Механизмы образования мишенных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые цитозиновые димеры
В рамках развиваемой полимеразно-таутомерной модели ультрафиолетового мутагенеза предлагается модель механизма образования мишенных инсерций, вызванных цис-син циклобутановыми цитозиновыми димерами. Инсерции — это мутации сдвига рамки
 чтения, когда встраивается одно или несколько оснований...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Дата: | 2014 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2014
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88565 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Механизмы образования мишенных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые цитозиновые димеры / Е.А. Гребнева // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2014. — № 11. — С. 156-164. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860087273383526400 |
|---|---|
| author | Гребнева, Е.А. |
| author_facet | Гребнева, Е.А. |
| citation_txt | Механизмы образования мишенных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые цитозиновые димеры / Е.А. Гребнева // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2014. — № 11. — С. 156-164. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | В рамках развиваемой полимеразно-таутомерной модели ультрафиолетового мутагенеза предлагается модель механизма образования мишенных инсерций, вызванных цис-син циклобутановыми цитозиновыми димерами. Инсерции — это мутации сдвига рамки
чтения, когда встраивается одно или несколько оснований ДНК. Структурный анализ
встраивания оснований показал, что напротив двух редких таутомерных форм цитозина невозможно встроить ни одно из канонических оснований так, чтобы между ними и матричными основаниями образовались водородные связи. Поэтому при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые цитозиновые димеры, содержащие молекулы цитозина в таких редких таутомерных формах, специализированные или модифицированные ДНК-полимеразы напротив этих цис-син циклобутановых цитозиновых димеров будут оставлять бреши в один нуклеотид. На участках ДНК с однородным нуклеотидным составом, в соответствии с моделью Стрейзингера, конец нити ДНК может сползти, соединиться с помощью водородных связей так, что образуется петля. В результате дочерняя нить удлиняется, появляется мишенная мутация сдвига рамки чтения — мишенная инсерция.
У рамках розроблюваної полiмеразно-таутомерної моделi ультрафiолетового мутагенезу,
запропоновано модель механiзму формування мiшенних iнсерцiй, що викликанi цис-син циклобутановими цитозиновими димерами. Iнсерцiї — це мутацiї зсуву рамки читання, коли вбудовується одна або декiлька основ ДНК. Структурний аналiз вбудовування основ показав, що навпроти двох рiдких таутомерних станiв цитозину неможливо вбудувати жодну з канонiчних основ так, щоб мiж ними та матричними основами сформувались водневi зв’язки. Тому при синтезi молекули ДНК, що мiстить цис-син циклобутановi цитозиновi
димери, що мають молекули цитозину в таких рiдких таутомерних формах, спецiалiзованi або модифiкованi ДНК-полiмерази навпроти цих цис-син циклобутанових цитозинових димерiв будуть залишати проломи в один нуклеотид. На дiлянках ДНК з однорiдним нуклеотидним складом, вiдповiдно до моделi Стрейзингера, кiнець нитки ДНК може сповзти, з’єднатися за допомогою водневих зв’язкiв так, що утвориться петля. У результатi подовжується дочiрня нитка, з’являється мiшенна мутацiя зсуву рамки читання — мiшенна iнсерцiя.
