545. Berg O.G., Winter R.B., von Hippel P.H. (1981) Diffusion-driven mechanisms of protein translocation on nucleic acids. 1. Models and theory. Biochemistry, 20, p. 6929-6948.
546. Winter R.B., von Hippel P.H. (1981) Diffusion-driven mechanisms of protein translocation on nucleic acids. 2. The Escherichia coli repressor-operator interaction: Equilibrium measurements. Biochemistry, 20, p. 6948-6960.
547. Winter R.B., Berg O.G., von Hippel P.H. (1981) Diffusion-driven mechanisms of protein translocation on nucleic acids. 3. The Escherichia coli lac repressor-operator interaction: Kinetic measurements and conclusions. Biochemistry, 20, p. 6961-6977.
548. Wallace S.S. (2002) Biological consequences of free radical-damaged DNA bases. Free Radic. Biol Med., 33, p. 1-14.
549. Castaing B., Fourrey J.-L., Hervouet N., Thomas M., Boiteux S., Zelwer C. (1999) AP site structural determinants for Fpg specific recognition. Nucleic Acids Res., 27, p. 608615.
550. Sturtevant J.M. (1977) Heat capacity and entropy changes in processes involving proteins. Proc. Natl Acad. Sci. U.S.A., 74, p. 2236-2240.
551. Privalov P.L., Jelesarov I., Read C.M., Dragan A.I., Crane-Robinson C. (1999) The energetics of HMG box interactions with DNA: Thermodynamics of the DNA binding of the HMG box from mouse Sox-5. J. Mol. Biol, 294, p. 997-1013.
552. Spolar R.S., Record M.T., Jr. (1994) Coupling of local folding to site-specific binding of proteins to DNA. Science, 263, p. 777-784.
553. Jen-Jacobson L., Engler L.E., Ames J.T., Kurpiewski M.R., Grigorescu A. (2000) Thermodynamic parameters of specific and nonspecific protein-DNA binding. Supramol. Chem., 12, p. 143-160.
554. Serre L., Pereira de Jésus K., Boiteux S., Zelwer C., Castaing B. (2002) Crystal structure of the Lactococcus lactis formamidopyrimidine-DNA glycosylase bound to an abasic site analogue-containing DNA. EMBOJ., 21, p. 2854-2865.
555. Sieber M., Allemann R.K. (2000) Thermodynamics of DNA binding of MM17, a 'single chain dimer' of transcription factor MASH-1. Nucleic Acids Res., 28, p. 2122-2127.
556. Kozlov A.G., Lohman T.M. (1999) Adenine base unstacking dominates the observed enthalpy and heat capacity changes for the Escherichia coli S SB tetramer binding to single-stranded oligoadenylates. Biochemistry, 38, p. 7388-7397.
557. Jen-Jacobson L., Engler L.E., Jacobson L.A. (2000) Structural and thermodynamic strategies for site-specific DNA binding proteins. Structure, 8, p. 1015-1023.
558. Plum G.E., Breslauer K.J. (1994) DNA lesions: A thermodynamic perspective. Ann. N. Y. Acad. Sci., 726, p. 45-55.
559. Gelfand C.A., Plum G.E., Grollman A.P., Johnson F., Breslauer K.J. (1998) Thermodynamic consequences of an abasic lesion in duplex DNA are strongly dependent on base sequence. Biochemistry, 37, p. 7321-7327.
560. Lhomme J., Constant J.-F., Demeunynck M. (1999) Abasic DNA structure, reactivity, and recognition Biopolymers, 52, p. 65-83.
561. Rabow L., Venkataraman R., Kow Y.W. (2001) Mechanism of action of Escherichia coli formamidopyrimidine JV-glycosylase: Role of K155 in substrate binding and product release. Prog. Nucleic Acid Res. Mol. Biol., 68, p. 223-234.
562. Dizdaroglu M. (1985) Application of capillary gas chromatography-mass spectrometry to chemical characterization of radiation-induced base damage of DNA: Implications for assessing DNA repair processes. Anal. Biochem., 144, p. 593-603.
563. Parikh S.S., Putnam C.D., Tainer J.A. (2000) Lessons learned from structural results on uracil-DNA glycosylase. Mutat. Res., 460, p. 183-199.
