участке ДНК, кодирующем supF [1], является горячем пятном ультрафиолетового мутагенеза? Попробуем понять, почему циклобутановый димер C156T157 мог привести к образованию 14-ти транс- версий. Чем он отличается от немутагенного циклобутанового димера C150T151? Посмотрим, какая возможная энергия возбуждения может передаться на синглетный уровень цитозина C156. Используя предыдущую методику, получим, что на синглетный уровень цитозина C156 184 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №10 может передаться энергия, равная 4EC C . Эта энергия может передаться на триплетный уро- вень цитозина C156, высветив разность энергии. Энергия, равная энергии триплетного уров- ня цитозина, может передаться на триплетный уровень тимина T157 с вероятностью 1/2, высветив разность энергии. На триплетный уровень тимина T157 может передаться энергия, равная 2ET T , где через ET T обозначена энергия триплетного уровня тимина. Горячим пятном ультрафиолетового мутагенеза является димер C156T157. Поэтому важ- но узнать, какая энергия может передаваться на основания C156 и T157. Посмотрим, какая возможная энергия возбуждения может передаться на триплетный уровень тимина T157 кроме той энергии, которая может передаться на него с цитозина C156. Можно показать, что энергию, которая может передаться на триплетный уровень тимина T157, надо дополнить величиной, равной 2ET T . В результате образования эксимера и тепловой релаксации энергии возбуждения может образоваться циклобутановый димер C156T157. На него, как показывает наша оценка, может передаться энергия возбуждения, равная 4,0 ET T . А на холодное пятно димер C150T151 может передаться энергия возбуждения, равная 2,75 ET T . Как видим, на участок ДНК C156T157 может передаться больше энергии, чем на участок ДНК C150T151. Часть энергии пойдет на образование циклобутанового димера, а добавочная энергия может привести к изменениям таутомерных состояний цитозина C156, что может привести к мутациям. Поэтому участок ДНК C156T157 и является горячим пятном ультрафиолетового мутагенеза. Поскольку это вероятностные процессы, посмотрим, какая максимальная суммарная энергия может передаться на основания C150 и T151. Видно, что на цитозин C150 и тимин T151 может передаваться энергия с семи оснований, а на цитозин C156 и тимин T157 — с деся- ти оснований. Мы видим, что хотя и холодное, и горячее пятна — это участки ДНК цитозин и тимин (CT), но при образовании циклобутанового димера C156T157 на входящие в него основания может передаваться гораздо больше энергии, чем на основания, входящие в сос- тав циклобутанового димера C150T151. А поскольку остальные, описанные выше, свойства у них одинаковые, то именно это обстоятельство и объясняет “эффект соседа”, т. е. влияние соседних оснований на вероятность мутирования данного основания. Точно так же можно показать, почему циклобутановые пиримидиновые димеры C164T165, и C159C160 являются горячими пятнами ультрафиолетового мутагенеза. Результаты приведены в табл. 1. Чаще всего ошибочные основания встраиваются напротив цитозина, а не тимина, хотя горячие пятна УФ-мутагенеза обычно совпадают с циклобутановыми димерами, содержа- щими и тимин, и цитозин [1, 2]. Было показано, что основной причиной предмутагенных изменений в ДНК является способность оснований ДНК изменять свое таутомерное состоя- Таблица 1. Горячие и холодные пятна ультрафиолетового мутагенеза, образующиеся на нити участка ДНК, кодирующей супрессорную транспортную РНК supF [1] (энергия дается в величинах энергии триплетного уровня тимина E T T или в величинах энергии синглетного уровня цитозина E C C ) Участок ДНК (цикло- бутановый димер) Пятно Энергия, которая может передаваться на данный сайт ДНК Количество оснований, с которых энергия может передаваться на данный сайт ДНК Количество мутаций, образующихся на данном сайте C150T151 холодное 2,75 E T T 7 0 C156T157 горячее 4,0 E T T 10 14 C164T165 горячее 3,625 E T T 6 8 C159 C160 горячее 4 E C C 9 8 ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №10 185 ние [5–10]. Известно, что в парах G-C гораздо легче происходит изменение таутомерного состояния, чем в парах A-T [15]. Кроме того, анализ различных предмутагенных тауто- мерных состояний для пар A-T и G-C показывает, что в парах G-C существенно больший процент возможных новых таутомерных состояний приводит к мутациям замены основа- ний, чем в парах A-T [6, 8, 10]. Таким образом, анализ горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза по- казал, что горячими пятнами ультрафиолетового мутагенеза являются те цис-син цикло- бутановые цитозин-тимин, тимин-цитозин или цитозин-цитозиновые димеры, на которые передается больше энергии, чем на такие же цис-син циклобутановые димеры цитозин-ти- мин, тимин-цитозин или цитозин-цитозин. Причиной этого являются соотношение сингле- тных и триплетных уровней различных оснований и процессы распространения энергии по молекуле ДНК. Добавочная энергия может вызывать изменения таутомерных состоя- ний в основаниях ДНК, входящих в цис-син циклобутановые димеры, что, в свою очередь, может быть источником мутаций. 1. Parris C.N., Levy D.D., Jessee J., Seidman M.M. Proximal and distal effects of sequence context on ultraviolet mutational hotspots in a shuttle vector replicated in xeroderma cells // J. Mol. Biol. – 1994. – 236. – P. 491–502. 2. Canella K.A., Seidman M.M. Mutation spectra in supF: approaches to elucidating sequence context effects // Mutat. Res. – 2000. – 450. – P. 61–73. 