A polymerase — tautomer model of ultraviolet mutagenesis is developed. The mechanism of formation
of targeted insertions that is caused by cis-syn cyclobutane cytosine dimers is proposed. Insertions
are frameshift mutations, when one or several DNA bases are inserted. Structural analysis has shown that, opposite two rare tautomeric forms of cytosine, it is impossible to insert any canonical DNA bases with template bases with the formation of hydrogen bonds. Therefore, under
the synthesis of DNA containing cis-syn cyclobutane cytosine dimers with cytosine molecules in such rare tautomeric forms, specialized or modified DNA polymerases will leave one nucleotide gaps opposite these cis-syn cyclobutane cytosine dimers. On DNA sites with homogeneous nucleotide
composition, the end of a DNA strand may slip and join with hydrogen bonds so that a loop is formed by the Streisinger model. As a result, the daughter strand is elongated, and the targeted insertion is formed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:20:41Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 577.2:577.3
Е.А. Гребнева
Механизмы образования мишенных инсерций
при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син
циклобутановые цитозиновые димеры
(Представлено членом-корреспондентом НАН Украины В.Н. Варюхиным)
В рамках развиваемой полимеразно-таутомерной модели ультрафиолетового мутагене-
за предлагается модель механизма образования мишенных инсерций, вызванных цис-син
циклобутановыми цитозиновыми димерами. Инсерции — это мутации сдвига рамки
чтения, когда встраивается одно или несколько оснований ДНК. Структурный анализ
встраивания оснований показал, что напротив двух редких таутомерных форм цитози-
на невозможно встроить ни одно из канонических оснований так, чтобы между ними
и матричными основаниями образовались водородные связи. Поэтому при синтезе мо-
лекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые цитозиновые димеры, содержащие
молекулы цитозина в таких редких таутомерных формах, специализированные или мо-
дифицированные ДНК-полимеразы напротив этих цис-син циклобутановых цитозино-
вых димеров будут оставлять бреши в один нуклеотид. На участках ДНК с однородным
нуклеотидным составом, в соответствии с моделью Стрейзингера, конец нити ДНК
может сползти, соединиться с помощью водородных связей так, что образуется пет-
ля. В результате дочерняя нить удлиняется, появляется мишенная мутация сдвига
рамки чтения — мишенная инсерция.
В результате облучения молекулы ДНК ультрафиолетовым светом образуются циклобу-
тановые пиримидиновые димеры или (6–4)-аддукты. Чаще всего образуются цис-син ци-
клобутановые пиримидиновые димеры, в которых ориентация оснований относительно са-
харо-фосфатного остова не изменяется. Они вызывают мутации замены оснований, сдви-
га рамки чтения и сложные мутации [1]. Мутации сдвига рамки часто составляют около
половины всех мутаций. Как хорошо известно, молекула ДНК представляет собой текст,
в котором роль букв играют основания ДНК четырех типов (аденин, гуанин, цитозин,
тимин), слова всегда состоят из трех букв и записаны сплошным текстом без пробелов
и практически без знаков препинания. Каждое слово кодирует одну аминокислоту, ко-
торая, в свою очередь, является кирпичиком для построения белков. Если на некото-
ром участке ДНК будет встроено или удалено одно или несколько оснований (не кра-
тное трем), то весь огромный участок ДНК от места повреждения до терминирующе-
го кодона (играющего роль точки) изменит свой смысл. Если такие повреждения прои-
зойдут на участке ДНК, кодирующем белки, то в результате будут синтезированы не-
правильные белки, как правило, биологически неактивные, в большинстве случаев это
приведет к гибели клетки. Если встроено одно или несколько оснований, то такие му-
тации сдвига рамки называются инсерциями, а если удалено одно или несколько осно-
ваний, то это — делеции [2]. Было показано, что ошибка проскальзывания ДНК-поли-
© Е.А. Гребнева, 2014
156 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №11
меразы III приводит к мутации сдвига рамки чтения, а именно вставке одного основа-
ния [3].
Рассматриваются несколько механизмов RecA-независимых перегруппировок последо-
вательностей оснований: простое проскальзывание при репликации, обмен сестринских хро-
мосом, ассоциированных с проскальзыванием и др. [4]. В настоящее время наиболее обо-
снованной моделью, объясняющей механизм образования мутаций сдвига рамки, считается
модель Стрейзингера [5, 6], которая предполагает, что причина образования мутаций сдви-
га рамки лежит в появлении брешей и проскальзывании нити ДНК во время синтеза [7].
Однако в рамках общепринятой в настоящее время модели мутагенеза (полимеразной па-
радигмы) абсолютно не ясно, как цис-син циклобутановые пиримидиновые димеры могут
приводить к мутациям сдвига рамки и почему в одних случаях они вызывают мутации
замены оснований, а в других — мутации сдвига рамки.