564. McTigue M.M., Rieger R.A., Rosenquist T.A., Iden C.R., de los Santos C.R. (2004) Stereoselective excision of thymine glycol lesions by mammalian cell extracts. DNA Repair, 3, p. 313-322.
565. Cathcart R., Schwiers E., Saul R.L., Ames B.N. (1984) Thymine glycol and thymidine glycol in human and rat urine: A possible assay for oxidative DNA damage. Proc. Natl Acad. Sci. U.S.A., 81, p. 5633-5637.
566. Venkhataraman R., Donald C.D., Roy R., You H.J., Doetsch P.W., Kow Y.W. (2001) Enzymatic processing of DNA containing tandem dihydrouracil by endonucleases III and VIII. Nucleic Acids Res., 29, p. 407-414.
567. Allinson S.L., Dianova I.I., Dianov G.L. (2001) DNA polymerase p is the major dRP lyase involved in repair of oxidative base lesions in DNA by mammalian cell extracts. EMBOJ., 20, p. 6919-6926.
568. Potts R.J., Bespalov I.A., Wallace S.S., Melamede R.J., Hart B.A. (2001) Inhibition of oxidative DNA repair in cadmium-adapted alveolar epithelial cells and the potential involvement of metallothionein. Toxicology, 161, p. 25-38.
569. Liu J., Doetsch P.W. (1998) Escherichia coli RNA and DNA polymerase bypass of dihydrouracil: Mutagenic potential via transcription and replication. Nucleic Acids Res., 26, p. 1707-1712.
570. Livingston A.L., Kundu S., Pozzi M.H., Anderson D.W., David S.S. (2005) Insight into the roles of tyrosine 82 and glycine 253 in the Escherichia coli adenine glycosylase MutY. Biochemistry, 44, p. 14179-14190.
571. Jiang Y.L., Kwon K., Stivers J.T. (2001) Turning on uracil-DNA glycosylase using a pyrene nucleotide switch. J. Biol. Chem., 276, p. 42347-42354.
572. Jiang Y.L., Stivers J.T., Song F. (2002) Base-flipping mutations of uracil DNA glycosylase: Substrate rescue using a pyrene nucleotide wedge. Biochemistry, 41, p. 11248-11254.
573. Doublie S., Bandaru V., Bond J.P., Wallace S.S. (2004) The crystal structure of human endonuclease VHI-like 1 (NEIL1) reveals a zincless finger motif required for glycosylase activity. Proc. Natl Acad. Sci. U.S.A., 101, p. 10284-10289.
574. Cho B.P., Evans F.E. (1991) Structure of oxidatively damaged nucleic acid adducts. 3. Tautomerism, ionization and protonation of 8-hydroxyadenosine studied by 15N NMR spectroscopy. Nucleic Acids Res., 19, p. 1041-1047.
575. Oda Y., Uesugi S., Orita M., Inoue H., Kawase Y., Ohtsuka E., Ikehara M. (1992) NMR studies of a DNA containing 8-methoxydeoxyguanosine. Nucleosides Nucleotides, 11, p. 261-272.
576. Cysewski P., Vidal-Madjar C., Jordan R., Olinski R. (1997) Structure and properties of hydroxyl radical modified nucleic acid components. II. 8-Oxo-adenine and 8-oxo-2'-deoxy-adenosine. J. Mol. Struct. (Theochem), 397, p. 167-177.
577. Cysewski P. (1998) An ab initio study of the tautomeric and coding properties of 8-oxo-guanine. J. Chem. Soc. Faraday Trans., 94, p. 3117-3125.
578. Chen H., Johnson F., Grollman A.P., Patel D.J. (1996) Structural studies of the ionizing radiation adduct 7,8-dihydro-8-oxoadenine (Aoxo) positioned opposite thymine in a DNA duplex. Magn. Reson. Chem., 34, p. S23-S32.
579. Cho B.P. (1993) Structure of oxidatively damaged nucleic acid adducts: pH dependence of the 13C NMR spectra of 8-oxoguanosine and 8-oxoadenosine. Magn. Reson. Chem., 31, p. 1048-1053.
580. Sodum R.S., Nie G., Fiala E.S. (1993) 8-Aminoguanine: A base modification produced in rat liver nucleic acids by the hepatocarcinogen 2-nitropropane. Chem. Res. Toxicol., 6, p. 269-276.
581. IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. Beryllium, cadmium, mercury, and exposures in the glass manufacturing industry. 1993, IARC: Lyon. 444 pp.
