В.И. Иванов - Генетика (1117686), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Теория мишени сыграла значительную роль в развитии радиационной генетики. Но, начиная с ранних экспериментов, накапливались данные о том, что эффект рентгеновского облучения зависит от множества внешних факторов (температура, парциальное давление кислорода, гидратация и присутствие разных химических 48 Чм ль Г. Гхяявх тиыяяхя ,не~~ гов и облученной клетке). Теория ми~не~~и о~~иралась на ~~рслположенис, что мугш ~и я воз~ ~икаег сразу ~ юд лейсгвием одно~ о удара.
Однако на самом деле радиационнгвс повреждения генетического материала — не прямые, а лишь потенциальные источ ~ ~яки ~юзникновения мутаций. Нельзя отождествлять возникновение мугации . актом попадания, поскольку процесс радиационного мутагенеза связан с метаболизмом поврежденной клетки и может быть модифицирован как в момент облуче~ ~ ил, так и после него. Так, например, было показано, что эффективность рентгенов.ко~ о облучения большинства биологических обьектов в атмосфере кислорода в 2 — 3 раза выше нежели в атмосфере азота или инертного газа.
К. Свенсон в 1946 г. выдви- ~ ~ ул ~ и нотезу о потенциальных изменениях как предшественниках истинных разрывгю, возникающих в хромосомах. Это означает, что часть повреждений возникает в Рормс ~ ~редмугаций и в зависимости от условий в клетке может либо реализоваться в мутации, либо элиминироваться с помощью репаративных механизмов. Потенцию ы и ~ й характер повреждений подтверждался в первую очередь фактами модифика~гг|и радиационного эффекта во время облучения и в пострадиационный период, 1)ыло установлено, что подавление метаболизма ведет к более легкому превращению ю ~ с~ щи альных изменений в мутации.
Так, пострадиационная обработка инфузорий г~ ~ ~стшощи ми синтез ДН К стрептомицином, хлорамфениколом, кофеином, динитххра кгло и низкой температурой снижает выход мутаций. Все потенциальные измевл нип ~ ~с вернувшиеся в исходное состояние до репликации хромосом, в ходе этого ~1х и гесса ~ ~реврашаются в истинные мутации.
Чем дальше отстоит момент облучения и ~ гач иы синтезаДНК, тем меньше мутаций возникает при той же дозе облучения. Р галич и ые системы генетической репарации способны восстанавливать структу- ~уД11К, ~юврежденнуюврезультатеоблучения. СрепарациейДНК, например, свяган ~ю вполне объяснимый с позиции теории мишени факт, заключающийся в том, по фракционирование дозы рентгеновского облучения уменьшает часппу хромо;ом~нях перестроек, но не влияет на таковую для генных мутаций.
Очевидно, что юл~ игя доза радиации поглощается не сразу, а по мере облучения, так что часть инГуцированных разрывов хромосом успевает репарироваться и восстановить целостюсть нативной структуры ДНК до того, как очередной акт ионизации приведет к юзникновению новых одиночных разрывов. Это вызовет уменьшение числа мнокесгвснных разрывов и, следовательно, снизит вероятность крупных перестроек <ромосом. Системы генетической репарации не срабатывают при летальных дозах, и сино шихся видоспецифич ными 0гля человека летальная доза составляет примерно ~00 р, лля мыши — 900 р, для дрозофилы — 80 000 р.
В присутствии воды рентгеновские лучи не только прямо воздействуют на чувствя гольные к ним генетические структуры, но и действуют на них косвенно за счет х~ ыожения воды — радиолиза. Этот процесс приводит к образованию реакционнол кюобных, короткоживущих свободных радикалов водорода Нэ и гидроксила ОН вЂ”, ~0 ьслиняющихся с образованием воды, атомарного кислорода либо химически акивной перекиси водорода. Поэтому облучение молекул-мишеней в присутствии :осдинений, способных взаимодействовать со свободными радикалами (антиокси~антов), защищает молекулы-мишени от непрямого действия радиации.
Кроме того, эффективность радиационного мугагенеза, как оказалось, определя,тся не только дозой облучения и ее мощностью, не только условиями, в которых 249 Глони 14. Миленулнднме механизма мунгогенеза клетки или целые организмы подвергались облучс~ ~ию, но " б "о" опчсской чувствителы~остью объектов к летальному и мугаген1юму действ" ю ионизпРуюпьчх излучений. Так, одна и та же доза рентгеновских лучей индуцирует У мь'юп примерно в 10 раз больше мутаций, чем у дрозофилы, и почти в 1000 Раз больше чем У бактерий.
