Механизмы образования мишенных делеций при синтезе молекулы ДНК, содержащей cis-syn циклобутановые тиминовые димеры

В рамках развиваемой автором полимеразно-таутомерной модели ультрафиолетового мутагенеза предлагается модель механизма образования мишенных делеций, вызванных cis-syn циклобутановыми тиминовыми димерами. Делеции — это мутации сдвига рамки чтения, когда из нити ДНК выпадает один или несколько нукле...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Доповіді НАН України
Date:	2015
Main Author:	Гребнева, Е.А.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2015
Subjects:	Біологія
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96210
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:	Механизмы образования мишенных делеций при синтезе молекулы ДНК, содержащей cis-syn циклобутановые тиминовые димеры / Е.А. Гребнева // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2015. — № 4. — С. 123-131. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859717004768837632
author	Гребнева, Е.А.
author_facet	Гребнева, Е.А.
citation_txt	Механизмы образования мишенных делеций при синтезе молекулы ДНК, содержащей cis-syn циклобутановые тиминовые димеры / Е.А. Гребнева // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2015. — № 4. — С. 123-131. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Доповіді НАН України
description	В рамках развиваемой автором полимеразно-таутомерной модели ультрафиолетового мутагенеза предлагается модель механизма образования мишенных делеций, вызванных cis-syn циклобутановыми тиминовыми димерами. Делеции — это мутации сдвига рамки чтения, когда из нити ДНК выпадает один или несколько нуклеотидов. Ультрафиолетовое облучение может приводить к изменению таутомерных состояний оснований ДНК. Для молекулы тимина возможно образование пяти редких таутомерных форм, которые будут стабильными, если соответствующие основания входят в состав циклобутановых димеров. Структурный анализ встраивания оснований показал, что напротив редкой таутомерной формы тимина T₂ невозможно встроить ни одно из канонических оснований так, чтобы между ними и матричными основаниями образовались водородные связи. Поэтому предполагается, что при синтезе молекулы ДНК, содержащей cis-syn циклобутановые тиминовые димеры TT₂, специализированные или модифицированные ДНК-полимеразы напротив этих cis-syn циклобутановых тиминовых димеров будут оставлять бреши в один нуклеотид. Участок дочерней ДНК напротив cis-syn циклобутановых димеров TT₂ может выпасть. Если в противоположной нити ДНК образуется петля, то при застройке образовавшейся бреши дочерняя нить станет короче. В результате выпадет несколько оснований ДНК, т. е. образуется мишенная мутация сдвига рамки чтения — мишенная делеция. У рамках розроблюваної автором полiмеразно-таутомерної моделi ультрафiолетового мутагенезу запропоновано модель механiзму утворення мiшенних делецiй, що викликанi cis-syn циклобутановими тимiновими димерами. Делецiї — це мутацiї зсуву рамки читання, коли з нитки ДНК випадає один або декiлька нуклеотидiв. Ультрафiолетове опромiнювання може приводити до змiни таутомерних станiв основ ДНК. Для молекули тимiну можливе формування п’яти рiдких таутомерних форм, якi будуть стабiльними, якщо вiдповiднi основи входять до складу циклобутанових димерiв. Структурний аналiз вбудовування основ показав, що навпроти рiдкого таутомерного стану тимiну T₂ неможливо вбудувати жодну з канонiчних основ так, щоб мiж ними та матричними основами сформувались водневi зв’язки. Тому передбачається, що при синтезi молекули ДНК, що мiстить cis-syn циклобутановi тимiновi димери TT ₂, спецiалiзованi або модифiкованi ДНК-полiмерази навпроти цих cis-syn циклобутанових тимiнових димерiв будуть залишати проломи в один нуклеотид. Дiлянка дочiрньої нитки ДНК навпроти cis-syn циклобутанових димерiв TT₂ може випасти. Якщо у протилежнiй нитцi ДНК сформується петля, то при забудовуваннi цього пролому дочiрня нитка стане коротшою. В результатi випаде декiлька основ ДНК, тобто сформується мiшенна мутацiя зсуву рамки читання — мiшенна делецiя. In the frame of author’s polymerase-tautomer model of ultraviolet mutagenesis, a mechanism of formation of targeted deletions formation that are caused by cis-syn cyclobutane thymine dimers is proposed. Deletions are frameshift mutations, when one or several nucleotides are dropped out from a DNA strand. Ultraviolet irradiation can result in changes of the tautomer states of DNA bases. A thymine molecule can form 5 rare tautomeric forms. They are stable if these bases are parts of cyclobutane dimers. Structural analysis shows that, opposite the rare tautomeric form of thymine T₂, it is impossible to insert any of the canonical DNA baseswith the formation of hydrogen bonds. It is proposed that, under the synthesis of DNA containing cis-syn cyclobutane thymine dimers TT₂, the specialized or modified DNA polymerases will leave one-nucleotide gaps opposite these cis-syn cyclobutane thymine dimers. The daughter DNA strand opposite cis-syn cyclobutane thymine dimers TT*₂ may fall out. If the loop is formed, the daughter strand in the opposite DNA strand will be shortened under the insertion of nucleotides opposite the loop. As an result, some DNA bases are dropped out. The targeted frameshift mutation deletion is formed.
