Три источника немишенных мутаций замены оснований, образующихся после облучения молекулы ДНК ультрафиолетовым светом
В рамках полимеразной модели мутагенеза немишенные мутации замены оснований образуются на неповрежденных участках ДНК, а единственной причиной их формирования являются спорадические ошибки ДНК-полимераз. Разработана полимеразно-таутомерная модель УФ-мутагенеза. Показано, что причиной образования не...
Saved in:
| Published in: | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2013
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85375 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Три источника немишенных мутаций замены оснований, образующихся после облучения молекулы ДНК ультрафиолетовым светом / Е.А. Гребнева // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 1. — С. 143-150. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859737508109090816 |
|---|---|
| author | Гребнева, Е.А. |
| author_facet | Гребнева, Е.А. |
| citation_txt | Три источника немишенных мутаций замены оснований, образующихся после облучения молекулы ДНК ультрафиолетовым светом / Е.А. Гребнева // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 1. — С. 143-150. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | В рамках полимеразной модели мутагенеза немишенные мутации замены оснований
образуются на неповрежденных участках ДНК, а единственной причиной их формирования являются спорадические ошибки ДНК-полимераз. Разработана полимеразно-таутомерная модель УФ-мутагенеза. Показано, что причиной образования немишенных
мутаций замены оснований являются основания ДНК, находящиеся в определенных редких таутомерных формах. Во-первых, к немишенным мутациям может приводить пара оснований гуанин–цитозин, изменивших свое таутомерное состояние путем одновременного перехода протонов, участвующих в образовании первой и второй водородных
связей. Такие редкие таутомерные состояния являются стабильными. Если участок
ДНК, содержащий основания в таких редких таутомерных формах, будет синтезироваться с помощью модифицированных или специализированных ДНК-полимераз, то
могут сформироваться транзиции G−C → A−T или гомологичные трансверсии G−C → C−G. Во-вторых, немишенные мутации замены оснований могут образовываться, когда в обеих нитях ДНК находятся близко расположенные мутагенные цис-син циклобутановые пиримидиновые димеры. В этом случае к немишенным мутациям замены оснований будут приводить молекулы аденина и гуанина в редких таутомерных формах, находящиеся напротив мутагенных димеров. Они могут давать все виды транзиций и трансверсий. И, в-третьих, к различным немишенным мутациям замены оснований могут приводить основания ДНК в редких таутомерных формах, расположенных в небольшой окрестности от любых, в том числе канонических, циклобутановых пиримидиновых димеров.
В рамках полiмеразної моделi мутагенезу передбачається, що немiшеннi мутацiї змiни
основ формуються на непошкоджених дiлянках ДНК, а єдиною причиною їх формування є спорадичнi помилки ДНК-полiмераз. Розроблено полiмеразно-таутомерну модель УФ-мутагенезу. Показано, що причиною формування немiшенних мутацiй змiни баз є основи
ДНК, що знаходяться у певних рiдких таутомерних формах. По-перше, до немiшенних мутацiй може привести пара основ гуанiн–цитозин, що змiнила свiй таутомерний стан за
допомогою одночасного переходу протонiв, якi беруть участь у формуваннi першого i другого
водневого зв’язка. Такi рiдкi таутомернi стани є стабiльними. Якщо дiлянка ДНК, що має
основи у таких рiдких таутомерних станах, буде синтезована за допомогою модифiкованих
або спецiалiзованих ДНК-полiмераз, то можуть сформуватися транзицiї G−C → A−T або гомологiчнi трансверсiї G−C → C−G. По-друге, немiшенннi мутацiї можуть виникати, коли в обох нитках ДНК знаходяться близько розташованi мутагеннi цис-син циклобутановi пiримiдиновi димери. В цьому випадку до немiшенних мутацiй змiни баз будуть приводити молекули аденiну або гуанiну в рiдких таутомерних станах, що знаходяться навпроти мутагенних димерiв. Вони можуть давати усi види транзицiй i трансверсiй.
I, по-третє, до рiзних немiшенних мутацiй змiни баз можуть приводити основи ДНК у рiдких таутомерних станах, що розташованi у невеликiй вiддалi вiд будь-яких, у тому числi канонiчних, циклобутанових пiримiдинових димерiв.
