Акридиновый красители, такие как профлавин и

акридиновый оранжевый,

примерно таких же размеров, как и пары азотистых оснований и интеркалируются или вклиниваются между пуринами и пиримидинами интактной ДНК.

Интеркаляция вводит искажения в спираль ДНК и вызывает делеции и вставки, которые создают мутации сдвига рамки.

Апуриновые сайты и дезаминирование

Следующий тип мутаций – спонтанная потеря одного или нескольких оснований в двойной спирали ДНК. Наиболее часто такие делеции затрагивают гуанин и аденин и обусловлены разрывом гликозидной связи. Оказалось, что в ДНК культивируемых клеток млекопитающих такие апуриновые (иногда апиримидиновые) сайты или АП-сайты возникают с большой частотой (тысячи за сутки).

Отсутствие азотистого основания в АП-сайте приводит к изменению генетического кода, а также к ошибкам репликации, транскрипции и трансляции, однако большинство таких мутаций устраняется в ходе репарации ДНК.

Причиной некоторых мутаций может стать дезаминирование, т.е. превращение аминогруппы в кето-.

При этом цитозин превращается в урацил, аденин – в гипоксантин, что приводит к ошибкам репликации. Цитозин, обычно спаривающийся с гуанином, превращаясь в урацил, спаривается с аденином, и происходит конверсия Г-Ц в АУ, а после репликации в А-Т. При дезаминировании аденина пара А-Т превращается в Г-Ц, поскольку гипоксантин комплементарно связывается с цитозином.

В качестве дезаминирующего агента можно использовать азотистую кислоту.

Химические мутагены, такие как азотистая кислота (HNO2) может привести к

дезаминированию нуклеотидов : конверсия аминогруппы в кетогруппу.

Таким образом, при мутации транзиции: цитозин и аденин преобразуются в урацил (образующий пару оснований с аденином) и гипоксантин (спаривающийся с цитозином), соответственно.

Ультрафиолет и жесткая радиация

Более длинные волны электромагнитного спектра, включая видимую часть спектра, обладают меньшей энергией воздействия на живые организмы. Чем короче длина волны, тем жестче разрушительное действие излучения на клетки. К 1960 г.

накопилось много фактов, подтверждающих мутагенный эффект УФ in vitro.

Под действием УФ в молекуле ДНК образуются пиримидиновые димеры – обычно между остатками Т. Реже между Ц или Т и Ц.

Димеры нарушают спиральную конформацию и ингибируют нормальную репликацию ДНК, что приводит к появлению ошибок репликации. Интенсивное УФ излучение летально для микроорганизмов.

Воздействие УФ-излучения может привести к созданию димеров тимина в ДНК. Димеры искажают конформацию ДНК и приводят к более высокому проценту ошибок при репликации ДНК.

Если ошибки не исправлены, они могут привести к развитию опухолей.

Ионизирующая радиация

Рентгеновские и гамма-лучи, а также космическое излучение обладает большей энергией, чем УФ. Мутагенное действие ионизирующей радиации было открыто в 20-е годы Г. Меллером и Л. Стадлером.

Проникновение Х-лучей вызывает появление нестабильных свободных радикалов и ионов, которые прямо или косвенно затрагивают азотистые основания в ДНК и вызывают точечные мутации. Ионизирующая радиация вызывает также разрыв фосфодиэфирных связей, приводящих к появлению различных хромосомных перестроек

Существует линейная зависимость между дозой облучения и частотой

мутаций. Оказалось, что мутагенный эффект у некоторых организмов, например, дрозофилы не зависит от интенсивности дозы. Разовое

облучение дозой 100 рентген оказывает примерно тот же эффект что и суммарное облучение этой дозой за несколько экспозиций. У млекопитающих такого нет, видимо из-за особенностей репарации повреждений ДНК, которая может происходить в интервалах между облучениями

Коротковолновая радиация, такая как Х-лучи, называется ионизирующей радиацией.

Она проникают глубоко в ткани, вызывая ионизацию (потерю электронов) молекул, которые становятся реактивными свободными радикалами, что может привести к физическому повреждению ДНК.

Было показано что воздействие ионизирующего излучения непосредственно связано с индуцированием мутаций.

Определенные стадии клеточного цикла оказались более чувствительными к радиации. Рентгеновские лучи могут вызывать разрывы ДНК и хромосом, что приводит к появлению концевых и

внутренних делеций. В митозе во время максимальной спирализации хромосом воздействие Х-лучей максимально. Поэтому облучение используется при лечении опухолей – раковые клетки делятся активнее нормальных и более чувствительны к ионизирующей радиации.

Выявление мутагенности: тест Эймса

Необходимо исследовать возможное мутагенное действие различных веществ. Е. Эймс разработал тест на мутагенность.

Используется несколько штаммов бактерии сальмонеллы, чувствительных к определенным мутациям. Один из штаммов позволяет обнаружить замены оснований, три другие – мутации сдвига рамки. Ни один из мутантных штаммов не синтезирует гистидин, поэтому для их роста его добавляют в среду. Оценивают частоту обратных мутаций – реверсий к дикому типу по сравнению с частотой спонтанных мутаций в контроле.

Многие мутагены относительно безопасны, пока не будут химически активированы в клетках печени, поэтому в тесте Эймса предусмотрена предварительная инкубация с экстрактом клеток печени.

Тест Эймса используется для предварительного отбора потенциальных канцерогенов из числа новых препаратов фармакологической и химической промышленности.