Гена Трансляция Процессинг

^{ДНК » мРНК »- Предшественник белка Протеин}

Рис. 6.1. Этапы синтеза белка

Мутагенезом называют последовательность событий, ве­дущих к мутации клетки. Этот процесс включает несколько стадий: воздействие на клетку, возникновение повреждений в ДНК, неполную репарацию, репликацию поврежденной ДНК, клеточное деление. Мутантный фенотип реализуется в дочерней клетке.

Изменения структуры ДНК могут происходить под влия­нием различных факторов: эндогенных и экзогенных, т.е. факторов внешней среды. К первой группе относятся фак­торы, обусловленные ошибками репликации. В целом, пра­вильная структура молекулы ДНК поддерживается при реп­ликации множеством белков, включая ферменты репарации этой макромолекулы. Репликация осуществляется с большой точностью. Возможна одна ошибка на 10'° пар азотистых ос­нований. Так как репликация в любой соматической клетке включает 0,6 • 10¹⁰ пар оснований, случайные ошибки могут произойти почти при каждом делении. В большинстве случа­ев ошибки могут быть связаны с «молчащими» участками мо­лекулы ДНК, которые составляют подавляющую часть ге­нома и не представляют дальнейшей опасности.

Ко второй группе факторов относятся многочисленные компоненты внешней среды': физические, химические и биологические, которые способны модифицировать ДНК. К таким генотоксичным агентам можно отнести ионизиру­ющее, ультрафиолетовое излучения, воздействие многочис­ленных ксенобиотиков и вирусов. Радиация, к примеру, вы­зывает как образование одно- и двунитевых разрывов поли-нуклеотидных цепочек ДНК, так и модификацию азотис­тых оснований. Ультрафиолетовое излучение является при­чиной образования тиминовых димеров. Многие геноток-сичные ксенобиотики способны присоединяться к азотис­тым основаниям, образуя аддукты. Помимо этого, возмож­ны химическая модификация или потеря азотистых основа­ний (апуриновые сайты), образование дополнительных ко-валентных связей между цепочками ДНК с окружающими ее белковыми молекулами и др. (рис. 6.2). Вирусный геном может встраиваться в участок ДНК какого-либо гена.

Эффективная защита от спонтанных и экологически вызванных повреждений ДНК существенна для клеточного выживания и здоровья индивидуума. Ограниченное по­вреждение ДНК, если оно имеет место в неактивном гене,

Однонитевой разрыв (радиация)

Межцепочечные связи (бифункциональные алкилирующие агенты)

Модификация азотистых оснований (окисление, алкилирование)

Аддукты (бенз[а]пирен)

Тиминовые димеры (УФ)

Связь ДНК-белок (алкилирующие агенты)

Потеря оснований, апуриновый сайт (алкилирующие агенты)

Замена оснований

Рис. 6.2. Типы повреждений структуры ДНК и агенты, их вызывающие

может оказывать незначительное влияние на клеточные функции. Напротив, повреждение в реплицирующейся ДНК всегда связано с последствиями. Недостаток времени на восстановление или неполная репарация при продолжа­ющейся репликации могут фиксировать повреждения ДНК, приводя к необратимым генетическим повреждени­ям. Эта стадия, именуемая фиксацией, может вести непосред­ственно к мутации и структурным изменениям хромосом. Следовательно, повреждение должно быть удалено перед синтезом новых цепочек ДНК. В процессе эволюции по­явилось множество различных механизмов репарации, ко­торые справляются с разнообразными повреждениями ДНК (рис. 6.3).

Механизм репарации осуществляет коррекцию ошибоч­но встроенных азотистых оснований при репликации вновь синтезируемой молекулы ДНК. Пять генов человека кодиру­ют белки, участвующие в механизме репарации. Гены распо­ложены на 2-й, 10, 13 и 19-й хромосомах человека. Мутации в этих генах связаны с наследуемой формой рака кишечни­ка и эндометрия (наследственный неполипозный колорек-тальный рак, НИРСС). Клетки этой формы рака имеют нестабильность в коротких повторяющихся последователь­ностях ДНК и повышенную частоту мутаций.

Примером репарации может быть функционирование одной из метилтрансфераз. Фермент 0⁶-метил-гуанин-ДНК-метилтрансфераза (МГМТ) катализирует реакцию прямого отщепления от эпоциклического кислорода гуанина мута­генных и цитотоксичных соединений (алкилирующих сое­динений), содержащих метальные группировки (рис. 6.4).

Активная МГМТ

СНз-неактивная МГМТ

СН₃

1_

г

_1]