It is assumed now that untargeted substitution mutations are formed on undamaged DNA sites.
In the polymerase paradigm, it is assumed that the only cause of untargeted substitution mutations is sporadic mistakes of DNA polymerases. In this paper, the polymerase — tautomer model
of ultraviolet mutagenesis is developed. It is shown that the cause of the formation of untargeted
substitution mutations is DNA bases in some rare tautomeric forms. The rare tautomeric state of
the guanine — cytosine (G–C) pair, in which atoms of hydrogen of the first and second hydrogen
bonds were simultaneously sent to the partners on hydrogen bonds, will be stable. It is shown that if
the DNA with such damages is synthesized with the help of modified or specialize DNA polymerases,
the G−C → A−T transitions and G−C → C−G homologous transversions can be formed. This
guanine cytosine pair in the rare tautomeric state is the first source of untargeted substitution
mutations. Second, untargeted substitution mutations can be formed if the cis-syn cyclobutane pyrimidine dimers are closely located in both strands of DNA. In this case, adenines or guanines that are in some rare tautomeric forms and located opposite of the dimers can be a source of untargeted
substitution mutations. They may give all types of substitution mutations. Third, DNA bases in
rare tautomeric forms located in a close vicinity of any cyclobutane pyrimidine dimers can induce any untargeted substitution mutations.
|
| first_indexed | 2025-12-01T15:46:01Z |
| format | Article |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
1 • 2013
БIОЛОГIЯ
УДК 577.2:577.3
Е.А. Гребнева
Три источника немишенных мутаций замены
оснований, образующихся после облучения молекулы
ДНК ультрафиолетовым светом
(Представлено членом-корреспондентом НАН Украины В. Н. Варюхиным)
В рамках полимеразной модели мутагенеза немишенные мутации замены оснований
образуются на неповрежденных участках ДНК, а единственной причиной их формиро-
вания являются спорадические ошибки ДНК-полимераз. Разработана полимеразно-та-
утомерная модель УФ-мутагенеза. Показано, что причиной образования немишенных
мутаций замены оснований являются основания ДНК, находящиеся в определенных ред-
ких таутомерных формах. Во-первых, к немишенным мутациям может приводить па-
ра оснований гуанин–цитозин, изменивших свое таутомерное состояние путем однов-
ременного перехода протонов, участвующих в образовании первой и второй водородных
связей. Такие редкие таутомерные состояния являются стабильными. Если участок
ДНК, содержащий основания в таких редких таутомерных формах, будет синтези-
роваться с помощью модифицированных или специализированных ДНК-полимераз, то
могут сформироваться транзиции G−C → A−T или гомологичные трансверсии G−C →
→ C−G. Во-вторых, немишенные мутации замены оснований могут образовываться,
когда в обеих нитях ДНК находятся близко расположенные мутагенные цис-син цикло-
бутановые пиримидиновые димеры. В этом случае к немишенным мутациям замены
оснований будут приводить молекулы аденина и гуанина в редких таутомерных фор-
мах, находящиеся напротив мутагенных димеров. Они могут давать все виды транзи-
ций и трансверсий. И, в-третьих, к различным немишенным мутациям замены основа-
ний могут приводить основания ДНК в редких таутомерных формах, расположенных
в небольшой окрестности от любых, в том числе канонических, циклобутановых пири-
мидиновых димеров.
Нестабильность генома, главная причина образования онкологических заболеваний, харак-
теризуется аномально высоким уровнем образования немишенных и задерживающихся му-
таций [1]. Немишенным мутагенезом называется ветвь SOS мутагенеза, когда мутации появ-
ляются, как предполагается, на неповрежденных участках ДНК [2]. Другими словами, под
действием SOS-обстоятельств индуцируется мутаторная активность, что приводит к появ-
© Е.А. Гребнева, 2013
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №1 143
лению мутаций в “очевидном отсутствии повреждений ДНК”. К немишенному мутагенезу
приводит работа ряда ДНК-полимераз. ДНК-полимераза IV способна вести безошибочный
и ошибочный синтез через повреждение, она активно вызывает и немишенный, и мишенный
SOS-мутагенез. Репликация “неповрежденной” молекулы ДНК с помощью ДНК-полимера-
зы pol V, UmuD′, RecA и белка, связывающего однонитевую ДНК, приводит к немишенному
SOS-мутагенезу. При немишенном мутагенезе преобладают преимущественно мутации заме-
ны оснований. Кроме того, эти процессы характеризуются мутационной специфичностью,
а именно высокой частотой образования трансверсий. Немишенные мутации появляются
исключительно как ошибочное спаривание или как неспаренные основания [2]. Как пра-
вило, мутации образуются на местах димеров. Такой мутагенез называется мишенным [3].
