Классификация мутаций

»: репликации, репарации и рекомбинации. Такие ошибки происходят спонтанно и под влиянием мутагенов. В связи с этим вполне понятно, что решающую роль в понимании механизмов мутагенеза сыграло изучение энзимологии репликации, репарации, рекомбинации и их генетического контроля. Оказалось, многие гены, контролирующие эти процессы, одновременно контролируют частоту спонтанного и индуцированного мутационного процесса [8].

Репликация и мутационный процесс.

В процессе репликациивозможна замена нуклеотидов вследствие некоторой неоднозначности принципа комплементарности. Азотистые основания нуклеотидов ДНК могут существовать в нескольких таутомерных формах. Таутомеризация

- изменение положения водорода в молекуле, меняющее ее химические свойства. Если аденин находится в обычной аминной форме, он спаривается с тимином. Будучи в редкой иммино форме, аденин образует пары с цитозином. Этот таутомерный переход аденина при последующей репликации может обеспечивать транзиции AT → GC. Редкий енольный таутомер тимина способен образовать пару с гуанином и это также приведет к замене пары нуклеотидов.

Некоторые таутомеры нуклеотидов меняют способность формировать водородные связи с другими нуклеотидами. У аналогов нуклеотидов таутомерия происходит чаще, чем у типичных форм, что объясняет их мутагенный эффект. Прямым указанием на участие процесса репликации в мутагенезе было открытие мутагенного эффекта аналогов оснований ДНК: тимидина 5-бромурацил, и 2-аминопурина, вызывающих мутации у бактериофагов и бактерий.

-бромурацил включается в ДНК вместо тимина и образует пары с тимином. При этом возможно ошибочное спаривание с гуанином при репликации ДНК, уже включившей 5-бромурацил (ошибка репликации), а возможна ошибка при включении аналога в ДНК (ошибка включения)

Большинство мутаций со сдвигом рамки считывания обнаружено в участках ДНК, состоящих из одинаковых нуклеотидов. Существует гипотеза возникновения этих мутаций вследствие диссоциации и неправильного восстановления нитей в данных участках. В первом случае в результате ошибки репликации происходят транзиции, а во втором - в результате ошибки включения - трансверсии. Аналогичны ошибки включения и ошибки репликации и при действии другого аналога оснований - 2-аминопурина.

Изучение мутационного процесса в связи с репликацией ДНК позволило выявить некоторые высокоэффективные мутагены, действующие непосредственно в репликативной вилке. К их числу относится N-метил-N-нитро-N-нитрозогуанидин (МННГ), который взаимодействует с одноцепочечными участками в вилке репликации или действует непосредственно на ферменты реплисомы [8, 10].

Репарация и мутационный процесс.

Выявляемая частота мутаций не отражает величину потенциальных повреждений ДНК. Повреждения ДНК сводятся к минимуму благодаря наличию в клетке особых систем репарации, которые узнают эти повреждения и справляют их. Системы репарации возникли в процессе эволюции для поддержания стабильности геномов. Некоторые рапаративные системы обладают специфичностью, другие не специфичны в отношении каких-то определенных типов повреждений - они узнают изменения в структуре ДНК как сигналы к действию. Рапаративные системы представляют собой ферментативные механизмы, обнаруженные в клетках самых различных организмов [10].

Мутации некоторых генов, ответственных за репарацию у E. Coli, бактериофага Т4, дрожжей, а также в клетках высших эукариот, проявляют мутаторный или антимутаторный эффект, подобно мутациям в генах, ответственных за репликативный комплекс.

Изучение генетического контроля репарации (а также рекомбинации) позволило доказать участие некоторых нормальных процессов, происходящих в клетке, в превращении предмутационных изменений ДНК в мутации. В частности, оказалось, что процесс становления мутаций может быть генетически блокирован так же, как и любой другой физиологический процесс. Так, изменение генов lex A или rec A ведет к частичному или полному подавлению мутационного процесса под воздействием ультрафиолетового света, ионизирующих излучений и некоторых химических мутагенов.

Наиболее подробно участие процессов репарации в возникновении мутаций исследовано у бактерии E. Coli. Показано, что мутация в гене uvr E, контролирующем ликвидацию однонитевых разрывов после ультрафиолетового (но не ионизирующего) облучения, повышает спонтанное возникновении транзиций AT - GC в 350-400 раз, а трансверсий GC - AT в 150-200 раз. Она также повышает частоту мутаций, индуцированных ультрафиолетовым светом и метилметансульфонатом.