Генетика - А. В. Сиволоб 2008

Мінливість генетичного матеріалу
Молекулярні механізми мутаційної мінливості
Пошкодження ДНК, що виникають у процесі життєдіяльності клітини

Поява передмутаційних змін генетичного матеріалу в клітині унаслідок метаболічних процесів є нормальним явищем. Кількість спонтанних пошкоджень ДНК, що виникають у одній клітині людини за добу, оцінюється в 10⁴-10⁶. Переважна частина цих пошкоджень у нормі видаляється системами репарації, і тільки невелика кількість залишається у вигляді Мутації.

Найпоширенішими передмутаційними пошкодженнями ДНК є втрати азотистих основ (утворення апуринових або апіримідинових сайтів), хімічні модифікації основ, ковалентні зшивання ДНК-ДНК і ДНК-білок, одно- та дволанцюгові розриви цукрофосфатного остова ДНК. Ці пошкодження виникають здебільшого в реакціях гідролізу (хімічні реакції з водою), реакціях з активними радикалами оксигену та пероксидними радикалами, а також унаслідок метилування (алкілування) основ.

Гідроліз глікозидного зв'язку між азотистою основою та дезоксирибозою (див. рис. 1.1) приводить до видалення азотистої основи й появи в цьому місці апуринового чи апіримідинового сайта (АП-сайта). За добу в клітинній ДНК утворюється близько 10 тис. таких АП-сайтів. Неправильна репарація цих пошкоджень може зумовити нуклеотидні заміни (транзиції чи трансверсії). Відсутність репарації стане причиною того, що під час наступного реплікаційного циклу напроти АП-сайта у складі матричного ланцюга в ланцюзі, що синтезується, буде вставлено довільний нуклеотид - з імовірністю 3/4 він виявиться не тим, що мав би стояти в цьому місці, тобто виникне точкова мутація типу нуклеотидної заміни. Крім того, ДНК-полімеразний комплекс може "проскочити" АП-сайт у складі матриці, наслідком чого буде делеція нуклеотиду в складі ланцюга, що синтезується.

Нерепаровані АП-сайти можуть також перетворюватися на одноланцюгові розриви. Накопичення одноланцюгових розривів, у свою чергу, приводить до розривів дволанцюгових (коли два одноланцюгові розриви розташовані на невеликій відстані та на різних ланцюгах), що може бути причиною утворення різних типів хромосомних аберацій. Одноланцюгові розриви ДНК можуть виникати також у результаті прямого гідролізу фосфодіефірного зв'язку.

При гідролізі екзоциклічних аміногруп азотистих основ виникає дезамінування основ (до 500 пошкоджень на клітину за добу). Так, у результаті дезамінування цитозин перетворюється на урацил (див. рис. 1.2), а 5-метилцитозин - на тимін. Обидві основи, що з'явилися внаслідок таких перетворень, комплементарні аденіну, а отже, у разі відсутності репарації дезамінування може зумовити нуклеотидну заміну (стабільну заміну пари GC на AT-пару при реплікації).

Оксидативні пошкодження ДНК виникають в результаті хімічних реакцій дезоксирибози та азотистих основ із вільними радикалами оксигену або пероксидними радикалами. Джерелом радикалів є процеси Дихання клітини. Найсуттєвіші оксидативні пошкодження ДНК - це утворення 8-оксигуаніну (приєднання оксигену до восьмого атома кільця, див. рис. 1.2), комплементарного тиміну, і 2-оксиаденіну, комплементарного цитозину. Продуктами реакцій з вільними радикалами є також одноланцюгові розриви та зшивання ДНК-ДНК або ДНК-білок, які можуть бути причинами хромосомних аберацій.

Ще одним механізмом виникнення передмутаційних пошкоджень ДНК є метилування основ по атомах, які в нормі не піддаються цій модифікації. Помилки метилування викликають появу таких суттєвих пошкоджень ДНК: утворення 7-метилгуаніну, 3-метиладеніну та О6-метиладеніну. 7-Метилгуанін і 3-метиладенін перешкоджають нормальному проходженню реплікації, унаслідок чого відбувається утворення однолацюгових прогалин (ділянок недореплікації) напроти модифікованих нуклеотидів. О6-метиладенін є комплементарним цитозину й може бути причиною транзицій.