Иногда мутации образуются в небольшой окрестности от димера, это — немишенный му-
тагенез [3]. Известно, что мутации возникают при склонной к ошибкам и SOS-репликации
или репарации, когда ДНК-полимераза становится способной вести синтез на матрице, со-
держащей димеры [2–4].
Общепринятая в настоящее время парадигма связывает причину образования мутаций
исключительно со спорадическими ошибками ДНК-полимераз [3]. Ряд исследователей на
основании того факта, что существуют ДНК-полимеразы с низкой точностью синтеза, та-
кие как ДНК-полимеразы IV и V Escherichia coli, объясняют причины появления мутаций,
опираясь на так называемое “A-rule” [4]. Экспериментально было обнаружено, что поли-
меразы чаще всего встраивают аденин напротив сайтов, лишенных оснований, и напротив
тиминовых циклобутановых димеров. А напротив циклобутановых пиримидиновых диме-
ров и (6–4) фотопродуктов, содержащих тимин и цитозин, ДНК-полимеразы чаще всего
встраивают гуанин. Эти закономерности получили название “A-rule” [4]. Предполагается,
что напротив димеров полимеразы встраивают некомплементарные основания, т. е. такие
основания, которые не способны образовывать водородные связи с матричными основани-
ями. Однако подход, опирающийся исключительно на полимеразную парадигму, являет-
ся ограниченным, противоречит ряду экспериментальных фактов и не дает возможности
объяснить многие явления мутагенеза [5].
Поэтому была предпринята попытка разработать такую модель УФ-мутагенеза, которая
бы учитывала все существующие в настоящее время структурные, квантово-механические
и биологические данные и согласовывалась с ними [5–12]. Как известно, при облучении
молекулы ДНК УФ-светом может изменяться таутомерное состояние входящих в нее осно-
ваний. Разработан механизм изменений таутомерных состояний оснований при облучении
двухцепочечной ДНК УФ-светом [5–7]. Показано, что может образовываться пять редких
таутомерных форм тимина и аденина [5, 7] и семь редких таутомерных форм цитозина
и гуанина [6]. Изучены условия, при которых данные редкие таутомерные формы осно-
ваний ДНК будут устойчивыми [5]. Показано, что если пиримидиновые основания ДНК
входят в состав цис-син циклобутановых пиримидиновых димеров, то пиримидины в не-
которых редких таутомерных формах могут приводить к мишенным мутациям замены
оснований [8, 9].
В рамках полимеразно-таутомерной модели УФ-мутагенеза были изучены механизмы
образования немишенных мутаций. Показано, что если основания ДНК в редких таутомер-
ных формах находятся в небольшой окрестности от димера, то при склонном к ошибкам
синтезе ДНК млекопитающих или SOS-синтезе бактерий они могут приводить к немишен-
ным мутациям замены оснований. Разработано три механизма образования немишенных
мутаций замены оснований.
144 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №1
1. Молекулярные механизмы образования немишенных УФ-мутаций замены
оснований при репликации двухцепочечной ДНК, источником которых являют-
ся пары G∗
1
–C∗
1
. Как показывают квантово-механические расчеты [13], если образовалась
пара оснований G∗
1–C
∗
1, изменивших свое таутомерное состояние путем одновременного пе-
рехода протонов, участвующих в образовании первой и второй Н-связей (рис. 1, б ), то такое
редкое таутомерное состояние будет устойчивым.
Мутации возникают, когда синтез ДНК идет с помощью специализированных ДНК-по-
лимераз, таких как ДНК-полимераза IV или ДНК-полимераза V E. coli, или с помощью
конститутивных ДНК-полимераз, например ДНК-полимеразы III E. coli, когда работает
механизм “скользящей скрепки”. Как было показано, при этом, так же как и при безошибоч-
ном синтезе, напротив матричных оснований встраиваются такие канонические основания,
которые могут образовывать водородные связи с основаниями матрицы [5].