582. Lindegaard P.M., Hansen S.O., Christensen J.E., Andersen B.B., Andersen O. (1990) The distribution of cadmium within the human prostate. Biol. Trace Elem. Res., 25, p. 97-104.
583. Aylett B.J. (1979) The chemistry and bioinorganic chemistry of cadmium. In: The Chemistry, Biochemistry and Biology of Cadmium, Webb M., Ed. Elsevier/North-Holland Biomedical Press. P. 1-43.
584. Lloyd D.R., Phillips D.H., Carmichael P.L. (1997) Generation of putative intrastrand cross-links and strand breaks in DNA by transition metal ion-mediated oxygen radical attack Chem. Res. Toxicol., 10, p. 393-400.
585. Lloyd D.R., Carmichael P.L., Phillips D.H. (1998) Comparison of the formation of 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine and single- and double-strand breaks in DNA mediated by Fenton reactions. Chem. Res. Toxicol, 11, p. 420-427.
586. Засухина Т.Д., Синелыцикова Т.A. (1976) Механизм действия мутагенов на ДНК клеток человека.Доклады АН СССР: Серия биологич., 230, с. 719-721.
587. Коган И.Г., Гроздова Т.Ю., Холикова Т.А. (1978) Мутагенное действие хлорида кадмия на зародышевые клетки Drosophila melanogaster. Генетика, 14, с. 14841488.
588. Hartwig A., Beyersmann D. (1989) Comutagenicity and inhibition of DNA repair by metal ions in mammalian cells. Biol Trace Elem. Res., 21, p. 359-365.
589. Rivedal E., Sanner T. (1981) Metal salts as promoters of in vitro morphological transformation of hamster embryo cells initiated by benzo(a)pyrene. Cancer Res., 41, p. 2950-2953.
590. Hirano Т., Yamaguchi Y., Kasai H. (1997) Inhibition of 8-hydroxyguanine repair in testes after administration of cadmium chloride to GSH-depleted rats. Toxicol Appl. Pharmacol, 174, p. 9-14.
591. Bartosiewicz M.J., Jenkins D., Penn S., Emery J., Buckpitt A. (2001) Unique gene expression patterns in liver and kidney associated with exposure to chemical toxicants. J. Pharmacol. Exp. Ther., 297, p. 895-905.
592. Asmuss M., Mullenders L.H.F., Eker A., Hartwig A. (2000) Differential effects of toxic metal compounds on the activities of Fpg and XPA, two zinc finger proteins involved in DNA repair. Carcinogenesis, 21, p. 2097-2104.
593. Popenoe E.A., Schmaeler M.A. (1979) Interaction of human DNA polymerase |3 with ions of copper, lead, and cadmium. Arch. Biochem. Biophys., 196, p. 109-120.
594. Bhattacharyya D., Boulden A.M., Foote R.S., Mitra S. (1988) Effect of polyvalent metal ions on the reactivity of human 06-methylguanine-DNA methyltransferase. Carcinogenesis, 9, p. 683-685.
595. Dally H., Hartwig A. (1997) Induction and repair inhibition of oxidative DNA damage by nickel(II) and cadmium(II) in mammalian cells. Carcinogenesis, 18, p. 1021-1026.
596. Duguid J., Bloomfield V.A., Benevides J., Thomas G.J., Jr. (1993) Raman spectroscopy of DNA-metal complexes. I. Interactions and conformational effects of the divalent cations: Mg, Ca, Sr, Ba, Mn, Co, Ni, Cu, Pd, and Cd. Biophys. J., 65, p. 1916-1928.
597. Duguid J.G., Bloomfield V.A., Benevides J.M., Thomas G.J., Jr. (1995) Raman spectroscopy of DNA-metal complexes. II. The thermal denaturation of DNA in the presence of Sr2+, Ba2+, Mg2+, Ca2+, Mn2+, Co2+, Ni2+, and Cd2+. Biophys. J., 69, p. 26232641.
598. Klaassen C.D., Liu J., Choudhuri S. (1999) Metallothionein: An intracellular protein to protect against cadmium toxicity. Annu. Rev. Pharmacol Toxicol, 39, p. 267-294.
599. Thornalley P.J., Vasák M. (1985) Possible role for metallothionein in protection against radiation-induced oxidative stress. Kinetics and mechanism of its reaction with superoxide and hydroxyl radicals. Biochim. Biophys. Acta, 827, p. 36-44.
