У млекопитающих частота аберраций хромосом повышается при стрессовых воздействиях. Частота мутаций в растительных и животных организмах увеличивается под действием гормональных сдвигов. Данный мутагенез, по-видимому, следует интерпретировать на основе резких изменений физиологических процессов, сопровождающихся изменениями синтезов ДНК и белков, работы ДНКаз, полимераз (Митрофанов, 1994).

1.2. Цитогенетические эффекты воздействия физических мутагенов

1.2.1 Ионизирующие лучи

Радиация высоких энергий способна разрушить любую связь в органических молекулах, что определяет многосторонность ее действия. Уникальность и важность молекул ДНК и хромосом является важнейшим моментом, который определяет последствия поражения этих структур. Эффект ионизирующих лучей на клетки возникает вследствие адсорбции энергии внутри или вблизи молекулы ДНК.

Появляющиеся изменения в ДНК разнообразны: радиолиз пуринов может сопровождаться размыканием их кольцевых структур, дезаминирование цитозина,

аденина, гуанина, окисление спиртовой группы в дезоксирибозе, разрыв водородных связей в отдельных участках ДНК, денатурация таких участков и др.

Обобщенно нарушения ДНК сводят к следующим важнейшим типам: разрывы цепей ДНК (после облучения в дозах 1-1,5 Гр, клетка получает 1000 однонитевых

(ОНР) и 50 двунитевых разрывов ДНК), повреждения оснований (которых возникает в

2 раза больше, чем однонитевых разрывов), сшивки ДНК-ДНК (продольные сшивки между основаниями и поперечные – между двумя цепями в двойной спирали) и сшивки ДНК-белок. Биологические эффекты от появления сшивок невелики, а возникают они реже, чем двунитевые разрывы ДНК (сшивки ДНК-ДНК возникают реже, чем ДНК-

белок). Радиация индуцирует также нарушения вторичной, третичной и четвертичной структуры ДНК.

16

К аберрациям хромосом и летальным событиям, по-видимому, приводят длительно нерепарированные ОНР и ДНР. Огромное большинство их, особенно ОНР,

репарируется очень быстро. Оставшиеся разрывы считаются нерепарабельными.

Не все летальные события связаны с ДНР ДНК. Некоторый вклад вносят ОНР

(нерепарируемые). Повреждения оснований приводят к точковым мутациям и мало влияют на выживаемость клеток (Митрофанов, 1994).

1.2.2 Ультрафиолетовые лучи

При решении ряда вопросов механизмов мутаций большую роль сыграли работы с УФ облучением. В отличие от γ и рентгеновских, УФ лучи не обладают энергией,

достаточной для ионизации атомов. Они поглощаются входящими в состав ДНК пуринами и пиримидинами, переводя их в возбужденное состояние, вследствие чего возникают некоторые химические изменения: пиримидиновые димеры (ПД),

моноаддукты, сшивки. Первыми из них были описаны ПД. Они ликвидируются с помощью приема фотореактивации, что позволило создать предпосылки исследования дальнейших превращений первичных повреждений в клетке. ПД – пример первичного повреждения ДНК, которое может претерпеть ряд превращений, вследствие чего или полностью восстанавливается нормальная структура ДНК, или возникают аберрации хромосом и внутригенные изменения. Последние появляются вследвствии ошибок репликации ДНК, несущей димеры. Вырезание ПД в ходе репликации также может привести к ошибкам. Из ПД не репарируется одно повреждение из 100-1000. Наличие ПД в ДНК и определяет формирование аберраций хромосом.

Как уже отмечалось, УФ облучение индуцирует моноаддукты, сшивки. Если ПД увеличивает частоту рекомбинаций фага лямбда только после прохождения через них синтеза ДНК, когда против димера образуется пробел в дочерней цепи, то нефотореактивируемые изменения увеличивают рекомбинацию и в отсутствие репликации ДНК.

Аберрации хромосом возникают непосредственно не вследствие присутствия в ДНК первичного повреждения в виде димера. В клетках, облученных в постсинтетической фазе G2 и несущих димеры, аберрации не образуется. Они возникают на основе вторичных повреждений – пробелов в ДНК, которые образуются против димеров в процессе репликации. Поэтому аберрации появляются в клетках,

облученных в фазах S и G1 (Митрофанов, 1994).

17