Если синтез молекулы ДНК, содержащей пары G∗
1–C
∗
1, будет осуществляться с помо-
щью модифицированных или специализированных ДНК-полимераз, то могут возникать
транзиции G−C → A−T или гомологичные трансверсии G−C → C−G. Такие повреждения
(пары G∗
1–C
∗
1) могут приводить к немишенным мутациям замены оснований. Этот вывод
согласуется с известными экспериментальными данными. Пары C∗
1–G
∗
1 и G∗
1–C
∗
1 являются
стабильными не только, когда они находятся в небольшой окрестности от димера, а на лю-
бом участке ДНК [13]. Этот факт имеет большие биологические следствия. Во всех случаях,
когда синтез ДНК идет с помощью специализированных ДНК-полимераз, способных вести
синтез через повреждение, эти пары будут давать транзиции или гомологичные трансвер-
сии. Эти мутации будут более или менее равномерно распределены по молекуле ДНК [10].
2. Возможные молекулярные механизмы образования немишенных мутаций
замены оснований, когда в обеих цепях ДНК образуются близко расположен-
ные цис-син циклобутановые пиримидиновые димеры. Было показано [6, 7], что
при образовании цис-син циклобутановых пиримидиновых димеров может изменяться та-
утомерное состояние входящих в них оснований (рис. 1, 2). Как показывает эксперимент,
часто бывает, что цис-син циклобутановые пиримидиновые димеры образуются в обеих
нитях ДНК недалеко друг от друга [14]. Пусть, кроме того, у них произошло изменение та-
утомерных состояний входящих в них оснований. Тогда изменения таутомерных состояний
произойдут не только у оснований, образовавших цис-син циклобутановые пиримидиновые
димеры, но и у спаренных с ними оснований [6, 7]. Редкие таутомерные формы аденинов
или гуанинов будут стабильными из-за того, что они находятся в небольшой окрестности от
циклобутановых пиримидиновых димеров. Это происходит потому, что нить ДНК в неболь-
шой окрестности от циклобутановых пиримидиновых димеров искривляется и водородные
связи между основаниями, входящими в циклобутановые пиримидиновые димеры и спа-
ренные с ними основания, рвутся [15].
Когда мутагенные тиминовые димеры имеются в обеих цепях ДНК недалеко друг от
друга, то источником немишенных мутаций замены оснований являются молекулы адени-
на, находящиеся в редких таутомерных формах. Учтем, что при синтезе молекулы ДНК
с помощью модифицированных или специализированных ДНК-полимераз напротив матри-
чных оснований встраиваются такие канонические основания, которые могут образовывать
водородные связи с основаниями матрицы [5]. Тогда, как показывает структурный ана-
лиз встраивания оснований, напротив аденина A∗
1
можно встроить канонические молекулы
только или цитозина, или аденина. Следовательно, аденин A∗
1 может вызвать немишенные
транзиции A−T → G−C или гомологичные трансверсии A−T → T−A [11].
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №1 145
Рис. 1. Уотсон–криковская пара гуанин–цитозин (а) и возможные новые таутомерные состояния гуанина
и цитозина, появляющиеся после облучения молекулы ДНК УФ-светом (б –з)
146 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №1
Рис. 2. Уотсон-криковская пара тимин–аденин (а) и возможные новые редкие таутомерные состояния ти-
мина и аденина, появляющиеся после облучения молекулы ДНК УФ-светом (б –е)
Молекула гуанина G∗
1 (см. рис. 1, б ) может образовать водородные связи только с тими-
ном (рис. 3, а). Следовательно, возникнет немишенная транзиция G−C → A−T. Молекула
гуанина G∗
2 (см. рис. 2, в) может образовать водородные связи или с тимином (см. рис. 3, б ),
или с гуанином (см. рис. 3, в). Следовательно, это может привести к образованию немишен-
ной транзиции G−C → A−T или немишенной гомологичной трансверсии G−C → C−G [12].