600. Tamai K.T., Gralla E.B., Ellerby L.M., Valentine J.S., Thiele D.J. (1993) Yeast and mammalian metallothioneins functionally substitute for yeast copper-zinc superoxide dismutase. Proc. Natl Acad. Sci. U.S.A., 90, p. 8013-8017.
601. Cappelli E., Hazra T., Hill J.W., Slupphaug G., Bogliolo M., Frosina G. (2001) Rates of base excision repair are not solely dependent on levels of initiating enzymes. Carcinogenesis, 22, p. 387-393.
602. Robin N.H., Nadeau J.H. (2001) Disorganization in mice and humans. Am J. Med. Genet., 101, p. 334-338.
603. Yang S., Tutton S., Pierce E., Yoon K. (2001) Specific double-stranded RNA interference in undifferentiated mouse embryonic stem cells. Mol. Cell. Biol, 21, p. 7807-7816.
604. Billy E., Brondani V., Zhang H., Muller U., Filipowicz W. (2001) Specific interference with gene expression induced by long, double-stranded RNA in mouse embryonal teratocarcinoma cell lines. Proc. Natl Acad. Sci. U.S.A., 98, p. 14428-14433.
605. Myslinski E., Amé J.-C., Krol A., Carbon P. (2001) An unusually compact external promoter for RNA polymerase III transcription of the human HI RNA gene. Nucleic Acids Res., 29, p. 2502-2509.
606. Brummelkamp T.R., Bernards R., Agami R. (2002) A system for stable expression of short interfering RNAs in mammalian cells. Science, 296, p. 550-553.
607. Dizdaroglu M., Karahalil B., Sentürker S., Buckley T.J., Roldán-Arjona T. (1999) Excision of products of oxidative DNA base damage by human NTH1 protein. Biochemistry, 38, p. 243-246.
608. Eide L., Luna L., Gustad E.C., Henderson P.T., Essigmann J.M., Demple B., Seeberg E.2001) Human endonuclease III acts preferentially on DNA damage opposite guanine residues in DNA. Biochemistry, 40, p. 6653-6659.
609. Teebor G., Cummings A., Frenkel K., Shaw A., Voituriez L., Cadet J. (1987) Quantitative measurement of the diastereoisomers of cis thymidine glycol in y-irradiated DNA Free Radie. Res. Commun., 2, p. 303-309.
610. Clark J.M., Beardsley G.P. (1989) Template length, sequence context, and 3'-5' exonuclease activity modulate replicative bypass of thymine glycol lesions in vitro. Biochemistry, 28, p. 775-779.
611. Wang D., Kreutzer D.A., Essigmann J.M. (1998) Mutagenicity and repair of oxidative DNA damage: Insights from studies using defined lesions. Mutat. Res., 400, p. 99-115.
612. Kreutzer D.A., Essigmann J.M. (1998) Oxidized, deaminated cytosines are a source of C—>T transitions in vivo. Proc. Natl Acad. Sci. U.S.A., 95, p. 3578-3582.
613. Tremblay S., Douki Т., Cadet J., Wagner J.R. (1999) 2'-Deoxycytidine glycols, a missing link in the free radical-mediated oxidation of DNA. J. Biol. Chem., 274, p. 20833-20838.
614. Takao M., Kanno S.-i., Kobayashi K., Zhang Q.-M., Yonei S., van der Horst G.T.J., Yasui A. (2002) A back-up glycosylase in Nthl knock-out mice is a functional Nei (endonuclease VIII) homologue. J. Biol. Chem., 277, p. 42205-42213.
615. Ali M.M., Hazra Т.К., Hong D., Kow Y.W. (2005) Action of human endonucleases III and VIII upon DNA-containing tandem dihydrouracil. DNA Repair, 4, p. 679-686.
616. Parsons J.L., Dianova I.I., Dianov G.L. (2005) APE 1-dependent repair of DNA singlestrand breaks containing З'-end 8-oxoguanine. Nucleic Acids Res., 33, p. 2204-2209.
617. Dou H., Mitra S., Hazra Т.К. (2003) Repair of oxidized bases in DNA bubble structures by human DNA glycosylases NEIL1 and NEIL2. J. Biol. Chem., 278, p. 49679-49684.