Общепринятая в настоящее время полимеразная парадигма связывает причину образо-
вания мутаций исключительно со спорадическими ошибками ДНК-полимераз [8]. В ряде
работ автором была разработана альтернативная, полимеразно-таутомерная модель уль-
трафиолетового мутагенеза [9–13]. Было показано, что при образовании цис-син циклобу-
тановых пиримидиновых димеров может изменяться таутомерное состояние входящих в них
оснований [9, 11]. Возможно образование пяти редких таутомерных состояний тимина и аде-
нина [11] и семи — гуанина и цитозина [9]. Они устойчивы, когда основания в редких тау-
томерных формах входят в состав цис-син циклобутановых пиримидиновых димеров и во
время синтеза ДНК [11, 12]. Часть таких повреждений может приводить к мутациям за-
мены оснований [10, 12]. Разработана модель механизма образования мишенных инсерций,
вызванных цис-син циклобутановыми тиминовыми димерами [13]. Исследуем, к каким био-
логическим последствиям могут привести цис-син циклобутановые цитозиновые димеры
с основаниями, находящимися в других редких таутомерных формах.
Склонный к ошибкам или SOS синтез молекулы ДНК, содержащей цис-син
циклобутановые цитозиновые димеры. Повреждения ДНК могут устраняться в про-
цессах репарации. Если они не будут устранены, то они могут приводить к мутациям.
Обычно мутации возникают напротив циклобутановых пиримидиновых димеров при склон-
ной к ошибкам или SOS-репликации, репарации или транскрипции. Мутации образуются,
как правило, в двух случаях. Во-первых, если конститутивные ДНК-полимеразы, такие как
Pol δ и Pol ε клеток эукариотов или Pol IIIEscherichia coli, прижимаются к ДНК скользящей
скрепкой, что препятствует работе 3′ → 5′-экзонуклеаз. И, во-вторых, когда в синтез вов-
лекаются специализированные ДНК полимеразы, такие как ДНК-полимеразы Pol η и Pol ζ
дрожжей или ДНК-полимеразы Pol IV и Pol V E. coli, с ослабленными корректорскими
функциями [14]. Как показал анализ работы различных ДНК-полимераз, специализиро-
ванные и модифицированные ДНК-полимеразы встраивают напротив циклобутановых пи-
римидиновых димеров такие основания, которые могут образовывать с ними водородные
связи [12]. В этом смысле специализированные и модифицированные ДНК-полимеразы, ко-
торые могут приводить к мутациям, ведут себя точно так же, как конститутивные ДНК-по-
лимеразы, способные синтезировать ДНК безошибочно.
Мутации сдвига рамки образуются на участках ДНК с однородным нуклеотидным со-
ставом, это могут быть участки с монотонной последовательностью G-C или A-Т пар, или
последовательным чередованием G-C и C-G пар. Как показано в [9], для цитозина возможно
образование семи редких таутомерных форм (рис. 1). Они будут стабильными, если соот-
ветствующие основания входят в состав циклобутановых цитозиновых димеров. Это проис-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №11 157
Рис. 1. Редкие таутомерные состояния гуанина и цитозина. a — уотсон-криковская пара гуанин-цитозин;
б –з — возможные новые редкие таутомерные состояния гуанина и цитозина, появляющиеся после облучения
молекулы ДНК ультрафиолетовым светом
ходит потому, что напротив циклобутановых пиримидиновых димеров нить ДНК искрив-
ляется и водородные связи между основаниями, находящимися в противоположных нитях
ДНК, рвутся [12]. Когда образуются инсерции, то чаще всего появляются вставки в один
158 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №11
Рис. 2. Образование инсерций в один нуклеотид. а — участок ДНК, содержащий циклобутановый цитозино-
вый димер CC∗
3; б — участок ДНК застраивается с помощью модифицированной или специализированной
ДНК-полимеразы, напротив циклобутанового димера CC∗
3 появляется брешь в один нуклеотид; в — конец
нити ДНК сползает; г — конец нити ДНК соединяется на один нуклеотид дальше, образуется петля; е —
брешь застраивается, образуется вставка из одного нуклеотида
нуклеотид [2, 3]. Рассмотрим участок ДНК с однородным нуклеотидным составом, одна
нить которого содержит цис-син циклобутановый цитозиновый димер CC∗
3, одно основа-
ние в котором это канонический цитозин, а второе — цитозин C∗
3 (см. рис. 1, г) в редкой
таутомерной форме (рис. 2, а). Пусть этот участок ДНК синтезируется с помощью специ-
ализированных или модифицированных ДНК-полимераз.