first_indexed	2025-12-01T08:12:54Z
format	Article
fulltext	оповiдi НАЦIОНАЛЬНОЇ АКАДЕМIЇ НАУК УКРАЇНИ 4 • 2015 БIОЛОГIЯ УДК 577.2:577.3 Е.А. Гребнева Механизмы образования мишенных делеций при синтезе молекулы ДНК, содержащей cis-syn циклобутановые тиминовые димеры (Представлено членом-корреспондентом НАН Украины В. Н. Варюхиным) В рамках развиваемой автором полимеразно-таутомерной модели ультрафиолетового мутагенеза предлагается модель механизма образования мишенных делеций, вызван- ных cis-syn циклобутановыми тиминовыми димерами. Делеции — это мутации сдвига рамки чтения, когда из нити ДНК выпадает один или несколько нуклеотидов. Ультра- фиолетовое облучение может приводить к изменению таутомерных состояний осно- ваний ДНК. Для молекулы тимина возможно образование пяти редких таутомерных форм, которые будут стабильными, если соответствующие основания входят в сос- тав циклобутановых димеров. Структурный анализ встраивания оснований показал, что напротив редкой таутомерной формы тимина T∗ 2 невозможно встроить ни одно из канонических оснований так, чтобы между ними и матричными основаниями обра- зовались водородные связи. Поэтому предполагается, что при синтезе молекулы ДНК, содержащей cis-syn циклобутановые тиминовые димеры TT∗ 2, специализированные или модифицированные ДНК-полимеразы напротив этих cis-syn циклобутановых тимино- вых димеров будут оставлять бреши в один нуклеотид. Участок дочерней ДНК напро- тив cis-syn циклобутановых димеров TT∗ 2 может выпасть. Если в противоположной нити ДНК образуется петля, то при застройке образовавшейся бреши дочерняя нить станет короче. В результате выпадет несколько оснований ДНК, т. е. образуется ми- шенная мутация сдвига рамки чтения — мишенная делеция. Облучение молекулы ДНК ультрафиолетовым светом приводит к появлению фотопродук- тов, чаще всего образуются cis-syn циклобутановые пиримидиновые димеры, в которых ориентация оснований относительно сахарофосфатного остова не изменяется. Они вызы- вают мутации замены оснований, сдвига рамки чтения и сложные мутации [1]. Мутации сдвига рамки делятся на инсерции, вставки дополнительных нуклеотидов, и делеции, выпа- дения нуклеотидов. Очень часто выпадает только один нуклеотид, что приводит к де- © Е.А. Гребнева, 2015 ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2015, №4 123 леции в один нуклеотид [2]. Мутации сдвига рамки образуются как напротив циклобу- тановых пиримидиновых димеров, так и на так называемых не поврежденных участках ДНК [3]. В настоящее время наиболее обоснованной моделью, объясняющей механизм образова- ния мутаций сдвига рамки, считается модель Стрейзингера [4–6], которая предполагает, что причина образования мутаций сдвига рамки лежит в появлении брешей и проскаль- зывании нити ДНК во время синтеза [7]. Было показано, что образование делеций связано с появлением петель или выпуклостей в молекуле ДНК [6]. Однако в рамках общеприня- той полимеразной модели [8] не ясно, как cis-syn циклобутановые пиримидиновые димеры могут приводить к мутациям сдвига рамки чтения, почему в одних случаях они вызывают мутации замены оснований, а в других — мутации сдвига рамки. Ранее автором была разработана альтернативная, полимеразно-таутомерная модель уль- трафиолетового мутагенеза [9–13]. Было показано, что при образовании cis-syn циклобута- новых пиримидиновых димеров может изменяться таутомерное состояние входящих в них оснований. Возможно образование пяти новых редких таутомерных состояний тимина и аде- нина [9] и семи — гуанина и цитозина. Показано, что они устойчивы, когда основания в ред- ких таутомерных формах входят в состав cis-syn циклобутановых пиримидиновых димеров и во время синтеза ДНК [10]. Оказалось, что часть таких cis-syn циклобутановых пири- мидиновых димеров с основаниями в определенных редких таутомерных формах может приводить к мутациям замены