618. Gulston M., de Lara C., Jenner Т., Davis E., O'Neill P. (2004) Processing of clustered DNA damage generates additional double-strand breaks in mammalian cells postirradiation Nucleic Acids Res., 32, p. 1602-1609.
619. Fedorova O.S., Nevinsky G.A., Koval V.V., Ishchenko A.A., Vasilenko N.L., Douglas K.T. (2002) Stopped-flow kinetic studies of the interaction between Escherichia coli Fpg protein and DNA substrates. Biochemistry, 41, p. 1520-1528.
620. Gorin A.A., Zhurkin V.B., Olson W.K. (1995) J5-DNA twisting correlates with base-pair morphology. J. Mol. Biol., 247, p. 34-48.
621. Lakowicz J.R., ed. Principles of Fluorescence Spectroscopy. 2nd ed. 1999, Plenum. 725.
622. Ward D.C., Reich E., Stryer L. (1969) Fluorescence studies of nucleotides and polynucleotides. I. Formycin, 2-aminopurine riboside, 2,6-diaminopurine riboside, and their derivatives. J. Biol. Chem., 244, p. 1228-1237.
623. Rachofsky E.L., Osman R., Ross J.B.A. (2001) Probing structure and dynamics of DNA with 2-aminopurine: Effects of local environment on fluorescence. Biochemistry, 40, p. 946-956.
624. Fierke C.A., Hammes G.G. (1995) Transient kinetic approaches to enzyme mechanisms. Methods Enzymol., 249, p. 3-37.
625. Shinmura K., Kohno T., Takeuchi-Sasaki M., Maeda M., Segawa T., Kamo T., Sugimura H., Yokota J. (2000) Expression of the OGGl-type la (nuclear form) protein in cancerous and non-cancerous human cells. Int. J. Oncol., 16, p. 701-707.
626. Nakabeppu Y. (2001) Regulation of intracellular localization of human MTH1, OGG1, and MYH proteins for repair of oxidative DNA damage. Prog. Nucleic Acid Res. Mol. Biol., 68, p. 75-94.
627. Kasai H., Crain P.F., Kuchino Y., Nishimura S., Ootsuyama A., Tanooka H. (1986) Formation of 8-hydroxyguanine moiety in cellular DNA by agents producing oxygen radicals and evidence for its repair. Carcinogenesis, 7, p. 1849-1851.
628. Epe B., Pflaum M., Boiteux S. (1993) DNA damage induced by photosensitizers in cellular and cell-free systems. Mutat. Res., 299, p. 135-145.
629. Kang K.W., Lee S.J., Park J.W., Kim S.G. (2002) Phosphatidylinositol 3-kinase regulates nuclear translocation of NF-E2-related factor 2 through actin rearrangement in response to oxidative stress. Mol. Pharmacol., 62, p. 1001-1010.
630. Dhénaut A., Boiteux S., Radicella J.P. (2000) Characterization of the hOGGl promoter and its expression during the cell cycle. Mutat. Res., 461, p. 109-118.
631. Millonig R., Salvo H., Aebi U. (1988) Probing actin polymerization by intermolecular cross-linking. J. Cell Biol, 106, p. 785-796.
632. Evans R.M. (1988) The intermediate-filament proteins vimentin and desmin are phosphorylated in specific domains. Eur. J. Cell Biol., 46, p. 152-160.
633. Hut H.M.J., Lemstra W., Blaauw E.H., van Cappellen G.W.A., Kampinga H.H., Sibon O.C.M. (2003) Centrosomes split in the presence of impaired DNA integrity during mitosis. Mol. Biol. Cell, 14, p. 1993-2004.
634. Conlon K.A., Berrios M. (2001) Light-induced proteolysis of myosin heavy chain by Rose Bengal-conjugated antibody complexes. J. Photochem. Photobiol, B65, p. 22-28.
635. Conlon K.A., Rosenquist T., Berrios M. (2002) Site-directed photochemical disruption of the actin cytoskeleton by actin-binding Rose Bengal-conjugates. J. Photochem. Photobiol, B68, p. 140-146.
636. Schliwa M. Cytoskeleton. 1986, Springer-Verlag: NY. 340 pp.
637. Giannakakou P., Sackett D.L., Ward Y., Webster K.R., Blagosklonny M.V., Fojo T. (2000) p53 is associated with cellular microtubules and is transported to the nucleus by dyneia Nat. Cell Biol., 2, p. 709-717.