Сделаем структурную проверку встраивания оснований ДНК напротив цитозина C∗
3
(рис. 3, б ), т. е. посмотрим, какие канонические основания можно встроить напротив ци-
тозина C∗
3 так, чтобы между ними образовались водородные связи. Напротив цитозина C∗
3
ДНК-полимераза не сможет встроить тимин из-за отталкивания атома водорода H3 тимина
и H1G цитозина C∗
3 (см. рис. 3, в). Она не сможет встроить аденин из-за отталкивания H′
6
аденина и H′
4 цитозина C∗
3 (см. рис. 3, г). Она не сможет встроить цитозин из-за отталкива-
ния H′
4 канонического цитозина и H′
4 цитозина C∗
3 (см. рис. 3, д). Она не сможет встроить
гуанин из-за отталкивания H′
1 гуанина и H1G цитозина C∗
3, а также отталкивания H′
2 гуани-
на и H′
2G цитозина C∗
3 (см. рис. 3, е). Другими словами, напротив цитозина C∗
3 невозможно
встроить ни одно каноническое основание так, чтобы между ним и каноническими основа-
ниями образовались водородные связи.
При синтезе через повреждение с помощью модифицированных (ДНК-полимеразы
III E. coli, ДНК-полимеразы δ, ДНК-полимеразы ε млекопитающих) или специализи-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №11 159
Рис. 3. Структурный анализ возможности спаривания цитозина C∗
3 с каноническими основаниями ДНК.
а — каноническая пара гуанин-цитозин; б — пара оснований гуанин-цитозин G∗
3–C∗
3, находящихся в редкой
таутомерной форме; в–е — структурный анализ возможности спаривания цитозина C∗
3 с каноническими
основаниями ДНК: в — с тимином; г — с аденином; д — с цитозином; е — с гуанином
рованных (ДНК-полимеразы Pol η, Pol ζ млекопитающих или ДНК-полимераз IV или
V E. coli) ДНК-полимераз напротив цис-син циклобутанового димера CC∗
3 появится
брешь в один нуклеотид. Брешь образуется напротив цитозина C∗
3 (см. рис. 2, б ). Нить
ДНК может сползти (см. рис. 2, в). Это может быть вызвано тем, что при обра-
зовании циклобутановых пиримидиновых димеров нить ДНК искривляется и водоро-
дные связи рвутся [15]. Поскольку описываемые события происходят на участке с одно-
родным нуклеотидным составом, то при соединении нить ДНК может образовать не-
большую петлю (см. рис. 2, г). Если эта нить ДНК соединится со следующим осно-
ванием ДНК в противоположной нити, то брешь расширится до двух нуклеотидов
(см. рис. 2, г). При застройке этой бреши с помощью конститутивных ДНК-полимераз
образуется вставка из одного нуклеотида — мишенная инсерция в один нуклеотид (см.
рис. 2, д).
160 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №11
Рис. 4. Образование мишенных инсерций из нескольких нуклеотидов. а — участок ДНК, содержащий цикло-
бутановые цитозиновые димеры CC∗
3 и CC; б — напротив циклобутанового димера CC∗
3 появляется брешь
в один нуклеотид; в — конец нити ДНК сползает; г — образуется петля; д — большая брешь застраивается,
образуется вставка из нескольких нуклеотидов — мишенная инсерция
Посмотрим, как могут образовываться более протяженные инсерции. Рассмотрим учас-
ток ДНК с однородным нуклеотидным составом, одна нить которого содержит два цис-син
циклобутановых пиримидиновых димера. Это цис-син циклобутановый цитозиновый ди-
мер CC∗
3, одно основание в котором — канонический цитозин, а второе — цитозин C∗
3 (см.