следовательно, частоту мутаций необходимо определять с учетом ляповых различий организмов. Кроме того, еше в 50-е годы ХХ-го века была установлена чепсап зависимость частоть| возникновения индуцирован ных мутаций от изм емец и и чувствптель~ости клеток на разных стадиях клеточного цикла, Наибольшей радиочувсгвичепьпостью обладают клетки на стадии ранней профазы и во время фазы синтеза ДН Наконец, куда именно попадает квант энергии — зависит от случпя, ио проявляется эффект попадания лишь в определенных участках так назьппеяых «горячих точках», Это объясняется миграцией энергии или заряда вдоль хрппосомы к наиболее легко повреждаемым участкам. установлена миграция алек"Ровного возбуждения по молекуле ДНК на большие расстояния (1 000 10 000 и в) Если первоначально поражается наиболее радноустойчивая компонента " сахарсч есфате, то, в конечном счете, свободная валентность локализуется на сахарно" кпьгпоненте, Далее миграция энергии нли заряда идет в направлении наиболее возбуждаемых азотистых оснований.
Миграция заряда возможна не только внУгрн ДНК "и П сДНК на протектор. Профлавин служит лучшим акцептором электронов " ко"ечпсе повреждение локализуется именно на нем. Самым плохим акцептором является гистамин, и после у-облучения сигнал передается от него на азотИСть'Е ОСНОВа" Пя, Вещества-радиопротекторы, захватываюшие электроны, образуизт ДНК комплекс, в котором возможна миграция заряда на это вещество, а рекомбинаггив мигрпровавшего заряда с зарядом противоположного знака происходит на Фра""'е"те "Ротекгора, В итоге произошедших преобразований повреждения могут быть Ре"арпрованы, могут сформировать точковые мутации или послужить нача"'ом цепи событий, приводяших к хромосомным аберрациям. В заключение отметим наиболее важные характерисгики Радпалпонного мугагенеза; ° генетический эффект облучения наблюдается прИ любой дозе' ° специфика этого эффекта зависит от вида и дозы облучения состояния репаративной системы ДНК, видоспецифической радиочувствительпостп, стадии и локализации воздействия.
14.2, МУТАГЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫХ ЛУЧЕЙ В отличие от рентгеновских, ультрафиолетовые (зпзз) лучи не действуют на половые клепки большинства многоклеточных организмов, "осколькУ "Роникают в ткани очень слабо, не обладают достаточной энергией длЯ "'"гук'гии ионпзации атомов и Чатал, Л С)б(цаа веаьчлиха высо вгпГ1ухс1аюг элсктргншыс оГх1лочки, Их мушгглп пай зффекг (ноз~~икновение л и ных мупций и хромосом~ ~ых перестроек) о61 юружи кается лишь в клетках, обрагюпгих мо~юслой: микроорганизмах, пыльце и лр. УФ-лучи оказались первым муш:ном, чье действие на бактериальные клетки было подробно изучено.
О том, что чьтрафиолетовое излучение убивает бактерии, известно с 1877 г., а в 1914 г была выьшс~ я| способность УФ-лучей индуцировать у бактерий наследуемые варианты, отичшогцисся от исходного типа по патогенности и морфологии колоний. Но лишь зилпать лет спустя М. Демерец показал, что среди клеток чувствительного к фату 1 пгшмма Е. са(0 выживших после облучения определенной дозой ультрафиолета, иа мугантов превышает их спонтанный уровень среди необлученных бактерий бозе, чем втысячураз.
Ключевые исследования, позволившие установить механизм действия ультрафитсш, были начаты в 1946 г. на Е. сай Эвелин Виткин. Она показала, что мугагенный ~х1юкт УФ-лучей в большинстве случаев носит всего лишь потенциальный характер вероятность появления индуцированных мутаций в значительной степени зависит ~ п1го, в каких физиологических условиях находится клетка после облучения. Э. шкип предположила, что клетка имеет механизм, способствующий воссгановлеи к1<п ~ ювреждающего действия ультрафиолета.