3. Природа и возможные механизмы образования УФ немишенных мутаций
замены оснований, источником которых являются основания ДНК, находящиеся
в редких таутомерных формах и не входящие в состав димеров. Как было пока-
зано, в результате склонной к ошибкам репликации млекопитающих или SOS-репликации
бактерий цис-син циклобутановые цитозиновые димеры CC∗
1
, CC∗
2
, CC∗
2
′, CC∗
5
и CC∗
6
, в ко-
торых одно или оба основания находятся в редких таутомерных формах, могут возникать
мишенные мутации замены оснований [8]. Цис-син циклобутановые цитозиновые димеры
CC∗
1 и CC∗
2 могут привести к транзиции G−C → A−T или к гомологичной трансверсии
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №1 147
Рис. 3. Возможные пары оснований ДНК, образующиеся между основаниями в редких и канонических
таутомерных конфигурациях. а — G∗
1 и T; б — G∗
2 и T; в — G∗
2 и G
G−C → C−G. Цис-син циклобутановый цитозиновый димер CC∗
5
может вызвать трансвер-
сию G−C → T−A. А цис-син циклобутановый цитозиновый димер CC∗
6
может привести
к транзиции G−C → A−T, гомологичной трансверсии G−C → C−G, или к трансверсии
G−C → T−A [8]. Также склонность к ошибкам или SOS-синтезу молекулы ДНК, содержа-
щей цис-син циклобутановые тиминовые димеры TT∗
1 и TT∗
5, может привести к мишенным
мутациям замены оснований [5, 9]. Так, цис-син циклобутановый тиминовый димер TT∗
1
может вызвать транзицию A−T → G−C или гомологичную трансверсию A−T → T−A,
а цис-син циклобутановый тиминовый димер TT∗
5 — трансверсию A−T → C−G или гомо-
логичную трансверсию A−T → T−A [5, 9].
Если в небольшой окрестности от циклобутанового димера основания ДНК изменят свое
таутомерное состояние, то все образовавшиеся редкие таутомерные формы оснований ДНК
будут стабильными. Редкие таутомерные состояния оснований ДНК будут сохраняться, по-
тому что из-за искривления нити ДНК водородные связи между спаренными основаниями,
находящимися в противоположных нитях ДНК, могут разрываться [15]. Они будут сохраня-
ться и во время синтеза молекулы ДНК [5]. Следовательно, если в небольшой окрестности
от димера будут находиться цитозины C∗
1, C∗
2, C∗
5 и C∗
6, гуанины G∗
1 и G∗
2, тимины T∗
1 и T∗
5
или аденины A∗
1, то могут образоваться немишенные мутации замены оснований.
1. Niwa O. Radiation induced dynamic mutations and transgenerational effects // J. Radiat. Res. – 2006. –
47. – P. B25–B30.
2. Maor-Shoshani A., Reuven N.B., Tomer G., Livneh Z. Highly mutagenic replication by DNA polymerase
V (UmuC) provides a mechanistic basis for SOS untargeted mutagenesis // Proc. Natl. Acad. Sci. USA –
2000. – 97. – P. 565–570.
148 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №1
3. Tang M., Pham P., Shen X. et al. Roles of Escherichia coli DNA polymerase IV and V in lesion-targeted
and untargeted SOS mutagenesis // Nature. – 2000. – 404. – P. 1014–1018.
4. Taylor J.-S. New structural and mechanistic insight into the A-rule and the instructional and non-instructi-
onal behavior of DNA photoproducts and other lesions // Mutat. Res. – 2002. – 510, No 1. – P. 55–70.
5. Grebneva H.A. One of mechanisms of targeted substitution mutations formation at SOS -replication of
double-stranded DNA containing cis-syn cyclobutane thymine dimers // Environ. Mol. Mutagen. – 2006. –
47. – P. 733–745.
6. Гребнева Е.А. Механизмы образования потенциальных мутаций при формировании цитозиновых ди-
меров в результате облучения двухцепочечной ДНК ультрафиолетовым светом // Доп. НАН Украї-
ни – 2001. – № 7. – С. 165–169.
7. Grebneva H.A. Nature and possible mechanisms formation of potential mutations arising at emerging of
thymine dimers after irradiation of double-stranded DNA by ultraviolet light // J. Mol. Struct. – 2003. –
645. – P. 133–143.
