Механизмы образования мишенных сложных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые тиминовые димеры

В настоящее время не ясен механизм образования сложных мутаций — таких мутаций, когда участок ДНК определенной длины и определенного нуклеотидного состава заменяется участком другой длины и другого состава. В рамках развиваемой полимеразно-таутомерной модели ультрафиолетового мутагенеза предложена...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Доповіді НАН України
Дата:	2015
Автор:	Гребнева, Е.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2015
Теми:	Біологія
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96613
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 сложных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые тиминовые димеры / Е.А. Гребнева // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2015. — № 5. — С. 144-153. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859585985261600768
author	Гребнева, Е.А.
author_facet	Гребнева, Е.А.
citation_txt	Механизмы образования мишенных сложных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые тиминовые димеры / Е.А. Гребнева // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2015. — № 5. — С. 144-153. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Доповіді НАН України
description	В настоящее время не ясен механизм образования сложных мутаций — таких мутаций, когда участок ДНК определенной длины и определенного нуклеотидного состава заменяется участком другой длины и другого состава. В рамках развиваемой полимеразно-таутомерной модели ультрафиолетового мутагенеза предложена модель механизма образования мишенных сложных инсерций, вызванных цис-син циклобутановыми тиминовыми димерами. Рассмотрен склонный к ошибкам или SOS-синтез двунитевой ДНК, содержащей в одной из своих нитей цис-син циклобутановые тиминовые димеры TT₁, TT₂ и TT₅. Цис-син циклобутановый тиминовый димер TT₂ приводит к появлению мутации сдвига рамки считывания, т. е. к вставке одного или нескольких нуклеотидов. А цис-син циклобутановые тиминовые димеры TT₁ и TT₅ приводят к появлению мутаций замены оснований. Таким образом, вследствие образования инсерции участок ДНК удлиняется, а вследствие образования нескольких мутаций замены оснований изменяется его нуклеотидный состав. В результате участок ДНК определенной длины и определенного нуклеотидного состава заменяется участком другой длины и другого нуклеотидного состава. Появляется мишенная сложная мутация. У даний час не зрозумiлий механiзм формування складних мутацiй — таких мутацiй, коли дiлянка ДНК певної довжини i певного нуклеотидного складу замiнюється дiлянкою iншої довжини та iншого складу. У рамках розроблюваної полiмеразно-таутомерної моделi ультрафiолетового мутагенезу запропоновано модель механiзму утворення мiшенних складних iнсерцiй, викликаних цис-син циклобутановими тимiновими димерами. Розглянуто схильний до помилок або SOS-синтез двониткової ДНК, що мiстить в однiй зi своїх ниток цис-син циклобутановi тимiновi димери TT₁, TT₂ і TT₅. Цис-син циклобутановий тимiновий димер TT₂ призводить до появи мутацiї зсуву рамки зчитування, тобто до вставки одного або декiлькох нуклеотидiв. А цис-син циклобутановi тимiновi димери TT₁ i TT₅ призводять до появи мутацiй замiни основ. Таким чином, внаслiдок утворення iнсерцiї дiлянка ДНК подовжується, а внаслiдок утворення кiлькох мутацiй замiни основ змiнюється його нуклеотидний склад. У результатi дiлянка ДНК певної довжини i певного нуклеотидного складу замiнюється дiлянкою iншої довжини та iншого нуклеотидного складу. З’являється мiшенна складна мутацiя. The mechanism of formation of complex mutations has not been yet explained. Mutations are called complex if a DNA site with certain length and certain nucleotide composition is replaced by that with different length and different nucleotide composition. The author has proposed and developed a polymerase-tautomeric model of ultraviolet mutagenesis. The mechanism of formation of targeted complex insertions that are caused by cis-syn cyclobutane thymine dimers is proposed. The error- prone or SOS-synthesis of double-stranded DNA containing cis-syn cyclobutane thymine dimers TT₁, TT₂ and TT₅ in one of its strands is considered. Cis-syn cyclobutane thymine dimers TT₂ lead to frameshift mutations, i. e., to the insertions of one or more nucleotides. Cis-syn cyclobutane thymine dimers TT₁ and TT₅ cause the formation of substitution mutations. Thus, due to the formation of a DNA insertion, its portion is extended, and its nucleotide composition varies due to the formation of several base substitution mutations. As a result, a DNA portion with certain length and nucleotide composition is replaced by that with different length and different nucleotide composition. A targeted complex mutation appears.