3. Tang M., Shen X., Frank E.G., O’Donnell M., Woodgate R., Goodman M.F. UmuD’(2)C is an error-prone DNA polymerase. Escherichia coli pol V // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1999. – 96. – P. 8919–8924. 4. Tang M., Pham P., Shen X., Taylor J.-S., O’Donnell M., Woodgate R., Goodman M. Roles of Escherichia coli DNA polymerase IV and V in lesion-targeted and untargeted SOS mutagenesis // Nature. – 2000. – 404. – P. 1014–1018. 5. Гребнева Е.А. Механизмы образования потенциальных мутаций при формировании цитозиновых ди- меров в результате облучения двухцепочечной ДНК ультрафиолетовым светом // Доп. НАН Украї- ни. – 2001. – № 7. – С. 165–169. 6. Гребнева Е.А. Мишенный мутагенез, вызванный цитозиновыми димерами и механизм образования мутаций замены оснований при SOS-репликации после облучения двухцепочечной ДНК ультрафио- летовым светом // Докл. НАН Украины. – 2001. – № 8. – С. 183–189. 7. Гребнева Е.А. Природа и возможные механизмы образования потенциальных мутаций, возникаю- щих при появлении тиминовых димеров после облучения двухцепочечной ДНК ультрафиолетовым светом // Биополимеры и клетка. – 2002. – 18, № 1. – С. 205–218. 8. Гребнева Е.А. Молекулярные механизмы образования мутаций замены оснований при постреплика- тивной SOS-репарации двухцепочечной ДНК, содержащей тиминовые димеры // Там же. – 2001. – 17, № 6. – С. 487–500. 9. Grebneva H.A. Nature and possible mechanisms formation of potential mutations arising at emerging of thymine dimers after irradiation of double-stranded DNA by ultraviolet light // J. Mol. Struct. – 2003. – 645. – P. 133–143. 10. Grebneva H.A. One of mechanisms of targeted substitution mutations formation at SOS -replication of double-stranded DNA containing cis-syn cyclobutane thymine dimers // Environ. Mol. Mutagen. – 2006. – 47. – P. 733–745. 11. Векшин Н.Л. Перенос возбуждения в макромолекулах: критическое рассмотрение вопроса. – Москва: ВИНИТИ, 2007. – 174 с. 12. Lamola A.A., Gamane T. Sensitized photodimerization of thymine in DNA // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1967. – 58, No 2. – P. 443–446. 13. Бартлроп Дж., Койл Дж. Возбужденные состояния в органической химии. – Москва: Мир, 1978. – 446 с. 14. Гребнева Е.А. Модель механизма образования горячих и холодных пятен ультрафиолетовых ми- шенных мутаций: Материалы V Междунар. науч. конф. “Физико-химические основы формирования и модификации микро- и наноструктур”, 12–14 окт. 2011 г. – Харьков: Науч. физ.-технол. центр МОНМС та НАН Украины, 2011. – С. 333–337. 186 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №10 15. Novak M. J., Lapinski L., Kwiatkowski J. S., Leszczynski J. Molecular structure and infrared spectra of the DNA bases and their derivatives: theory and experiment // Computational chemistry: reviews of current trends / J. Leszczynski (Ed). – River Edge, NJ: World Scientific, 1997. – 2. – P. 140–182. Поступило в редакцию 26.03.2012Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины О.А. Гребнева Природа i механiзми формування гарячих i холодних плям ультрафiолетового мутагенезу На сьогоднi немає пояснення природи та механiзмiв утворення гарячих i холодних плям мi- шенних мутацiй, що утворюються пiсля опромiнювання молекули ДНК ультрафiолетовим промiнням. Розроблюється полiмеразно-таутомерна модель ультрафiолетового мутагене- зу. Запропоновано модель механiзму утворення таких гарячих i холодних плям ультрафiо- летового мутагенезу, що утворюються навпроти цис-син циклобутанових пиримидинових димерiв. Показано, що гарячими плямами ультрафiолетового мутагенезу є такi цис-син циклобутановi цитозин-тимин, тимин-цитозиновi i цитозин-цитозиновi димери, на якi переходить бiльше енергiї, нiж на такi цис-син циклобутановi цитозин-тимин, тимин-ци- тозиновi i цитозин-цитозиновi димери, якi є холодними плямами ультрафiолетового му- тагенезу. Причиною утворення гарячих i холодних плям ультрафiолетового мутагенезу є спiввiдношення мiж синглетними i триплетними рiвнями основ ДНК та процеси поши- рення енергiї в молекулi ДНК. Додаткова енергiя може призвести до змiни таутомерних станiв в основах ДНК, таких, якi є частиною цис-син циклобутанових пиримидинових ди- мерiв. Це може викликати мiшеннi мутацiї. H.A. Grebneva Nature and mechanisms of formation of hot and cold spots of ultraviolet mutagenesis The nature of hot and cold spots of ultraviolet mutagenesis has not been yet explained satisfactorily. A polymerase — tautomer model of ultraviolet mutagenesis is developed, and a model of formation of hot and cold spots of ultraviolet mutagenesis is proposed. It is shown that the hot spots of ultraviolet mutagenesis are those cis-syn cyclobutane cytosine-thymine and thymine-cytosine dimers, on which a more energy is transferred than that on such cis-syn cyclobutane cytosine-thymine and thymine- cytosine dimers that are cold spots of ultraviolet mutagenesis. The causes for the formation of hot and cold spots of ultraviolet mutagenesis are the correlation between singlet and triplet energy levels of the DNA bases and the energy transfer in DNA molecules. The extra energy can result in the tautomer change of DNA bases that are a part of the cis-syn cyclobutane pyrimidine dimers. This can be a source of targeted mutations. ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №10 187

Природа и механизмы образования горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза

Institution

Ähnliche Einträge