оснований [10]. Были разработаны механизмы образова- ния инсерций, вызванных cis-syn циклобутановыми тиминовыми [11] и цитозиновыми [12] димерами. Их источником являются cis-syn циклобутановые пиримидиновые димеры, со- держащие основания в определенных редких таутомерных формах. Причем напротив этих оснований невозможно встроить ни одно из канонических оснований ДНК так, чтобы ме- жду ними образовались водородные связи. В данной работе рассматриваются механизмы образования других мутаций сдвига рамки чтения, делеций, источником которых являю- тся cis-syn циклобутановые тиминовые димеры. Склонный к ошибкам или SOS синтез молекулы ДНК, содержащей cis-syn циклобутановые тиминовые димеры. Если циклобутановые пиримидиновые димеры не будут устранены в процессах репарации, то они могут приводить к мишенным мута- циям при склонной к ошибкам или SOS-репликации, репарации или транскрипции. Му- тации образуются, если в синтез ДНК вовлекаются модифицированные или специализи- рованные ДНК-полимеразы [12]. Как показал анализ работы различных ДНК-полимераз, специализированные и модифицированные ДНК-полимеразы встраивают напротив цикло- бутановых пиримидиновых димеров такие канонические основания, которые могут образо- вывать с ними водородные связи [14]. То есть ошибочный синтез ДНК идет точно так же, как и безошибочный синтез. Если напротив циклобутановых пиримидиновых димеров нево- зможно встроить ни одно из канонических оснований так, чтобы между ними образовались водородные связи, то специализированные и модифицированные ДНК-полимеразы будут оставлять бреши в один нуклеотид. Так происходит, например, при синтезе молекулы ДНК, лишенной основания. В работе [2] показано, что ДНК-полимераза IV напротив поврежде- ния, состоящего в том, что потеряно основание, оставляет брешь в один нуклеотид. Это приводит к делеции в один нуклеотид. Мутации сдвига рамки чаще всего образуются на участках ДНК с однородным нук- леотидным составом, это могут быть участки с монотонной последовательностью G–C или A–Т пар либо последовательным чередованием A–T и T–A пар. Как показано в [9], для 124 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2015, №4 Рис. 1. Редкие таутомерные состояния тимина и аденина: a — уотсон-криковская пара аденин–тимин; б –е — возможные редкие таутомерные состояния тимина и аденина, появляющиеся после облучения молекулы ДНК ультрафиолетовым светом тимина возможно образование пяти редких таутомерных форм (рис. 1). Они будут ста- бильными, если соответствующие основания входят в состав циклобутановых тиминовых димеров [10]. Рассмотрим такой участок ДНК с однородным нуклеотидным составом, одна нить которого содержит cis-syn циклобутановые димеры TT∗ 2, одно основание в котором — это канонический тимин, а второе — тимин T∗ 2 (см. рис. 1) в редкой таутомерной фор- ме (рис. 2, а). Посмотрим, как могут образовываться делеции — выпадения одного или нескольких нуклеотидов. Пусть этот участок ДНК синтезируется обычной ДНК-полимеразой. В результате на- против циклобутановых димеров может появиться пострепликативная брешь (см. рис. 2, б ). Пусть пострепликативная брешь застраивается с помощью специализированных или моди- фицированных ДНК-полимераз в результате склонного к ошибкам синтеза млекопитающих или SOS-синтеза бактерий. ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2015, №4 125 Рис. 2. Образование протяженных делеций: a — участок ДНК, содержащий cis-syn циклобутановые тими- новые димеры TT∗ 2 ; б — напротив этих димеров образуется пострепликативная брешь; в — постреплика- тивная брешь застраивается модифицированной или специализированной ДНК-полимеразой, напротив cis- syn циклобутанового тиминового димера TT∗ 2 появляется брешь в один нуклеотид; г — участок нити ДНК выпадает; образуется петля; д — брешь застраивается, образовалась вставка из нескольких нуклеотидов, но меньшего размера, чем выпавший участок ДНК Сделаем структурный анализ встраивания оснований ДНК напротив тимина T∗ 2 (см. рис. 3, б ), т. е. посмотрим, какие канонические основания можно встроить напротив тимина T∗ 2 так, чтобы между ними образовались водородные связи. Напротив тимина T∗ 2 ДНК-по- лимераза не сможет встроить канонический тимин из-за отталкивания атома водорода H3 канонического тимина и H3 тимина T∗ 2 (см. рис. 3, в). Она не сможет встроить аденин из-за отталкивания H′ 6 аденина и H′ 6А тимина T∗ 2 (см. рис. 3, г). Она не сможет встроить цитозин из-за отталкивания H′ 4 канонического цитозина и H′ 6А тимина T∗ 2 (см. рис. 3, д). Она не смо- жет встроить гуанин из-за отталкивания H′ 1 гуанина и H3 тимина T∗ 2 (см. рис. 3, е). Другими словами, напротив тимина T∗ 2 невозможно встроить ни одно каноническое основание. При синтезе через повреждение с помощью модифицированных (ДНК-полимеразы III E. coli, ДНК-полимеразы δ или ДНК-полимеразы ε млекопитающих) или специализирован- 126 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2015, №4 Рис. 3. Структурный анализ возможности спаривания тимина в редкой таутомерной форме T∗ 2 с кано- ническими основаниями ДНК: a — каноническая пара аденин–тимин; б — пара оснований аденин–тимин A∗ 2–T ∗ 2 , находящихся в редкой таутомерной форме; в–е — структурный анализ возможности спаривания ти- мина в редкой таутомерной форме T∗ 2 с каноническими основаниями ДНК: в — с тимином, г — с аденином, д — с цитозином, е — с гуанином ных (ДНК-полимеразы Pol η, Pol ζ млекопитающих или ДНК-полимераз IV или V E. coli) ДНК-полимераз напротив cis-syn циклобутановых димеров TT∗ 2 появятся бреши в один ну- клеотид, как это изображено на рис. 2, в. Участок ДНК может выпасть, поскольку напротив циклобутановых димеров цепь искривляется и водородные связи рвутся (см. рис. 2, г) [15]. Участок ДНК, содержащий cis-syn циклобутановые димеры TT∗ 2, может образовать петлю, как это показано на рис. 2, д. Брешь меньшего размера обычно застраивается с помощью конститутивных ДНК-полимераз (см. рис. 2, е), что и приведет к выпадению нескольких оснований (образованию делеции) в соответствии с моделью Стрейзингера. Чаще всего появляются делеции в один нуклеотид, т. е. выпадает одно основание. Та- кую делецию может вызвать один cis-syn циклобутановый димер TT∗ 2. При синтезе ДНК, содержащей такой димер, напротив T∗ 2 образуется брешь в один нуклеотид. В нити ДНК, содержащей TT∗ 2, образуется маленькая петля. В этом случае на участке ДНК, на котором образовалась брешь в один нуклеотид, нить ДНК сдвигается на один нуклеотид, соеди- няется в новом месте и зашивается лигазой (рис. 4). Это возможно, так как мутации сдвига ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2015, №4 127 Рис. 4. Образование делеций в один нуклеотид: a — участок ДНК, содержащий cis-syn циклобутановый тиминовый димер TT∗ 2 ; б — напротив cis-syn циклобутанового тиминового димера TT∗ 2 появляется брешь в один нуклеотид; в — в нити ДНК, содержащей cis-syn циклобутановый тиминовый димер TT∗ 2 , образуется петля, противоположная нить ДНК сшивается лигазой. В результате дочерняя нить ДНК стала короче на один нуклеотид, образовалась делеция в один нуклеотид рамки чтения образуются на однородных участках ДНК, в данном случае состоящем толь- ко из молекул тимина. Таким образом, мы видим, что источником мутаций сдвига рамки чтения, делеций, яв- ляются, в частности, такие cis-syn циклобутановые тиминовые димеры, одно или оба осно- вания которых находятся в редких таутомерных формах, которые не могут образовывать водородные связи с каноническими основаниями ДНК. Подытожим результаты исследования. В рамках развиваемой автором полимеразно-тау- томерной модели ультрафиолетового мутагенеза предлагается модель механизма образова- ния мишенных делеций, мутаций сдвига рамки чтения, вызванных