first_indexed	2025-11-27T10:14:49Z
format	Article
fulltext	оповiдi НАЦIОНАЛЬНОЇ АКАДЕМIЇ НАУК УКРАЇНИ 5 • 2015 БIОЛОГIЯ УДК 577.2:577.3 Е.А. Гребнева Механизмы образования мишенных сложных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые тиминовые димеры (Представлено членом-корреспондентом НАН Украины В. Н. Варюхиным) В настоящее время не ясен механизм образования сложных мутаций — таких мута- ций, когда участок ДНК определенной длины и определенного нуклеотидного состава заменяется участком другой длины и другого состава. В рамках развиваемой полиме- разно-таутомерной модели ультрафиолетового мутагенеза предложена модель меха- низма образования мишенных сложных инсерций, вызванных цис-син циклобутановыми тиминовыми димерами. Рассмотрен склонный к ошибкам или SOS-синтез двунитевой ДНК, содержащей в одной из своих нитей цис-син циклобутановые тиминовые димеры TT∗ 1, TT∗ 2 и TT∗ 5. Цис-син циклобутановый тиминовый димер TT∗ 2 приводит к появ- лению мутации сдвига рамки считывания, т. е. к вставке одного или нескольких нук- леотидов. А цис-син циклобутановые тиминовые димеры TT∗ 1 и TT∗ 5 приводят к по- явлению мутаций замены оснований. Таким образом, вследствие образования инсерции участок ДНК удлиняется, а вследствие образования нескольких мутаций замены осно- ваний изменяется его нуклеотидный состав. В результате участок ДНК определен- ной длины и определенного нуклеотидного состава заменяется участком другой длины и другого нуклеотидного состава. Появляется мишенная сложная мутация. Ключевые слова: ультрафиолетовый мутагенез, полимеразно-таутомерная модель, ми- шенные сложные мутации, мишенные сложные инсерции, склонная к ошибкам реплика- ция, SOS-репликация, редкие таутомерные формы оснований ДНК, цис-син циклобута- новые тиминовые димеры. Облучение молекулы ДНК ультрафиолетовым светом приводит к появлению фотопродук- тов, чаще всего образуются цис-син циклобутановые пиримидиновые димеры, в которых ориентация оснований относительно сахарофосфатного остова не изменяется. Они вызы- вают мутации замены оснований [1], сдвига рамки чтения [1, 2] и сложные мутации [3]. Когда мутации образуются напротив циклобутановых пиримидиновых димеров, такой му- тагенез называется мишенным [4, 5]. Сложными мутациями называются такие мутации, ко- гда участок ДНК определенной длины и определенного нуклеотидного состава заменяется © Е.А. Гребнева, 2015 144 ISSN 1025-6415 Dopov. NAN Ukraine, 2015, №5 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 участком другой длины и другого состава [3]. Новый участок может быть большей дли- ны, чем первоначальный, тогда образовалась сложная инсерция. Если появился участок меньшей длины, то это — сложная делеция. Автором была предложена и разрабатывается полимеразно-таутомерная модель ультра- фиолетового мутагенеза [6–13]. Было показано, что при образовании цис-син циклобутано- вых пиримидиновых димеров может изменяться таутомерное состояние входящих в них оснований [6, 7]. Возможно образование пяти новых редких таутомерных состояний тимина и аденина [7] и семи — гуанина и цитозина [6]. Они устойчивы, когда основания в редких та- утомерных формах входят в состав цис-син циклобутановых пиримидиновых димеров [7, 9]. Это происходит потому, что нить ДНК, содержащая циклобутановые димеры, искривляет- ся и водородные связи между основаниями рвутся [14]. Кроме того, редкие таутомерные