638. Reed E., Kohn E.C., Sarosy G., Dabholkar M., Davis P., Jacob J., Maher M. (1995) Paclitaxel, cisplatin, and cyclophosphamide in human ovarian cancer: Molecular rationale and early clinical results. Semin. Oncol., 22, p. 90-96.
639. Mitchison T., Kirschner M. (1984) Dynamic instability of microtubule growth. Nature, 312, p. 237-242.
640. Lowe J., Li H., Downing K.H., Nogales E. (2001) Refined structure of ap-tubulin at 3.5 A resolutioa J. Mol. Biol., 313, p. 1045-1057.
Научная библиотека диссертаций и авторефератов disserCat http://www.dissercat.com/content/strukturnye-i-dinamicheskie-aspekty-funktsionirovaniya-dnk-n-glikozilaz-v-protsesse-ekstsizi#ixzz4Lex5UmeO
РЕПАРАЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ПОВРЕЖДЕНИЙ (СОЙФЕР В.Н., 1997), БИОЛОГИЯ
Описаны механизмы репарации генетических повреждений на молекулярном уровне: прямая репарация повреждений, эксцизионная репарация, репарация неспаренных оснований, пострепликативная и SOS-репарация. Рассмотрена распространенность репарирующих ферментов в живом мире и возникновение наследственных болезней в результате нарушения генов, управляющих синтезом этих ферментов.
РЕПАРАЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ПОВРЕЖДЕНИЙ
В. Н. СОЙФЕР
Университет им. Джорджа Мейсона, Фэйрфакс,
Вирджиния, США
ВВЕДЕНИЕ
Репарация генетических повреждений - свойство живых организмов восстанавливать повреждения, возникшие в ДНК в результате воздействия разнообразных мутагенных факторов как радиационной, так и химической природы. Оно было открыто относительно недавно, менее полувека назад.
В настоящее время описано много реакций репарации. Одни более просты и происходят немедленно после мутагенного воздействия, другие требуют индукции синтеза новых ферментов и поэтому растянуты во времени. Некоторые реакции идут до того, как клетки вступят в новую фазу деления, другие могут осуществляться и после того, как клетка закончила деление (при этом часть повреждений в геноме сохраняется неотрепарированной). Есть совершенно удивительные реакции, когда клетки "стараются" спасти свою жизнь ценой введения новых мутаций. Исследование процессов репарации идет полным ходом, новые и новые принципы, а не только отдельные детали уже известного "костяка" реакций появляются в печати каждый год. Опубликовано много книг, посвященных репарации и связи ее с мутагенезом. Сейчас стало очевидным, что от того, как клетки справляются с повреждениями, зависит не просто возникновение мутаций, но и такие кардинальные процессы, как появление наследственных болезней и раковых опухолей, старение. По-видимому, репарация сыграла ведущую роль в эволюции живых существ.
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
РАЗЛИЧНЫХ РЕАКЦИЙ РЕПАРАЦИИ
Фотореактивация и другие виды "прямой" репарации. В 1949 году немецкий генетик Альберт Кельнер, бежавший из гитлеровской Германии в США, обнаружил, что в клетках бактерий и грибов, таких, как стрептомицеты и пенициллы, облученных ультрафиолетовым (УФ) светом, а затем перенесенных на видимый свет, частота мутаций падает, а выживаемость резко возрастает по сравнению с клетками, оставленными после облучения в темноте. Кельнер пришел к выводу, что на свету проходят реакции восстановления и какие-то поврежденные молекулы или части их возвращаются к норме. Нужно подчеркнуть, что в 1949 году большинство генетиков еще не понимали ведущей роли ДНК в наследственности, имели весьма смутные представления о структуре хромосом и даже не знали, что дрожжи и другие грибы - эукариоты. Поэтому объяснение, данное Кельнером восстановлению повреждений на свету, было по-настоящему пионерским. Макс Дельбрюк, другой эмигрант из Германии, будущий Нобелевский лауреат, подсказал Кельнеру название для описанного им явления - фотореактивация. В том же 1949 году сходный процесс был найден у бактериальных вирусов и высших организмов - в яйцах морской звезды.