cis-syn циклобутановыми тиминовыми димерами. Структурный анализ встраивания канонических оснований ДНК напротив cis-syn циклобутановых тиминовых димеров TT∗ 2 показал, что напротив них нево- зможно встроить ни одно каноническое основание так, чтобы образовались водородные свя- зи между основаниями T∗ 2 и каноническими основаниями ДНК. При этом учитывался тот факт, что при синтезе ДНК специализированные или модифицированные ДНК-полимера- зы встраивают напротив циклобутановых димеров такие канонические основания, которые способны образовывать водородные связи с основаниями матричной ДНК [10]. Рассмотрен синтез молекулы ДНК, содержащей cis-syn циклобутановые тиминовые ди- меры TT∗ 2, который осуществляется с помощью специализированных или модифицирован- ных ДНК-полимераз. Тогда напротив cis-syn циклобутановых тиминовых димеров, содер- жащих молекулы тимина T∗ 2, могут появиться бреши в один нуклеотид. Участок ДНК, содержащий циклобутановые димеры, искривляется и водородные связи между основания- ми рвутся. Поэтому участок ДНК напротив cis-syn циклобутановых димеров TT∗ 2 может выпасть. Если в противоположной нити ДНК образуется петля, то при застройке обра- зовавшейся бреши дочерняя нить станет короче. В результате выпадет несколько осно- ваний ДНК, т. е. образуется делеция, мутация сдвига рамки чтения. Если образовался один cis-syn циклобутановый тиминовый димер TT∗ 2, то напротив него может образова- 128 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2015, №4 ться брешь в один нуклеотид. Нить ДНК, содержащая один cis-syn циклобутановый ти- миновый димер TT∗ 2, может образовать небольшую петлю. Тогда противоположная нить немного сдвинется. А поскольку это однородный участок ДНК, то она может соединиться в новом месте. В результате выпадет одно основание, т. е. образуется делеция в один нук- леотид. В предыдущих работах автора показано, что cis-syn циклобутановые тиминовые ди- меры, содержащие молекулы тимина в редких таутомерных формах T∗ 1, T∗ 4 и T∗ 5, могут приводить только к мутациям замены оснований [12]. Были разработаны механизмы обра- зования инсерций при склонном к ошибкам или SOS-синтезе молекулы ДНК, содержа- щей cis-syn циклобутановые тиминовые [11] и цитозиновые [12] димеры на однородных участках ДНК. Следовательно, cis-syn циклобутановые тиминовые димеры, содержащие молекулы тимина в редкой таутомерной форме T∗ 2, могут приводить только к мутациям сдвига рамки чтения, делециям или инсерциям. Таким образом, разрабатываемая автором полимеразно-таутомерная модель ультрафиолетового мутагенеза способна с единых пози- ций разрешить ряд проблем ультрафиолетового мутагенеза. Она способна объяснить как природу и механизмы образования потенциальных мутаций [9], механизмы образования горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза, механизмы образования неми- шенных мутаций замены оснований [13], механизмы образования мишенных мутаций за- мены оснований [10], так и появление мишенных мутаций сдвига рамки (инсерций [11, 12] и делеций). 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. Kobayashi S., Valentine M.R., Pham P., O’Donnell M., Goodman M.F. Fidelity of Escherichia coli DNA polymerase IV. Preferential generation of small deletion mutations by dNTP-stabilized misalignment // J. Biol. Chem. – 2002. – 277. – P. 34198–34207. 3. Kim S.R., Matsui K., Yamada M., Gruz P., Nohmi T. Roles of chromosomal and episomal dinB genes encoding DNA pol IV in targeted and untargeted mutagenesis in Escherichia coli // Mol. Genet. Geno- mics. – 2001. – 266. – P. 207–215. 4. 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. 5. Bzymek M., Saveson C. J., Feschenko V.V., Lovett S.T. Slipped misalignment mechanisms of deletion formation: in vivo susceptibility to nucleases // J. Bacteriol. – 1999. – 181. – P. 477–482. 6. Baase W.A., Jose D., Ponedel B.C., von Hippel P. H., Johnson N. P. 