И.Ф. Жимулёв - Общая и молекулярная генетика (1117666), страница 65
Текст из файла (страница 65)
рис. 8.1). Известны особые гены-мутаторы. Мутации в одних из них (гпигЬ; тигТ. у Е.со11) увеличивают спонтанную мугабильность в 100 раз, в других (тиГТ, тгэГР, гпиГН) --- в 101-10' раз. Эти гены взаимодействуют с другими генами, связанными с процессами репликации, репарации и рекомбинации ДНК. Среди факторов, инлуцирующих мутации, следует указать ионизирующие и неионизирующие излучения, а также химические агенты. Активными мутагенами являются рентгеновское и ультрафиолетовое излучение.
Проникая в ткани, ионизирующие излучения разрывают химические связи, в том числе и в ДНК. В результате возникают хромосомные перестройки и разрывы, а также точковые мутации. Ультрафиолетовый свет не является ионизирующим„тем не менее это довольно эффективный мутаген. Связано это с тем, что пурины и пиримидины интенсивно поглощают ультрафиолет с длиной волны 254 — 2б0 нм, в результате чего возникают фотохимические изменения в структуре ДНК. Одним из последствий ультрафиолетового облучения является формирование ненормальных химических связей между молекулами пиримидинов, соседствующими в одной и той же цепи ДНК или находящимися на противоположных цепях.
Чаще всего образуются тиминовые димеры (рис. 8.5). Со значительно меньшей частотой образуются димеры других пиримидинов. Возникновение димера приводит к выпячиванию в цепи ДНК. Большинство таких нарушений репарируется, оставшиеся нерепарированными приводят к мутациям. Многие химические соединения могут индуцировать мутации. Это аналоги оснований, соединения, модифицирующие основания, интеркалирующие агенты. Аналоги оснований по молекулярной структуре очень похожи на основания, нормально входящие в цепи ДНК.
Эти соединения приводят к мутациям потому, что они могут существовать в альтернативных (таутомерных) состояниях. В каждом из двух состояний аналоги спариваются с разнымн нормальными основаниями, в результате чего может произойти их замена. Например, 5-бромурацил в нормальном состоянии спаривается с аленином, в более редком таутомерном состоянии — с гуанином. В связи с этим 5-бромурацил индуцирует транзицию, когда включается в ДНК в одном состоянии, затем в следующем раунде репликации ДНК превращается в более редкую таутомерную форму.
Другим широко известным аналогом оснований является 2-аминопурин. Агенты, модифицирующие основании. Ряд химических агентов действуют как мутагены, непосредственно модифицируя химическую структуру и свойства оснований. К ним относятся дезаминирующие, гидроксилируюгцие и алкилирующие агенты. Азотистая кислота (НХО,) осуществляет окислительное дезаминирование, т. е.
удаляет аминогруппы ( — 1ЯН,) из таких оснований, как гуанин, цитозин и аденин. В результате деза- минирования гуанина азотистой кислотой образуется ксантин, но, так как это пуриновое основание имеет тот же тип спаривания, мутация не проявляется. Однако когда модифицируется цитозин, получается урацил (который спаривается с аденином). В итоге происходит транзиция от С-О к Т-А в ходе акта реплнкации. Аналогичным образом азотистая кислота модифицирует аделин в гипоксантин --. основание, спаривающееся с цитозином, а не с тимином, что продуцирует транзицию А — Т в О-С. Гшла К МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ МУТАГГНЕЗА, РЕПАРАЦИИ ДНК, КРОССИНГОВЕРА... 215 Дпйаштснис агента Молекула иптсркплнрую1псго лгслтл 3' Матричная цепь 5 Сннгсзнрусиая цепь ДНК !1Л'Я ни Случайное основание вст(заивастсл напротив интсркллируюшсго агента, в данном случае достраивается Й Последующая рсплнкапня новой цепи ДНК 3 5 Рс(гльл!лш: возникновение мутации сдвига рачки из-за образонаиия новой нары б-С Ъ'далснис агента 3' Иптсркллнрузсшнй лгспт Рсиликацик новой цсии после того, клк интсркзлиру!оший лгсит удалился 3 5 Мутации.
индуцирусмыс интсркалирующими агентами (Кпззс! 1, 1998. Р. 6351 Мутации, индуцируемые азотистой кислотой, могут ревертироваться повторной обработкой. Другим мутагеном, модифицирующим основания, является гидроксиламин (МН,ОН), который специфически реагирует с цитозином, добавляя гидроксильную группу (-ОН), в результате чего он спаривается уже с аденином, а не с гуанином. Таким образом, обработка гидроксиламином индуцирует транзиции С-Сз в Т-А.
Реверсии мутаций к норме в данном случае невозможны. И наконец, рассмотрим алкилирующий агент метилметансульфонат (ММС), алкилирующий гуанин, т, е, он добавляет группы -СН, или — СНзСНз к кислороду в 6-й позиции, в результате чего образуется О" — алкилгуанин или О'-метилгуанин.