состояния будут стабильными во время синтеза ДНК, когда нить ДНК некоторое время на- ходится в однонитевой форме и некоторое время контактирует с молекулами воды [7, 9]. На рис. 1 изображены возможные редкие таутомерные формы тимина и аденина. Оказалось, ISSN 1025-6415 Доп. НАН України, 2015, №5 145 что часть таких цис-син циклобутановых пиримидиновых димеров с основаниями в опре- деленных редких таутомерных формах может приводить только к мутациям замены осно- ваний [8, 9]. Были разработаны механизмы образования инсерций, вызванных цис-син ци- клобутановыми тиминовыми [10] и цитозиновыми [11] димерами. Их источником являются цис-син циклобутановые тиминовые димеры, содержащие основания в определенных ред- ких таутомерных формах. Причем напротив этих оснований невозможно встроить ни одно из канонических оснований ДНК так, чтобы между ними образовались водородные связи. Предложены механизмы образования немишенных мутаций замены оснований [12], мута- ций, образующихся на так называемых не поврежденных участках ДНК. Изучена природа и разработаны механизмы образования горячих и холодных пятен ультрафиолетового мута- генеза [13]. В данной работе рассматриваются механизмы образования мишенных сложных инсерций, источником которых являются цис-син циклобутановые тиминовые димеры. Образование сложных мутаций при склонном к ошибкам или SOS-синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые тиминовые димеры, ко- гда длина участка ДНК увеличивается на несколько нуклеотидов. Если циклобу- тановые пиримидиновые димеры не будут устранены в процессах репарации, то они могут приводить к мишенным мутациям при склонной к ошибкам или SOS-репликации, репара- ции или транскрипции. Мутации образуются, если в синтез ДНК вовлекаются модифици- рованные с помощью механизма скользящей скрепки или специализированные ДНК-поли- меразы [9]. Как показал анализ работы различных ДНК-полимераз, специализированные и модифицированные ДНК-полимеразы встраивают напротив циклобутановых пиримиди- новых димеров такие канонические основания, которые могут образовывать с ними водо- родные связи [9]. То есть ошибочный синтез ДНК идет точно так же, как и безошибочный синтез. Рассмотрим участок ДНК следующего нуклеотидного состава: ATTGTTTTTTTTTATTGT. Пусть в результате облучения молекулы ДНК образова- лись цис-син циклобутановые тиминовые димеры TT∗ 1, TT∗ 2 и TT∗ 5, расположенные так, как показано на рис. 2, а. Тогда в противоположной нити ДНК напротив T∗ 1 будет находиться А∗ 1, напротив T∗ 2 — А∗ 2, напротив T∗ 5 — А∗ 5 (см. рис. 2, а). Поскольку эта нить ДНК не содержит циклобутановых димеров, то она будет синтезироваться безошибочным образом и, следовательно, к мутациям не приведет. Поэтому в дальнейшем она не будет рассматриваться. Так как кодирующая нить молекулы ДНК, изображенной на рис. 2, а, содержит несколько цис-син циклобутановых тиминовых димеров, то, если эти димеры не будут удалены в результате репарации, данный участок ДНК будет синтезироваться с помощью модифицированных или специализированных ДНК-полимераз. Для того чтобы узнать, какие основания встроят модифицированные или специализированные ДНК-полимеразы напротив цис-син циклобутановых тиминовых димеров, необходимо сделать структурный анализ встраиваемых оснований. Другими словами, нужно узнать, какие канонические основания можно встроить напротив оснований в редких таутомерных формах