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., Newrich J., Tsugita A., Terraghi E., Inouye M. 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., O’Donnell M., Woodgate R., Goodman M. F. UmuD’(2)C is an error-prone DNA polymerase Escherichia coli pol V // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1999. – 96. – P. 8919–8924. 9. 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. 10. 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. 11. Гребнева Е. А. Механизмы мишенных мутаций сдвига рамки считывания – появление инсерций при склонном к ошибкам или SOS синтезе молекулы ДНК, содержащей cis-syn циклобутановые тимино- вые димеры // Молекуляр. биология. – 2014. – 48, № 4. – С. 531–542. Grebneva H.A. Mechanisms of targeted frameshift mutations: insertions arising during error-prone or SOS synthesis of DNA containing cis-syn cyclobutane thymine dimers // Molecular. biology. – 2014. – 48, № 4. – P. 457–467. ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2015, №4 129 12. 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. 13. Raghunathan G., Kieber-Emmons T., Rein R., Alderfer J. L. Conformation features of DNA containing a cis-syn photodimer // J. Biomol. Struct. Dynam. – 1990. – 7. – P. 899–913. 14. Гребнева Е. А. Механизм образования мишенных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей cis-syn циклобутановые цитозиновые димеры // Доп. НАН України. – 2014. – № 11. – С. 156–164. 15. Гребнева Е. А. Три источника немишенных мутаций замены оснований, образующихся после облу- чения молекулы ДНК ультрафиолетовым светом // Доп. НАН України. – 2013. – № 1. – С. 143–150. Поступило в редакцию 22.12.2014Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины О.А. Гребнева Механiзми формування мiшенних делецiй при синтезi молекули ДНК, що мiстить cis-syn циклобутановi тимiновi димери У рамках розроблюваної автором полiмеразно-таутомерної моделi ультрафiолетового му- тагенезу запропоновано модель механiзму утворення мiшенних делецiй, що викликанi cis- syn циклобутановими тимiновими димерами. Делецiї — це мутацiї зсуву рамки читання, коли з нитки ДНК випадає один або декiлька нуклеотидiв. Ультрафiолетове опромiнювання може приводити до змiни таутомерних станiв основ ДНК. Для молекули тимiну можли- ве формування п’яти рiдких таутомерних форм, якi будуть стабiльними, якщо вiдповiд- нi основи входять до складу циклобутанових димерiв. Структурний аналiз вбудовування основ показав, що навпроти рiдкого таутомерного стану тимiну T∗ 2 неможливо вбудува- ти жодну з канонiчних основ так, щоб мiж ними та матричними основами сформувались водневi зв’язки. Тому передбачається, що при синтезi молекули ДНК, що мiстить cis- syn циклобутановi тимiновi димери TT ∗ 2, спецiалiзованi або модифiкованi ДНК-полiмерази навпроти цих cis-syn циклобутанових тимiнових димерiв будуть залишати проломи в один нуклеотид. Дiлянка дочiрньої нитки ДНК навпроти cis-syn циклобутанових димерiв TT∗ 2 може випасти. Якщо у протилежнiй нитцi ДНК сформується петля, то при забудову- ваннi цього пролому дочiрня нитка стане коротшою. В результатi випаде декiлька основ ДНК, тобто сформується мiшенна мутацiя зсуву рамки читання — мiшенна делецiя. H.A. Grebneva Mechanisms of formation of targeted deletions in the synthesis of DNA molecule containing cis-syn cyclobutane thymine dimers In the frame of author’s polymerase-tautomer model of ultraviolet mutagenesis, a mechanism of formation of targeted deletions formation that are caused by cis-syn cyclobutane thymine dimers is proposed. Deletions are frameshift mutations, when one or several nucleotides are dropped out from a DNA strand. Ultraviolet irradiation can result in changes of the tautomer states of DNA bases. A thymine molecule can form 5 rare tautomeric forms. They are stable if these bases are