8. Гребнева Е.А. Мишенный мутагенез, вызванный цитозиновыми димерами и механизм образования
мутаций оснований при SOS-репликации после облучения двухцепочечной ДНК ультрафиолетовым
светом // Доп. НАН України. – 2001. – № 8. – С. 183–189.
9. Гребнева Е.А. Молекулярные механизмы образования мутаций замены оснований при пострепли-
кативной SOS-репарации двухцепочечной ДНК, содержащей тиминовые димеры // Бiополiмери i
клiтина – 2001. – 17, № 6. – С. 487–500.
10. Гребнева Е.А., Иванов М.О. Возможные молекулярные механизмы немишенного типа при SOS-ре-
пликации двухцепочечной ДНК // Там само. – 2001. – 17, № 5. – С. 388–395.
11. Гребнева Е.А. Возможные молекулярные механизмы немишенного мутагенеза при пострепликатив-
ной SOS-репарации двухцепочечной ДНК, содержащей в обеих цепях тиминовые димеры // Там
само. – 2002. – 18, № 5. – С. 394–400.
12. Гребнева Е.А. Механизм образования немишенных мутаций замены оснований при склонном к ошиб-
кам и SOS-синтезе двухцепочечной ДНК, содержащей в обеих цепях цис-син циклобутановые цито-
зиновые димеры // Вiсн. Донецьк. ун-ту. – 2011. – № 2. – С. 132–138.
13. Gorb L., Podolyan Y., Dziekonski P. et al. Double-proton transfer in adenine-thymine and guanine-cytosine
base pairs. A post-Hartree-Fock ab initio study // J. Amer. Chem. Soc. – 2004. – 126. – P. 10119–10129.
14. Canella K.A., Seidman M.M. Mutation spectra in supF: approaches to elucidating sequence context
effects // Mutat. Res. – 2000. – 450. – P. 61–73.
15. Raghunathan G., Kieber-Emmons T., Rein R., Alderfer J. L. Conformation features of DNA containing a
cis-syn photodimer // J. Biomol. Struct. Dyn. – 1990. – 7, No 4. – P. 899–913.
Поступило в редакцию 07.05.2012Донецкий физико-технический
институт НАН Украины
О.А. Гребнева
Три джерела немiшенних мутацiй змiни основ, що формуються
пiсля опромiнювання молекули ДНК ультрафiолетовим свiтлом
В рамках полiмеразної моделi мутагенезу передбачається, що немiшеннi мутацiї змiни
основ формуються на непошкоджених дiлянках ДНК, а єдиною причиною їх формуван-
ня є спорадичнi помилки ДНК-полiмераз. Розроблено полiмеразно-таутомерну модель УФ-
мутагенезу. Показано, що причиною формування немiшенних мутацiй змiни баз є основи
ДНК, що знаходяться у певних рiдких таутомерних формах. По-перше, до немiшенних му-
тацiй може привести пара основ гуанiн–цитозин, що змiнила свiй таутомерний стан за
допомогою одночасного переходу протонiв, якi беруть участь у формуваннi першого i другого
водневого зв’язка. Такi рiдкi таутомернi стани є стабiльними. Якщо дiлянка ДНК, що має
основи у таких рiдких таутомерних станах, буде синтезована за допомогою модифiкованих
або спецiалiзованих ДНК-полiмераз, то можуть сформуватися транзицiї G−C → A−T або
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №1 149
гомологiчнi трансверсiї G−C → C−G. По-друге, немiшенннi мутацiї можуть виникати,
коли в обох нитках ДНК знаходяться близько розташованi мутагеннi цис-син циклобу-
тановi пiримiдиновi димери. В цьому випадку до немiшенних мутацiй змiни баз будуть
приводити молекули аденiну або гуанiну в рiдких таутомерних станах, що знаходяться
навпроти мутагенних димерiв. Вони можуть давати усi види транзицiй i трансверсiй.
I, по-третє, до рiзних немiшенних мутацiй змiни баз можуть приводити основи ДНК
у рiдких таутомерних станах, що розташованi у невеликiй вiддалi вiд будь-яких, у тому
числi канонiчних, циклобутанових пiримiдинових димерiв.