В кратком обзоре невозможно описать сколько-нибудь подробно историю того, как открытие Кельнера обрастало новыми и новыми подробностями. Можно лишь сказать, что, к чести первооткрывателя фотореактивации, он быстро пришел к выводу, что за процесс исправления ответственна простая реакция в наследственном аппарате. Этот вывод был сделан еще до знаменитой работы Дж. Уотсона и Ф. Крика, в которой они в 1953 году постулировали существование ДНК в виде двойных спиралей и приписали ДНК функцию наследственных молекул. В 1958 году был впервые выделен фермент, осуществляющий фотореактивацию, который сейчас называют фотолиазой. В 1960 году голландские ученые Р. Бьюкерс и У. Берендс изучили химию процесса повреждения нуклеиновых кислот УФ-светом и выделили специфический продукт, который возникал только в том случае, если колебания нитей ДНК сводили к минимуму путем замораживания растворов. Оказалось, что двойная связь между пятым и шестым атомами углерода в составе пиримидиновых оснований (тимине и цитозине в ДНК и цитозине и урациле в РНК) под действием УФ-света может рваться. Атомы остаются связанными одиночной связью, а в результате разрыва другой связи образуются две свободные валентности. Обычно ДНК в клетках находятся в так называемой Б-форме, когда плоскости оснований параллельны друг другу и расстояние между плоскостями равно примерно 3,4 Б. Это расстояние оказывается как раз таким, чтобы освободившиеся при УФ-облучении валентности между С5-С6 атомами пиримидиновых оснований, расположенных рядом в цепи ДНК, могли замкнуться друг на друга и сформировать более сложное, так называемое циклобутановое кольцо:
Довольно часто употребляют и другой термин для их обозначения - димер пиримидиновых оснований. В зависимости от того, какие основания соединены в димер, их называют димерами тимина, димерами цитозина или тимин-цитозиновыми димерами. Если димеризация произошла в РНК, то могут возникнуть димеры урацила и любого другого пиримидинового основания.
Фотореактивация заключается в том, что фермент фотолиаза расщепляет вновь образовавшиеся связи между соседними пиримидиновыми основаниями и восстанавливает нативную структуру. В 1963 году фотолиаза была выделена и очищена. В настоящее время выяснено, что в фотолиазе есть участок, либо сам служащий светочувствительным центром, который способен адсорбировать фотоны (в синей части спектра), либо связывающийся с кофакторами, адсорбирующими свет. Хотя тонкие реакции механизма поглощения света фотолиазами до сих пор до конца не поняты, ясно, что свет активирует фотолиазу, которая затем распознает димеры в облученной ДНК, присоединяется к ним и разрывает возникшие между пиримидиновыми кольцами связи. После этого фотолиаза отходит от ДНК. Прямое восстановление структуры ДНК на этом завершено. Это единственная пока найденная ферментная реакция, в которой фактором активации служит не химическая энергия, а энергия видимого света. Все остальные типы репарации не требуют активации светом и потому первое время носили собирательное название "темновая репарация". Сейчас этот термин практически не встречается.
Репарация О6-алкилированного гуанина. Советский генетик И.А. Рапопорт в 1944-1948 годах нашел новый класс химических мутагенов - алкилирующие агенты, способные добавлять к взаимодействующим с ними молекулам алкильные (метиловые, этиловые, пропиловые, бутиловые) боковые группы. Аналогичный результат вскоре был получен английским генетиком Шарлоттой Ауэрбах. В конце 60-х годов стало ясно, что эти мутагены алкилируют пуриновые и пиримидиновые основания в ДНК. Один из наиболее мощных алкилирующих мутагенов, метил-нитро-нитрозогуанидин, может алкилировать гуанин, присоединяя метильную группу к кислороду, связанному с шестым атомом кольца:
Полученный продукт был назван О6-метил-гуанином (или сокращенно О6-меГ). В 1978-1979 годах генетики и биохимики обнаружили, что метильная группа может отщепляться от гуанина и тогда происходит прямое восстановление структуры ДНК в этой точке. В 1982-1988 годах было установлено, что такой же механизм функционирует при репарации О4-алкилтимина. Последующие исследования показали, что в клетках есть белки метилтрансферазы, которые могут захватывать метильные группы от модифицированного гуанина и благодаря этому восстанавливать исходную структуру ДНК. Интересно отметить, что метилтрансфераза, захватив метильную группу, не может от нее освободиться. Тем самым в прямом смысле эти белки не ферменты, так как последние не изменяются в ходе реакций. Если для каждого акта прямой репарации О6-меГ или О4-алТ нужна новая молекула белка, клетка вынуждена запустить синтез новых его порций. Как правило, внутри клетки их накапливается несколько тысяч, чтобы обеспечить нужды репарации: по одной молекуле уходит на одно повреждение. Если процесс возникновения новых повреждений в ДНК идет медленнее, чем синтез новых порций белков, то последних хватает на захват всех метильных групп в гуанинах и мутации не возникают. Если же скорость внесения новых повреждений превышает скорость синтеза белков, последние перестают справляться со всеми повреждениями и в клетках накапливаются мутации. В минуту в клетке E. coli может синтезироваться порядка 100 молекул метилтрансфераз. Следовательно, мутации не возникнут, если скорость возникновения О6-меГ повреждений будет меньше 100 в минуту. Для справки: кишечные палочки делятся каждые 30 минут и, таким образом, клетка за один клеточный цикл может накопить не более 3000 метилтрансфераз.