Дальнейшие исследования показаз ~~равильность ее предположения. В < ля ич ие ог ренпено вских лучей, мугагенность которых не зависит от длины волны, е1 кл ь м уш генности УФ-лучей является функцией последней. Максимум поглощения Ф-оГму ил ~ил входящими в состав ДНК пуринами и пиримидинами лежит в области 411~м, Эта же величина соответствует максимуму мугагенности УФ-лучей, что указыва~юю ~ Фямую связь процесса индукции предмугационныхповрежденийДНКспоглощезсм УФ-лучей ее азотистыми основаниями.
Основные фотопргвгукты, возникающие зи облучениидвухцепочечнойДНК вЂ” пиримидин-пиримидиновые(преимущественно ~ ми ~ ~ -тим и новые) димеры, формирующие между соседними основаниями в цепи ДН К ~клобушповые кольна. УФ-лучи вызывают не только обраювание димеров, но и их прушсние. Когда димеризация оснований вДНК при воздействии лучей сдлиной вол- ~ 240 ~ ~м достигает примерно 15%, начинается расщепление димеров; процессы обраванил и расщепления димеров приходят в равновесие, характеризующееся насьпценил при котором дальнейшее увеличение дозы УФ не приводит к росту числа димеров в 11К, Для каждой длины волны характерно определенное равновесие между образоваюм и разрушением димеров. Так, например, доля димеров при длине волны 280 нм сошвшст 70%, Установлено, что частота появления димеров зависит, помимо длины вол- ~ УФ лучей, от температуры и рН среды (максимальная — при 23 *С и рН= 8). 1(рисугствиедимеров вДНК приводит к ошибкам при ее репликации.
Механизм ~реза ~ил УФ-индуцированных повреждений ДНК, работающих на свету (фоторетивация), рассмотрен нами в гл. 10. Добавим, что исследования актиномицетоа гиюлили установить временные характеристики формирования мутаций после злсйствия УФ-свега. Оказалось, что мугагенный эффект тем выше, чем больше к1мсжуток времени между облучением клеток ультрафиолетом и последующей их работкой видимым светом.
Так, интервал между 98%-ным восстановлением от по— сжлсний и временем получения максимального числа мутаций составлял 7 ч, а не- ~средственно в момент своего действия УФ-свет вызывал появление не истинных гя1 Глаеа 14. МплекуляГяпяе мехппиямммумпеенетп мутациИ, а первичных пиримидин-пиримидипонгпх Лимерон, которые эффективно репариронались при включении видимого сивш ср;юу после обработки ультрафиолетом. Таким образом, для перехода образовавшихся димеров в истинные мутации требуется некоторое время, в течение которого происходят определенные химические изменения в молекулярной структуре ДНК. Кроме того, было упановлено, что характерной особенностью мугагенеза при воздействии УФ-снета на клетки является необходимость синтеза в них белков.
Максимальный выход мутаций наблюдается, когда облучение производится в момент максимально близкий к 5-фазе. Ингибирование синтеза ДНК после УФ-облучения снижает выход мутаций на 90% Кроме прямого действия наДН К, УФ-лучи индуцируют мутации и косвенно, вы— зывая образование в клетках свободных радикалов и перекисей, обладающих муга- генными свойствами. Такие же мугагенные вещества возникают под действием УФ- света в жидких питательных средах для культивирования бактерий, что заметно увеличивает у них частоту мутаций. 14.3.
МУТАГЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Широкое изучение химического мугагенеза началось после того, как в 1942 г. Шарлотта Ауэрбах и Дж. Робсон обнаружили в опытах на дрозофиле мощное мугагенное действие иприта и его производных. В ! 946 г. отечественный генетик И.А. Рапопорт выявил такие же свойства у этиленимина и формальдегида. С тех пор было обнаружено множество химических соединений, способных вызывать в ДНК разного рода нарушения: 1) ковалентные сшивки двух близко расположенных оснований; 2) ковалентное связывание азотистых оснований с алифатическими и ароматическими радикаламп; 3) химические перестройки азотистых оснований (лезаминирование, нарушение кольцевой структуры, полная элиминация); 4) нарушение сахарофосфатного каркаса полинуклеотида. В соответствии со спецификой муга генной активности среди химических агентов можно выделить: 1) соединения, мугагенные в отношении как реплицирующейся, так и не репли- цирующейсяДНК (алкилируюшие соединения, окислители-восстанонители); 2) соединения, мугагенные только в отношении реплицируюшейся ДНК (производные пуринов и пиримидинов, акридиновые красители); 3) прочие химические, в том числе биогенные мугагены (экзогенная ДНК, вирусы, бактериофаги и др.).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