H.A. Grebneva
Three sources of untargeted substitution mutations arising under
irradiation of a DNA molecule by ultraviolet light
It is assumed now that untargeted substitution mutations are formed on undamaged DNA sites.
In the polymerase paradigm, it is assumed that the only cause of untargeted substitution muta-
tions is sporadic mistakes of DNA polymerases. In this paper, the polymerase — tautomer model
of ultraviolet mutagenesis is developed. It is shown that the cause of the formation of untargeted
substitution mutations is DNA bases in some rare tautomeric forms. The rare tautomeric state of
the guanine — cytosine (G–C) pair, in which atoms of hydrogen of the first and second hydrogen
bonds were simultaneously sent to the partners on hydrogen bonds, will be stable. It is shown that if
the DNA with such damages is synthesized with the help of modified or specialize DNA polymerases,
the G−C → A−T transitions and G−C → C−G homologous transversions can be formed. This
guanine — cytosine pair in the rare tautomeric state is the first source of untargeted substitution
mutations. Second, untargeted substitution mutations can be formed if the cis-syn cyclobutane pyri-
midine dimers are closely located in both strands of DNA. In this case, adenines or guanines that
are in some rare tautomeric forms and located opposite of the dimers can be a source of untargeted
substitution mutations. They may give all types of substitution mutations. Third, DNA bases in
rare tautomeric forms located in a close vicinity of any cyclobutane pyrimidine dimers can induce
any untargeted substitution mutations.
150 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №1
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-85375 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T15:46:01Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гребнева, Е.А. 2015-07-28T14:17:46Z 2015-07-28T14:17:46Z 2013 Три источника немишенных мутаций замены оснований, образующихся после облучения молекулы ДНК ультрафиолетовым светом / Е.А. Гребнева // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 1. — С. 143-150. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85375 577.2:577.3 В рамках полимеразной модели мутагенеза немишенные мутации замены оснований образуются на неповрежденных участках ДНК, а единственной причиной их формирования являются спорадические ошибки ДНК-полимераз. Разработана полимеразно-таутомерная модель УФ-мутагенеза. Показано, что причиной образования немишенных мутаций замены оснований являются основания ДНК, находящиеся в определенных редких таутомерных формах. Во-первых, к немишенным мутациям может приводить пара оснований гуанин–цитозин, изменивших свое таутомерное состояние путем одновременного перехода протонов, участвующих в образовании первой и второй водородных связей. Такие редкие таутомерные состояния являются стабильными. Если участок ДНК, содержащий основания в таких редких таутомерных формах, будет синтезироваться с помощью модифицированных или специализированных ДНК-полимераз, то могут сформироваться транзиции G−C → A−T или гомологичные трансверсии G−C → C−G. Во-вторых, немишенные мутации замены оснований могут образовываться, когда в обеих нитях ДНК находятся близко расположенные мутагенные цис-син циклобутановые пиримидиновые димеры. В этом случае к немишенным мутациям замены оснований будут приводить молекулы аденина и гуанина в редких таутомерных формах, находящиеся напротив мутагенных димеров. Они могут давать все виды транзиций и трансверсий. И, в-третьих, к различным немишенным мутациям замены оснований могут приводить основания ДНК в редких таутомерных формах, расположенных в небольшой окрестности от любых, в том числе канонических, циклобутановых пиримидиновых димеров. В рамках полiмеразної моделi мутагенезу передбачається, що немiшеннi мутацiї змiни основ формуються на непошкоджених дiлянках ДНК, а єдиною причиною їх формування є спорадичнi помилки ДНК-полiмераз. Розроблено полiмеразно-таутомерну модель УФ-мутагенезу. Показано, що причиною формування немiшенних мутацiй змiни баз є основи ДНК, що знаходяться у певних рiдких таутомерних формах. По-перше, до немiшенних мутацiй може привести пара основ гуанiн–цитозин, що змiнила свiй таутомерний стан за допомогою одночасного переходу протонiв, якi беруть участь у формуваннi першого i другого водневого зв’язка. Такi рiдкi таутомернi стани є стабiльними. Якщо дiлянка ДНК, що має