parts of cyclobutane dimers. Structural analysis shows that, opposite the rare tautomeric form of thymine T∗ 2, it is impossible to insert any of the canonical DNA baseswith the formation of 130 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2015, №4 hydrogen bonds. It is proposed that, under the synthesis of DNA containing cis-syn cyclobutane thymine dimers TT∗ 2, the specialized or modified DNA polymerases will leave one-nucleotide gaps opposite these cis-syn cyclobutane thymine dimers. The daughter DNA strand opposite cis-syn cyclobutane thymine dimers TT2* may fall out. If the loop is formed, the daughter strand in the opposite DNA strand will be shortened under the insertion of nucleotides opposite the loop. As an result, some DNA bases are dropped out. The targeted frameshift mutation deletion is formed. ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2015, №4 131
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96210
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1025-6415
language	Russian
last_indexed	2025-12-01T08:12:54Z
publishDate	2015
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
record_format	dspace
spelling	Гребнева, Е.А. 2016-03-12T15:30:24Z 2016-03-12T15:30:24Z 2015 Механизмы образования мишенных делеций при синтезе молекулы ДНК, содержащей cis-syn циклобутановые тиминовые димеры / Е.А. Гребнева // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2015. — № 4. — С. 123-131. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96210 577.2:577.3 В рамках развиваемой автором полимеразно-таутомерной модели ультрафиолетового мутагенеза предлагается модель механизма образования мишенных делеций, вызванных cis-syn циклобутановыми тиминовыми димерами. Делеции — это мутации сдвига рамки чтения, когда из нити ДНК выпадает один или несколько нуклеотидов. Ультрафиолетовое облучение может приводить к изменению таутомерных состояний оснований ДНК. Для молекулы тимина возможно образование пяти редких таутомерных форм, которые будут стабильными, если соответствующие основания входят в состав циклобутановых димеров. Структурный анализ встраивания оснований показал, что напротив редкой таутомерной формы тимина T₂ невозможно встроить ни одно из канонических оснований так, чтобы между ними и матричными основаниями образовались водородные связи. Поэтому предполагается, что при синтезе молекулы ДНК, содержащей cis-syn циклобутановые тиминовые димеры TT₂, специализированные или модифицированные ДНК-полимеразы напротив этих cis-syn циклобутановых тиминовых димеров будут оставлять бреши в один нуклеотид. Участок дочерней ДНК напротив cis-syn циклобутановых димеров TT₂ может выпасть. Если в противоположной нити ДНК образуется петля, то при застройке образовавшейся бреши дочерняя нить станет короче. В результате выпадет несколько оснований ДНК, т. е. образуется мишенная мутация сдвига рамки чтения — мишенная делеция. У рамках розроблюваної автором полiмеразно-таутомерної моделi ультрафiолетового мутагенезу запропоновано модель механiзму утворення мiшенних делецiй, що викликанi cis-syn циклобутановими тимiновими димерами. Делецiї — це мутацiї зсуву рамки читання, коли з нитки ДНК випадає один або декiлька нуклеотидiв. Ультрафiолетове опромiнювання може приводити до змiни таутомерних станiв основ ДНК. Для молекули тимiну можливе формування п’яти рiдких таутомерних форм, якi будуть стабiльними, якщо вiдповiднi основи входять до складу циклобутанових димерiв. Структурний аналiз вбудовування основ показав, що навпроти рiдкого таутомерного стану тимiну T₂ неможливо вбудувати жодну з канонiчних основ так, щоб мiж ними та матричними основами сформувались водневi зв’язки. Тому передбачається, що при синтезi молекули ДНК, що мiстить cis-syn циклобутановi тимiновi димери TT ₂, спецiалiзованi або модифiкованi ДНК-полiмерази навпроти цих cis-syn циклобутанових