53.Механизмы спонтанного мутагенеза, гены мутаторы и антимутаторы. Понятие о мутагенных индуцибельных путях репарации; уф-мутагенез.

Спонтанные мутации – мутации, возникающие при нормальных условиях жизни. Спонтанный процесс зависит от внутренних и внешних факторов, у челов они возникают в соматических и генеративных тканях. Метод учета спонтанных доминантных мутаций основана том, что в редких случаях у 1 из детей появится доминантный признак, отсутствующий у обоих родит. Это должно свидетельствовать о возникновении спонтанной мутации. Частоту возникновения в генеративных тканях чел спонтанных рецессивных мут рассчитал Холдейн (эта величина равна от 1*10-5 до 5*10-5 за поколение). Курт Браун предложил пряиой метод оценки спонтанных генных, хромосомных и геномных мут. Он основан на изучении популяционной выборки новорожденных, частота мут рассчитывается m=число спонтанных случаев проявления данной аномалии / 2*число обследованных инвалидов.

Средняя частота спонтанного возникновения мутаций в структурных локусах человека колеблется в пределах от  10-5 до 10- 6 на одну гамету за каждое поколение. Эта величина значительно варьирует для разных генов, меняясь в пределах от 10-4 для высокомутабильных локусов до  10-11 в наиболее устойчивых частях генома. Эти различия зависят от многих факторов и, в первую очередь, от характера мутационного повреждения, от механизма возникновения мутации и локализации нарушения. Большое значение имеет сам ген, протяженность его кодирующих областей и те функции, которые выполняют контролируемые им молекулы в обеспечении жизнедеятельности клеток и всего организма в целом. Так, например, нарушение работы генов, продукция которых необходима на ранних стадиях эмбриогенеза, может приводить к гибели плода. Такие мутации трудны для диагностики, и в практической медицине мы чаще всего имеем дело только с теми мутациями, которые не проявляют летального эффекта на ранних стадиях эмбрионального развития. Однако не исключено, что ранние эмбриональные летали составляют немалый процент среди мутантных аллелей различных генов и вносят определенный вклад в снижение репродуктивной функции.

Особого внимания заслуживает проблема мутирования в STR- сайтах и в VNTR-локусах , часто используемых для геномной дактилоскопии и молекулярной диагностики. Эти участки генома, изменчивость в которых обусловлена различиями в числе тандемных повторов, формально можно отнести к разряду высокомутабильных. Прямое сопоставление темпов мутирования в кодирующих областях генома и в мини- и микросателлитных последовательностях ДНК, по- видимому, некорректно, так как физическая основа изменчивости, наблюдаемой в этих функционально и структурно различающихся локусах, совершенно различна.

К генам-мутаторам относятся многие гены системы репарации ДНК и гены, кодирующие ферменты матричного синтеза нуклеиновых кислот. Описаны мутационные замены отдельных аминокислотных остатков в ДНК-полимеразах , которые понижают специфичность выбора дезоксирибонуклеозидтрифосфатов из внутриклеточного пула в соответствии с последовательностью матричной ДНК, что приводит к повышению частоты включения некомплементарных матрице нуклеотидов в строящиеся цепи ДНК. Сам процесс включения некомплементарных матрице нуклеотидов является лишь одной из стадий, критических для контроля точности репликации ДНК. Благодаря наличию у ДНК-полимераз корректирующей 3'-5'-экзонуклеазной активности ошибочно включенные некомплементарные матрице нуклеотиды удаляются из строящейся цепи ДНК, что защищает ее от точковых мутаций, возникающих по такому механизму.

Мутации, нарушающие функционирование корректирующей экзонуклеазной активности, приводят к возникновению мутаторного фенотипа, также как и нарушения функционирования систем рекомбинации, транскрипции, систем контроля структуры хроматина, ферментных систем, контролирующих сегрегацию хромосом и число копий индивидуальных генов, и систем, участвующих в синтезе эндогенных мутагенов. Нарушения функционирования и координации экспрессии генов метаболизма нуклеотидов также приводят к мутаторному фенотипу .

Ген-антимутатор (antimutator (gene)) - Ген, противоположный по действию гену-мутатору, т.е. ген, обусловливающий снижение частоты мутирования; мутаторное либо антимутаторное действие может оказываться аллелями одного и того же гена (например, ген 43 фага Т4).

Репарация в радиобиологии, восстановление биологических объектов от повреждений, вызываемых ионизирующими излучениями. Р. осуществляется специальными ферментами и зависит от генетических особенностей и физиологического состояния облученных клеток и организмов. Изучение генетического контроля и молекулярных механизмов Р. клеток, поврежденных ультрафиолетовыми лучами и ионизирующими излучениями, привело к открытию Р. генетической (см. выше).

  У одноклеточных организмов и клеток растений и животных Р. приводит к повышению выживаемости, уменьшению количества хромосомных перестроек (аберраций) и генных мутаций. Р. способствуют: временная задержка первого после облучения деления клеток, некоторые условия их культивирования и фракционирование облучения. Так, при выдерживании дрожжевых клеток, облученных g-лучами, a-частицами или нейтронами в лишённой питательных веществ среде, их жизнеспособность благодаря Р. возрастает в десятки и сотни раз, что соответствует уменьшению относительной биологической эффективности (ОБЭ) дозы в 4—5 раз (рис. 1). Количество поврежденных хромосом у клеток облученных растений благодаря Р. может уменьшаться в 5—10 раз (рис. 2).

  У многоклеточных организмов Р. проявляется в форме регенерации поврежденных облучением органов и тканей за счет размножения клеток, сохранивших способность к делению. У млекопитающих и человека ведущая роль в Р. принадлежит стволовым клеткам костного мозга, лимфоидных органов и слизистой оболочки тонкого кишечника. При изучении Р. у млекопитающих обычно используют фракционированное облучение: благодаря Р. суммарный эффект двух доз тем меньше, чем больше интервал между ними. Р. можно стимулировать введением в организм после облучения небольшого количества необлучённых клеток костного мозга (подобный приём эффективен при лечении лучевой болезни). Клетки и организмы с нарушенной Р. отличаются повышенной радиочувствительностью.