рис. 1) в редкой таутомерной форме, и циклобутановый пиримидиновый димер с основа-
ниями в канонических таутомерных формах (см. рис. 2, а). Пусть синтез осуществляется
с помощью специализированных или модифицированных ДНК-полимераз. Тогда напротив
цис-син циклобутанового димера CC∗
3 появится брешь в один нуклеотид. Брешь образуется
напротив цитозина C∗
3 (рис. 4, б ).
Конец нити ДНК может сползти, особенно если рядом с димером CC∗
3 есть еще любой
циклобутановый димер, поскольку напротив таких димеров цепь искривляется и водород-
ные связи рвутся (см. рис. 4, г). Так как события происходят на однородном участке, то
конец нити может соединиться водородными связями с соседним участком так, что появи-
тся большая петля (см. рис. 4, д). Появившаяся новая большая брешь обычно застраивает-
ся с помощью конститутивных ДНК-полимераз (см. рис. 4, е), что и приводит к вставке
нескольких нуклеотидов, образуется мишенная инсерция. Предложенные механизмы обра-
зования инсерций соответствуют модели Стрейзингера [7].
Можно показать, что напротив цитозина в редкой таутомерной форме C∗
7 (см. рис. 1, з)
невозможно встроить ни одно из оснований ДНК так, чтобы между ними образовались
водородные связи. Следовательно, при синтезе ДНК, содержащей цис-син циклобутановый
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №11 161
димер CC∗
7, может образоваться брешь в один нуклеотид. Точно так же можно показать, что
при склонной к ошибкам или SOS-репликации ДНК цитозиновые димеры CC∗
7, содержащие
цитозин C∗
7, могут приводить к вставкам нескольких нуклеотидов (мишенным инсерциям).
Из вышесказанного следует, что источником мутаций сдвига рамки чтения являются,
в частности, цис-син циклобутановые цитозиновые димеры, одно или оба основания ко-
торых находятся в таких редких таутомерных формах, которые не могут образовывать
водородные связи с каноническими основаниями ДНК.
Таким образом, в рамках развиваемой автором полимеразно-таутомерной модели уль-
трафиолетового мутагенеза предлагается модель механизма образования мишенных инсер-
ций, мутаций сдвига рамки чтения, вызванных цис-син циклобутановыми цитозиновыми
димерами. Структурный анализ встраивания канонических оснований ДНК напротив цис-
син циклобутановых цитозиновых димеров CC∗
3 и CC∗
7 показал, что напротив них невозмо-
жно встроить ни одно каноническое основание так, чтобы образовались водородные связи
между основаниями C∗
3 или C∗
7 и каноническими основаниями ДНК. При этом мы опирались
на тот факт, что при синтезе ДНК специализированные или модифицированные ДНК-по-
лимеразы встраивают напротив циклобутановых димеров такие канонические основания,
которые способны образовывать водородные связи с основаниями матричной ДНК.
Рассмотрен синтез двухцепочечной ДНК, содержащей в одной из своих цепей цис-син
циклобутановые цитозиновые димеры, одно или оба основания в которых находятся в ред-
ких таутомерных формах C∗
3 или C∗
7. Если синтез ДНК происходит с помощью модифици-
рованных или специализированных ДНК-полимераз, то напротив цис-син циклобутановых
цитозиновых димеров, содержащих молекулы цитозина C∗
3 или C∗
7, могут появиться бреши
в один нуклеотид. На участках ДНК с однородным нуклеотидным составом, в соответ-
ствии с моделью Стрейзингера, концы растущей нити ДНК могут сползать, соединяться
в новом месте и образовывать петли, в результате дочерняя нить удлиняется, появляет-
ся мишенная мутация сдвига рамки чтения — мишенная инсерция (вставка из нескольких
нуклеотидов).
