- •Федеральное «агенство по здравоохранению и социальному развитию»
- •Введение
- •Роль нуклеиновых кислот как носителей генетической информации
- •Структура нуклеиновых кислот
- •Репликация днк Полуконсервативный механизм репликации
- •Ферменты репликации
- •Этапы репликации
- •Молекулярная структура генетического материала эукариот Количественные особенности генома эукариот
- •Нуклеотидные последовательности в геноме эукариот
- •Гетерогенность днк эукариот по нуклеотидному составу
- •Число молекул днк в хромосомах эукариот
- •Хроматин и компактизация хромосом
- •Особенности репликации эукариотических хромосом
- •Транскрипция днк
- •Этапы транскрипции
- •Сплайсинг про – иРнк у эукариот
- •Генетический код
- •Трансляция иРнк
- •Особенности и различия про- и эукариотических иРнк
- •Регуляция действия генов
- •Индукция и репрессия генов
- •Модель оперона
- •Лактозный оперон e.Coli
- •Гистидиновый оперон s. Tuphimurium
- •Триптофановый оперон e .Coli
- •Переключение генетической активности во время фаговой инфекции
- •Особенности генетической регуляции у высших эукариот
- •Виды изменчивости
- •Модификационная изменчивость
- •Мутационный процесс
- •Типы мутаций
- •Геномные мутации
- •Структурные мутации хромосом
- •Генные мутации
- •Молекулярный механизм генных мутаций
- •Мутации со сдвигом рамки
- •Обратные мутации и супрессоры
- •Индуцированный мутагенез
- •Мутагенное действие ионизирующих излучений
- •Мутагенное действие ультрафиолетовых лучей
- •Мутагенное действие химических соединений
- •Мутагены, действующие на покоящуюся и реплицирующуюся днк
- •Мутагены, действующие на реплицирующуюся днк
- •Специфичность и направленность индуцированного мутагенеза
- •Мутагенез и репарация днк
- •Дорепликативная репарация
- •Фотореактивация
- •Темновая эксцизионная репарация
- •Пострепликативная репарация (прр)
- •Индуцируемая репарация
- •Спонтанный мутагенез
- •Связь спонтанного мутагенеза с репликацией, репарацией и рекомбинацией днк
- •Гены мутаторы и антимутаторы
- •Мигрирующие генетические элементы (мгэ) и их роль в возникновении спонтанных мутаций. Мутабильные гены.
- •Роль других факторов эндогенного происхождения в спонтанном мутагенезе
- •Проблема специфичности и направленности применительно к спонтанному мутагенезу. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости
- •Прикладное значение мутаций
- •Вопросы для контроля знаний
Мутагенез и репарация днк
Различают три основные возможности формирования предмутационных повреждений ДНК и возникновения мутаций. Во-первых, мутаген может включиться в ДНК вместо нормального основания. Так, 2-аминопурин, являющийся аналогом аденина, встраиваясь в ДНК, спаривается с тимином либо цитозином, что приводит к возникновению транзиций типа АТГЦ и ГЦАТ. Во-вторых, мутаген может сам не встраиваться в ДНК, но так модифицировать основания, что в ходе последующей репликации произойдет их ошибочное спаривание. Примеры мутагенов с подобной активностью - гидроксиламин, модифицирующий цитозин, и азотистая кислота, дезаминирующая аденин и цитозин, превращающиеся соответственно в гипоксантин и урацил. Близкий механизм мутагенного действия имеют и алкилирующие агенты - этилметансульфонат и нитрозогуанидин. Основное предмутационное повреждение, вызываемое этими мутагенами,- модификация гуанина с образованием О6-алкилгуанина. При отсутствии репарации последний обусловливает ошибочное спаривание с тимином, в результате которого возникают транзиции ГЦАТ. В-третьих, мутаген может повредить одно или несколько оснований, затрудняя или делая невозможным их спаривание с обычными основаниями. Примеры таких повреждений - димеры тимина и другие УФ-фотопродукты, подавляющие нормальную репликацию ДНК, для восстановления которой требуется индукция особого типа репарации ДНК, называемой SOS-репарацией. Именно этот тип репарации наиболее тесно связан с возникновением мутаций.