основи у таких рiдких таутомерних станах, буде синтезована за допомогою модифiкованих або спецiалiзованих ДНК-полiмераз, то можуть сформуватися транзицiї G−C → A−T або гомологiчнi трансверсiї G−C → C−G. По-друге, немiшенннi мутацiї можуть виникати, коли в обох нитках ДНК знаходяться близько розташованi мутагеннi цис-син циклобутановi пiримiдиновi димери. В цьому випадку до немiшенних мутацiй змiни баз будуть приводити молекули аденiну або гуанiну в рiдких таутомерних станах, що знаходяться навпроти мутагенних димерiв. Вони можуть давати усi види транзицiй i трансверсiй. I, по-третє, до рiзних немiшенних мутацiй змiни баз можуть приводити основи ДНК у рiдких таутомерних станах, що розташованi у невеликiй вiддалi вiд будь-яких, у тому числi канонiчних, циклобутанових пiримiдинових димерiв. It is assumed now that untargeted substitution mutations are formed on undamaged DNA sites. In the polymerase paradigm, it is assumed that the only cause of untargeted substitution mutations is sporadic mistakes of DNA polymerases. In this paper, the polymerase — tautomer model of ultraviolet mutagenesis is developed. It is shown that the cause of the formation of untargeted substitution mutations is DNA bases in some rare tautomeric forms. The rare tautomeric state of the guanine — cytosine (G–C) pair, in which atoms of hydrogen of the first and second hydrogen bonds were simultaneously sent to the partners on hydrogen bonds, will be stable. It is shown that if the DNA with such damages is synthesized with the help of modified or specialize DNA polymerases, the G−C → A−T transitions and G−C → C−G homologous transversions can be formed. This guanine cytosine pair in the rare tautomeric state is the first source of untargeted substitution mutations. Second, untargeted substitution mutations can be formed if the cis-syn cyclobutane pyrimidine dimers are closely located in both strands of DNA. In this case, adenines or guanines that are in some rare tautomeric forms and located opposite of the dimers can be a source of untargeted substitution mutations. They may give all types of substitution mutations. Third, DNA bases in rare tautomeric forms located in a close vicinity of any cyclobutane pyrimidine dimers can induce any untargeted substitution mutations. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Біологія Три источника немишенных мутаций замены оснований, образующихся после облучения молекулы ДНК ультрафиолетовым светом Три джерела немiшенних мутацiй змiни основ, що формуються пiсля опромiнювання молекули ДНК ультрафiолетовим свiтлом Three sources of untargeted substitution mutations arising under irradiation of a DNA molecule by ultraviolet light Article published earlier |
| spellingShingle | Три источника немишенных мутаций замены оснований, образующихся после облучения молекулы ДНК ультрафиолетовым светом Гребнева, Е.А. Біологія |
| title | Три источника немишенных мутаций замены оснований, образующихся после облучения молекулы ДНК ультрафиолетовым светом |
| title_alt | Три джерела немiшенних мутацiй змiни основ, що формуються пiсля опромiнювання молекули ДНК ультрафiолетовим свiтлом Three sources of untargeted substitution mutations arising under irradiation of a DNA molecule by ultraviolet light |
| title_full | Три источника немишенных мутаций замены оснований, образующихся после облучения молекулы ДНК ультрафиолетовым светом |
| title_fullStr | Три источника немишенных мутаций замены оснований, образующихся после облучения молекулы ДНК ультрафиолетовым светом |
| title_full_unstemmed | Три источника немишенных мутаций замены оснований, образующихся после облучения молекулы ДНК ультрафиолетовым светом |
| title_short | Три источника немишенных мутаций замены оснований, образующихся после облучения молекулы ДНК ультрафиолетовым светом |
| title_sort | три источника немишенных мутаций замены оснований, образующихся после облучения молекулы днк ультрафиолетовым светом |
| topic | Біологія |
| topic_facet | Біологія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85375 |
| work_keys_str_mv | AT grebnevaea triistočnikanemišennyhmutaciizamenyosnovaniiobrazuûŝihsâposleoblučeniâmolekulydnkulʹtrafioletovymsvetom AT grebnevaea tridžerelanemišennihmutaciizminiosnovŝoformuûtʹsâpislâoprominûvannâmolekulidnkulʹtrafioletovimsvitlom AT grebnevaea threesourcesofuntargetedsubstitutionmutationsarisingunderirradiationofadnamoleculebyultravioletlight |