В предыдущих работах было показано, что цис-син циклобутановые цитозиновые диме-
ры, содержащие молекулы цитозина в редких таутомерных формах C∗
1, C∗
2, C∗
5 и C∗
6, могут
приводить только к мутациям замены оснований [11]. В настоящей работе показано, что
цис-син циклобутановые цитозиновые димеры, содержащие молекулы цитозина в редких
таутомерных формах C∗
3 и C∗
7, могут приводить только к мутациям сдвига рамки чтения.
Таким образом, разрабатываемая полимеразно-таутомерная модель ультрафиолетового му-
тагенеза способна объяснить образование как мишенных мутаций замены оснований, так
и появление мишенных мутаций сдвига рамки.
1. Wang C.-I., Taylor J.-S. In vitro evidence that UV-induced frameshift and substitution mutations at T
tracts are the result of misalignment-mediated replication past a specific thymine dimer // Biochemistry. –
1992. – 31. – P. 3671–3681.
2. Shibutani S., Takeshita M., Grollman A.P. Insertion of specific bases during DNA synthesis past the
oxidation-damaged base 8-oxoG // Nature. – 1991. – 349. – P. 431–434.
3. Seki M., Akiyama M., Sugaya Y. et al. Strand asymmetry of +1 frameshift mutagenesis at a homopolymeric
run by DNA polymerase III holoenzyme of Escherichia coli // J. Biol. Chem. – 1999. – 274. – P. 33313–
33319.
4. Bzymek M., Lovett S. T. Instability of repetitive DNA sequences: The role of replication in multiple mecha-
nisms // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 2001. – 98. – P. 8319–8325.
5. Strand M., Prolla T.A., Liskay R.M., Petes T.D. Destabilization of tracts of simple repetitive DNA in
yeast by mutations affecting DNA mismatch repair // Nature. – 1993. – 365. – P. 274–276.
162 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №11
6. Baase W.A., Jose D., Ponedel B.C. et al. DNA models of trinucleotide frameshift deletions: the formation
of loops and bulges at the primer-template junction // Nucleic Acids Res. – 2009. – 37. – P. 1682–1689.
7. Streisinger G., Okada J., Emerich J. et al. Frameshift mutations and the genetic code // Cold Spring
Harbor Symp. Quant. Biol. – 1966. – 31. – P. 77–84.
8. Tang M., Shen X., Frank E.G. et al. UmuD’(2)C is an error-prone DNA polymerase Escherichia coli pol
V // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1999. – 96. – P. 8919–8924.
9. 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.
10. Гребнева Е.А. Мишенный мутагенез, вызванный цитозиновыми димерами и механизм образования
мутаций замены оснований при SOS-репликации после облучения двухцепочечной ДНК ультрафио-
летовым светом // Доп. НАН України. – 2001. – № 8. – С. 183–189.
11. 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.
12. 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.
13. Гребнева Е.А. Механизмы мишенных мутаций сдвига рамки считывания – появление инсерций при
склонном к ошибкам или SOS синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые тими-
новые димеры // Молекуляр. биология. – 2014. – 48, № 3. – С. 1–12.
14. Furukohri A., Goodman M.F., Maki H.A. Dynamic polymerase exchange with Escherichia coli DNA
polymerase IV replacing DNA polymerase III on the sliding clamp // J. Biol. Chem. – 2008. – 283. –
P. 11260–11269.
15. Yamaguchi H., van Aalten D.M., Pinak M. et al. Essential dynamics of DNA containing a cis. syn
cyclobutane thymine dimer lesion // Nucleic Acids Res. – 1998. – 26. – P. 1939. – 1946.