Большинство индуцированных физическими и химическими факторами повреждений ДНК, потенциально являющихся источниками мутаций, исправляются с помощью нескольких механизмов репарации, направленных на восстановление целостности структуры ДНК и тем самым на сохранение стабильности генетического материала в ряду поколений.
Все известные в настоящее время способы репарации ДНК обеспечиваются конститутивными, т.е. постоянно действующими, либо индуцированными ферментами, удаляющими повреждения, возникшие в одной из цепей ДНК. При этом некоторые способы могут не вполне точно восстанавливать исходную последовательность оснований в ДНК, вследствие чего возникают мутации.
Наиболее подробно исследована репарация ДНК в УФ-облученных клетках, поэтому большинство рассматриваемых ниже факторов относятся к репарации повреждений, индуцированных УФ-лучами.
Возможность репарации ДНК была обнаружена в 1949 г., когда три автора - А. Кельнер, Р. Дюльбекко и И.Ф. Ковалев независимо установили, что освещение видимым светом (с длиной волны свыше 400 нм) актиномицетов, бактериофага и парамеций восстанавливает их жизнеспособность после УФ-облучения в летальных дозах. Это явление названо фотореактивацией. В 1964 г. Р. Сетлоу и У. Керриер, Р. Бойс и П. Говард-Фландерс также независимо друг от друга обнаружили процесс темновой репарации ДНК, т.е. возможность удаления летальных УФ-повреждений в отсутствие обработки клеток после УФ-облучения видимым светом. Феномен обратимости повреждений, вызванных ионизирующим облучением, в клетках дрожжей и растений, впервые обнаружили в конце 50-х годов В.И. Корогодин и Н.В. Лучник. Основные механизмы репарации ДНК и ферменты, обеспечивающие этот процесс, были раскрыты к концу 70-х годов. В это же время исследования репарации ДНК стали широко проводиться на млекопитающих, хотя основным объектом для выяснения ее механизмов остаются микроорганизмы. Применение в самое последнее время различных методов работы с рекомбинантными ДНК и техники определения нуклеотидных последовательностей (секвенирования) ДНК существенно расширили возможности изучения молекулярных механизмов ее репарации. У E. coli, а затем и у дрожжей Sacharomyces cerevisiae, были клонированы и секвенированы многие гены, отвечающие за репарацию ДНК. У E. coli идентифицировано свыше 50 таких генов. Большинство генов, вовлеченных в репарацию ДНК у E. coli, обнаружены и у другой энтеробактерии - Salmonella typhimurium. У S. cerevisiae описано несколько десятков мутаций в генах, контролирующих чувствительность клеток к излучениям и химическим мутагенам.
Различают три основных типа репарации ДНК. Первый - дорепликативная репарация, называемая также внерепликативной, включает фотореактивацию и различные формы темновой эксцизионной репарации, направленной на вырезание (эксцизию) участков ДНК, несущих повреждения. Второй - пострепликативная, или внутрирепликативная, репарация - осуществляется с помощью механизмов, участвующих в процессах рекомбинации и репликации ДНК, и обеспечивает восстановление интактности ДНК, содержащей небольшое число повреждений, не удаленных в ходе репарации первого типа. Оба типа репарации ДНК устраняют основную часть предмутационных повреждений. Напротив, третий тип - индуцируемая репарация ДНК, зависимая у бактерий от функционирования генов recA и lexA, - является основным источником ошибок, приводящих к возникновению мутаций. Этот тип репарации относят к группе так называемых SOS-ответов клетки, индуцируемых повреждениями ее ДНК. Существование различных форм репарации повреждений ДНК доказано в отношении как про-, так и эукариот, однако наиболее детально эти процессы изучены у E. coli.