Репарация однонитевых разрывов ДНК. Еще один тип реакций прямой репарации был обнаружен для однонитевых разрывов ДНК, индуцируемых, например, ионизирующим излучением. При этом с помощью фермента ДНК полинуклеотидлигазы (от англ. ligase - соединять, связывать) происходит прямое воссоединение разорванных концов в молекуле ДНК.
Репарация АП-сайтов за счет прямой вставки пуринов. Голландский ученый Т. Линдал в 1979 году нашел, что при некоторых типах повреждений пуриновых оснований ковалентная связь между основанием и сахаром (гликозидная связь) может рваться. Тогда в молекуле ДНК на месте этих оснований образуется брешь, названная АП-сайтом. Термин приложим также к случаям, когда из ДНК выпадают пиримидиновые основания (термин АП-сайт, таким образом, объединяет все случаи выщепления оснований с образованием и апуриновых и апиримидиновых сайтов). Описаны ферменты, названные инсертазами (от англ. insert - вставлять), которые могут вставлять в брешь такое же основание, какое было до поражения, и соединять его с сахаром. Структура ДНК приобретает исходный неповрежденный вид.
Эксцизионная репарация. Существуют более сложные реакции восстановления, напоминающие хирургические вмешательства в структуру ДНК, когда поврежденные участки вырезаются из цепи ДНК (отсюда происходит и термин "эксцизионная репарация", от англ. excision - вырезание), а затем образовавшиеся бреши заполняются неповрежденным материалом.
А. Вырезание поврежденных оснований гликозилазами и застройка АП-сайтов. К настоящему времени описано много типов ферментов-гликозилаз, каждый из которых узнает разнообразные поврежденные основания (такие, как метилированные, окисленные, восстановленные, дезаминированные основания, основания, связанные с формамидными группировками, и т.п., табл. 1). Гликозилазы присоединяются к ним, рвут гликозидные связи между модифицированным основанием и сахаром дезоксирибозой, за счет чего образуются АП-сайты. АП-сайт распознается теперь другим ферментом, АП-эндонуклеазой. Последние найдены у бактерий, растений, животных, включая человека. Как только в нити ДНК возникает разрыв, в работу вступает еще один фермент - фосфодиэстераза: он отщепляет от ДНК ту сахарофосфатную группу, к которой теперь не присоединено основание. Появляется брешь в одной цепи ДНК размером в один нуклеотид. Напротив бреши в противоположной нити ДНК расположен неповрежденный нуклеотид, и следующий фермент - ДНК полимераза I вставляет в брешь комплементарный ему нуклеотид, присоединяя его к свободному 3'ОН-концу. Чтобы соединить два свободных конца (3'ОН-конец вставленного нуклеотида и 5'-конец, ранее образовавшийся при разрыве нити ДНК АП-эндонуклеазой), вступает в действие еще один фермент - полинуклеотидлигаза. Теперь вся структура ДНК полностью восстановлена: неправильное основание удалено, сахарофосфат, к которому это основание было прикреплено, вырезан из нити ДНК, брешь заполнена правильным нуклеотидом, и все однонитевые разрывы залечены. Поскольку последовательность реакций запущена в действие путем расщепления гликозидной связи, этот вид репарации получил название "вырезание оснований с помощью гликозилаз".