Поступило в редакцию 16.06.2014Донецкий физико-технический институт
НАН Украины им. А.А. Галкина
О.А. Гребнева
Механiзми формування мiшенних iнсерцiй при синтезi молекули
ДНК, що мiстить цис-син циклобутановi цитозиновi димери
У рамках розроблюваної полiмеразно-таутомерної моделi ультрафiолетового мутагенезу,
запропоновано модель механiзму формування мiшенних iнсерцiй, що викликанi цис-син ци-
клобутановими цитозиновими димерами. Iнсерцiї — це мутацiї зсуву рамки читання, коли
вбудовується одна або декiлька основ ДНК. Структурний аналiз вбудовування основ пока-
зав, що навпроти двох рiдких таутомерних станiв цитозину неможливо вбудувати жодну
з канонiчних основ так, щоб мiж ними та матричними основами сформувались водневi
зв’язки. Тому при синтезi молекули ДНК, що мiстить цис-син циклобутановi цитозиновi
димери, що мають молекули цитозину в таких рiдких таутомерних формах, спецiалiзова-
нi або модифiкованi ДНК-полiмерази навпроти цих цис-син циклобутанових цитозинових
димерiв будуть залишати проломи в один нуклеотид. На дiлянках ДНК з однорiдним нукле-
отидним складом, вiдповiдно до моделi Стрейзингера, кiнець нитки ДНК може сповзти,
з’єднатися за допомогою водневих зв’язкiв так, що утвориться петля. У результатi подов-
жується дочiрня нитка, з’являється мiшенна мутацiя зсуву рамки читання — мiшенна
iнсерцiя.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №11 163
H.A. Grebneva
Mechanisms of formation of targeted insertions under the synthesis of
a DNA molecule containing cis-syn cyclobutane cytosine dimers
A polymerase — tautomer model of ultraviolet mutagenesis is developed. The mechanism of forma-
tion of targeted insertions that is caused by cis-syn cyclobutane cytosine dimers is proposed. Inser-
tions are frameshift mutations, when one or several DNA bases are inserted. Structural analysis
has shown that, opposite two rare tautomeric forms of cytosine, it is impossible to insert any
canonical DNA bases with template bases with the formation of hydrogen bonds. Therefore, under
the synthesis of DNA containing cis-syn cyclobutane cytosine dimers with cytosine molecules in
such rare tautomeric forms, specialized or modified DNA polymerases will leave one nucleotide gaps
opposite these cis-syn cyclobutane cytosine dimers. On DNA sites with homogeneous nucleotide
composition, the end of a DNA strand may slip and join with hydrogen bonds so that a loop is
formed by the Streisinger model. As a result, the daughter strand is elongated, and the targeted
insertion is formed.
164 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №11
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-88565 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:20:41Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гребнева, Е.А. 2015-11-16T18:25:52Z 2015-11-16T18:25:52Z 2014 Механизмы образования мишенных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые цитозиновые димеры / Е.А. Гребнева // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2014. — № 11. — С. 156-164. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88565 577.2:577.3 В рамках развиваемой полимеразно-таутомерной модели ультрафиолетового мутагенеза предлагается модель механизма образования мишенных инсерций, вызванных цис-син циклобутановыми цитозиновыми димерами. Инсерции — это мутации сдвига рамки
 чтения, когда встраивается одно или несколько оснований ДНК. Структурный анализ
 встраивания оснований показал, что напротив двух редких таутомерных форм цитозина невозможно встроить ни одно из канонических оснований так, чтобы между ними и матричными основаниями образовались водородные связи. Поэтому при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые цитозиновые димеры, содержащие молекулы цитозина в таких редких таутомерных формах, специализированные или модифицированные ДНК-полимеразы напротив этих цис-син циклобутановых цитозиновых димеров будут оставлять бреши в один нуклеотид. На участках ДНК с однородным нуклеотидным составом, в соответствии с моделью Стрейзингера, конец нити ДНК может сползти, соединиться с помощью водородных связей так, что образуется петля. В результате дочерняя нить удлиняется, появляется мишенная мутация сдвига рамки чтения — мишенная инсерция. У рамках розроблюваної полiмеразно-таутомерної моделi ультрафiолетового мутагенезу,