тимiнових димерiв будуть залишати проломи в один нуклеотид. Дiлянка дочiрньої нитки ДНК навпроти cis-syn циклобутанових димерiв TT₂ може випасти. Якщо у протилежнiй нитцi ДНК сформується петля, то при забудовуваннi цього пролому дочiрня нитка стане коротшою. В результатi випаде декiлька основ ДНК, тобто сформується мiшенна мутацiя зсуву рамки читання — мiшенна делецiя. In the frame of author’s polymerase-tautomer model of ultraviolet mutagenesis, a mechanism of formation of targeted deletions formation that are caused by cis-syn cyclobutane thymine dimers is proposed. Deletions are frameshift mutations, when one or several nucleotides are dropped out from a DNA strand. Ultraviolet irradiation can result in changes of the tautomer states of DNA bases. A thymine molecule can form 5 rare tautomeric forms. They are stable if these bases are parts of cyclobutane dimers. Structural analysis shows that, opposite the rare tautomeric form of thymine T₂, it is impossible to insert any of the canonical DNA baseswith the formation of hydrogen bonds. It is proposed that, under the synthesis of DNA containing cis-syn cyclobutane thymine dimers TT₂, the specialized or modified DNA polymerases will leave one-nucleotide gaps opposite these cis-syn cyclobutane thymine dimers. The daughter DNA strand opposite cis-syn cyclobutane thymine dimers TT*₂ may fall out. If the loop is formed, the daughter strand in the opposite DNA strand will be shortened under the insertion of nucleotides opposite the loop. As an result, some DNA bases are dropped out. The targeted frameshift mutation deletion is formed. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Біологія Механизмы образования мишенных делеций при синтезе молекулы ДНК, содержащей cis-syn циклобутановые тиминовые димеры Механiзми формування мiшенних делецiй при синтезi молекули ДНК, що мiстить cis-syn циклобутановi тимiновi димери Mechanisms of formation of targeted deletions in the synthesis of DNA molecule containing cis-syn cyclobutane thymine dimers Article published earlier
spellingShingle	Механизмы образования мишенных делеций при синтезе молекулы ДНК, содержащей cis-syn циклобутановые тиминовые димеры Гребнева, Е.А. Біологія
title	Механизмы образования мишенных делеций при синтезе молекулы ДНК, содержащей cis-syn циклобутановые тиминовые димеры
title_alt	Механiзми формування мiшенних делецiй при синтезi молекули ДНК, що мiстить cis-syn циклобутановi тимiновi димери Mechanisms of formation of targeted deletions in the synthesis of DNA molecule containing cis-syn cyclobutane thymine dimers
title_full	Механизмы образования мишенных делеций при синтезе молекулы ДНК, содержащей cis-syn циклобутановые тиминовые димеры
title_fullStr	Механизмы образования мишенных делеций при синтезе молекулы ДНК, содержащей cis-syn циклобутановые тиминовые димеры
title_full_unstemmed	Механизмы образования мишенных делеций при синтезе молекулы ДНК, содержащей cis-syn циклобутановые тиминовые димеры
title_short	Механизмы образования мишенных делеций при синтезе молекулы ДНК, содержащей cis-syn циклобутановые тиминовые димеры
title_sort	механизмы образования мишенных делеций при синтезе молекулы днк, содержащей cis-syn циклобутановые тиминовые димеры
topic	Біологія
topic_facet	Біологія
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96210
work_keys_str_mv	AT grebnevaea mehanizmyobrazovaniâmišennyhdeleciiprisintezemolekulydnksoderžaŝeicissynciklobutanovyetiminovyedimery AT grebnevaea mehanizmiformuvannâmišennihdeleciiprisintezimolekulidnkŝomistitʹcissynciklobutanovitiminovidimeri AT grebnevaea mechanismsofformationoftargeteddeletionsinthesynthesisofdnamoleculecontainingcissyncyclobutanethyminedimers

Механизмы образования мишенных делеций при синтезе молекулы ДНК, содержащей cis-syn циклобутановые тиминовые димеры

Institution

Similar Items