Метилированный гуанин будет спариваться с тимином, а не с цитозином, как раньше, давая транзицию 0 — С в А — Т. Интеркалирующие агенты. К этой группе мутагснов относятся профлавин, акридин, этидиумбромид и вещество, называемое 1СК-170. Они встраиваются (интеркалируют) между прилежащими нуклеотидами в одной или обеих цепях ДНК.
Если интеркалирующий агент встраивается между прилегающими основаниями в матричной цепи ДНК (рис. 8.6), дополнительное осно- 216 ОБП!АЯ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА Клонируомвя ДПК РНК Пзязмидныи вектор Готовится одна Пепл ч я,е~ гха. Схема ген-специфического мутагеиеза !8а!Вапйд е! а1., 1980!: и — РНК трвнскрнбируется с генов А, В, С; б — прищнвкв высокоактивных химических групп к трянскрнпту гена В; е — — химическая модификация гена В с помощью соответствующего транскриптв, несущего высокоактивные группы ванне, в данном случае О, включается во вновь синтезируемую цепь и возникает мутация сдвига рамки. Похожая ситуация будет и при удалении интеркалирующего агента. Сайт-специфнческий мутагенез.
Ни спонтанные, ни индуцированные мутации не возникают в каких-то особых генах, они случайно распределены по всему геному. Однако среди генетиков постоянно ставилась задача получения мутаций в генах, которые представляли для них особый интерес. На рис. 8.7 показана схема одного из таких экспериментов. проведенного на бактериофаге Т7. С развитием методов генной инженерии стало возможным выделять, клонировать и обрабатывать мутагенами ДНК в системе !и здгго и затем вводить ее назад в клетку (рис.
8.8!. Алнханян С. И., Акифьев А. П., Чернин Л. С. Общая генетика. Мл Высш. шк., 1985. С. 160-! 86. Князе!1 Р. д. Оепебся. 5" ед. Меп!о Раг1с. Са!!Гогп1а: Адд!хоп %ея!еу Еопйшап!пс., !998, Р, 624-636. Яа!Кап!8 В. 1., ХЯ1апоу О. Ем ОчсЫнп!Кота Е. Р., Уогоп!па Е. Ь!., Ко!сока Е. В., Мал!и А.
з'. Оепеднесгед ппнайеп седя |п ЬасгепорЬвйе Т7 ргоу1дед Ьу ро1уа!!гу!а11пй КЬ!Ая сошр!ешепзагу Го яе!есгед ОЫА ядгея В Ргос. Ха!. Асад. 8сй О.Е.А. 1980. Уо!. 77. Р. 2796-2800. Родительсквя плязмидв Мутвнтнвя нзвхмидв с трянзицисй О-С в А-Т Литература к разделу 8.7.5 Гибридизуется с мутопгшзм синтетическим Пярушеиис олигонуклсотидом спаривания Ч Е~.""гцзьз Ззсгрвиввегся вторая цепь ДНК с использованием ДНКмзозимерязы в и ДНК-лигвзы ,з» """ '"-м~,.
©:;,;еж,; Трвнсформирук|тся клетки; рсплиющия производит 50 % родительских и 50 М мутвнтных цспси клонировянной ДПК .:игц',Ё:»г, ;ьФ'в ".: гнь з,й ", ' "" "ч'- . .ч:.' ',-- яь Упрощенная схема сайт-специфнческого мутагенезв гн гггго !Князе!1, !998. Р. Вз36! Гшяа К МОЛЕКУЛЯРН!*!Е МЕХАНИЗМЫ ЫУТАГЕНЕЗА, РЕПАРАЦИИ ДНК, КРОССИНГОВЕРА...
217 8.2.7. Прямвя «оррекция мутационных повреждений тиминонми динар 5 О ТА С А О ТТ ОСА Т А С САТ ОТ С ААСОТАТС Шопмиаяа ирисосдннястся к району лимсря 5 з' Поглощсппс фотона позволлст фоголиалс рясшсплть димср з' 5 П Т А С А О Т Т О С А Т А О С А Т О Т С А А С б Т А Т С 5 3 Репарации тимннового лимсра фоторсакп!вацией (КплясИ, 1998. Р. 638) 8.2.
МЕХАНИЗМЫ РЕПАРАЦИИ ДНК Как эукариотические, так и прокариотические клетки имеют системы, репарирующие возникшие повреждения ДНК. Каждый механизм реализуется с помощью определенного набора ферментов. Некоторые из систем непосредственно корректируют повреждения, в то время как другие вначале вырезают повреждения, образуя одноцепочечные бреши, и затем синтезируют новую цепь ДНК, застраивая брешь. Если эти системы не способны скорректировать все повреждения, результатом будут мутации. Если мутаций возникнет слишком много, клетка погибнет. Репарации за счет проверки ДНК-пплимеразой. В бактериальных системах частота ошибочных встроек нуклеотидов в ходе репликации составляет ! О '-1О и на одно событие репликации. Однако ДНК-полимераза, когда она синтезирует новую цепь, делает ошибкп примерно в 100 раз чаще.
Расхождение между этими значениями связано с тем, что сам фермент производит проверку встраивания (см. разд. 6.3). Большинство бактериальных полимераз в дополнение к полимеризующей активности в направлении 5'-.3' имеет экзонуклеазную активность в направлении 3'-5'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