 запропоновано модель механiзму формування мiшенних iнсерцiй, що викликанi цис-син циклобутановими цитозиновими димерами. Iнсерцiї — це мутацiї зсуву рамки читання, коли вбудовується одна або декiлька основ ДНК. Структурний аналiз вбудовування основ показав, що навпроти двох рiдких таутомерних станiв цитозину неможливо вбудувати жодну з канонiчних основ так, щоб мiж ними та матричними основами сформувались водневi зв’язки. Тому при синтезi молекули ДНК, що мiстить цис-син циклобутановi цитозиновi
 димери, що мають молекули цитозину в таких рiдких таутомерних формах, спецiалiзованi або модифiкованi ДНК-полiмерази навпроти цих цис-син циклобутанових цитозинових димерiв будуть залишати проломи в один нуклеотид. На дiлянках ДНК з однорiдним нуклеотидним складом, вiдповiдно до моделi Стрейзингера, кiнець нитки ДНК може сповзти, з’єднатися за допомогою водневих зв’язкiв так, що утвориться петля. У результатi подовжується дочiрня нитка, з’являється мiшенна мутацiя зсуву рамки читання — мiшенна iнсерцiя. A polymerase — tautomer model of ultraviolet mutagenesis is developed. The mechanism of formation
 of targeted insertions that is caused by cis-syn cyclobutane cytosine dimers is proposed. Insertions
 are frameshift mutations, when one or several DNA bases are inserted. Structural analysis has shown that, opposite two rare tautomeric forms of cytosine, it is impossible to insert any canonical DNA bases with template bases with the formation of hydrogen bonds. Therefore, under
 the synthesis of DNA containing cis-syn cyclobutane cytosine dimers with cytosine molecules in such rare tautomeric forms, specialized or modified DNA polymerases will leave one nucleotide gaps opposite these cis-syn cyclobutane cytosine dimers. On DNA sites with homogeneous nucleotide
 composition, the end of a DNA strand may slip and join with hydrogen bonds so that a loop is formed by the Streisinger model. As a result, the daughter strand is elongated, and the targeted insertion is formed. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Біологія Механизмы образования мишенных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые цитозиновые димеры Механiзми формування мiшенних iнсерцiй при синтезi молекули ДНК, що мiстить цис-син циклобутановi цитозиновi димери Mechanisms of formation of targeted insertions under the synthesis of a DNA molecule containing cis-syn cyclobutane cytosine dimers Article published earlier |
| spellingShingle | Механизмы образования мишенных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые цитозиновые димеры Гребнева, Е.А. Біологія |
| title | Механизмы образования мишенных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые цитозиновые димеры |
| title_alt | Механiзми формування мiшенних iнсерцiй при синтезi молекули ДНК, що мiстить цис-син циклобутановi цитозиновi димери Mechanisms of formation of targeted insertions under the synthesis of a DNA molecule containing cis-syn cyclobutane cytosine dimers |
| title_full | Механизмы образования мишенных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые цитозиновые димеры |
| title_fullStr | Механизмы образования мишенных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые цитозиновые димеры |
| title_full_unstemmed | Механизмы образования мишенных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые цитозиновые димеры |
| title_short | Механизмы образования мишенных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые цитозиновые димеры |
| title_sort | механизмы образования мишенных инсерций при синтезе молекулы днк, содержащей цис-син циклобутановые цитозиновые димеры |
| topic | Біологія |
| topic_facet | Біологія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88565 |
| work_keys_str_mv | AT grebnevaea mehanizmyobrazovaniâmišennyhinserciiprisintezemolekulydnksoderžaŝeicissinciklobutanovyecitozinovyedimery AT grebnevaea mehanizmiformuvannâmišennihinserciiprisintezimolekulidnkŝomistitʹcissinciklobutanovicitozinovidimeri AT grebnevaea mechanismsofformationoftargetedinsertionsunderthesynthesisofadnamoleculecontainingcissyncyclobutanecytosinedimers |