так, чтобы между встраиваемыми основаниями и основаниями матрицы могли образовываться водородные связи. Как было показано при изучении механизмов образования мишенных мутаций заме- ны оснований [9], напротив тимина в редкой таутомерной форме T∗ 1 (рис. 1, б ) невозмо- жно встроить аденин так, чтобы между ними образовались водородные связи, но можно встроить гуанин или тимин (cм. рис. 2, б ). Напротив тимина в редкой таутомерной форме T∗ 5 невозможно встроить аденин, но можно встроить цитозин или тимин (см. рис. 2, б ). 146 ISSN 1025-6415 Dopov. NAN Ukraine, 2015, №5 Рис. 2. Образование мишенных сложных инсерций из нескольких нуклеотидов. В результате облучения ультрафиолетовым светом участка ДНК ATTGTTTTTTTTTATTGT, состоящего из 18 нуклеотидов, обра- зовался участок ДНК ATA(G)GTTTTTTTTTTC(A)TATG(A)GT, состоящий из 21 нуклеотида Согласно результатам изучения механизмов образования мишенных мутаций сдвига рамки считывания [10, 11], напротив тимина в редкой таутомерной форме T∗ 2 невозможно встроить ни одно каноническое основание так, чтобы между ними и матричным основанием T∗ 2 обра- зовались водородные связи. В этом случае модифицированные или специализированные ДНК-полимеразы оставят напротив тимина T∗ 2 брешь в один нуклеотид (см. рис. 2, а). Например, ДНК-полимераза IV напротив потерянного основания оставляет брешь в один нуклеотид, что приводит к делеции в один нуклеотид [15]. ISSN 1025-6415 Доп. НАН України, 2015, №5 147 Тиминовый димер TT∗ 2 может вызывать мишенную инсерцию [10, 11], другими словами, приводить к вставке одного или нескольких нуклеотидов. Напротив цис-син циклобутано- вого димера TT∗ 2 появится брешь в один нуклеотид. Брешь образуется напротив тимина T∗ 2 (см. рис. 2, б ). Конец нити ДНК может сползти, тем более что недалеко от цис-син цикло- бутанового тиминового димера TT∗ 2 есть еще циклобутановые димеры, поскольку напротив таких димеров цепь искривляется [14] и водородные связи между основаниями, находящи- мися в противоположных нитях ДНК, рвутся (см. рис. 2, в). Так как события происходят на однородном участке ДНК, то конец нити может соединиться водородными связями с сосе- дним участком так, что появится большая петля (см. рис. 2, г). Появившаяся новая большая брешь обычно застраивается с помощью конститутивных ДНК-полимераз (см. рис. 2, д), что и приведет к вставке нескольких нуклеотидов, образуется мишенная инсерция. При за- стройке этой бреши будет встроено четыре нуклеотида. Один из них встраивается напротив тимина T∗ 2, который входит в цис-син циклобутановый тиминовый димер TT∗ 2 и напротив которого была брешь в один нуклеотид. Следовательно, дополнительно встроено три нукле- отида, образовалась инсерция в три нуклеотида. Таким образом, участок ДНК, состоящий из 18 нуклеотидов ATTGTTTTTTTTTATTGT, заменяется участками ДНК, состоящими из 21 нуклеотида ATA(G)GTTTTTTTTTTC(A)TATG(A)GT. При образовании мишенных мутаций замены оснований один и тот же цис-син циклобу- тановый тиминовый димер может приводить к нескольким различным мутациям, транзи- циям или трансверсиям [9]. По этой причине на одном и том же участке ДНК, при увели- чении длины участка ДНК на три нуклеотида, могут появиться различные мишенные сло- жные мутации. Участок ДНК, состоящий из 18 нуклеотидов ATTGTTTTTTTTTATTGT, может превратиться в восемь различных участков ДНК, длиной в 21 нуклеотид, а именно: или ATAGTTTTTTTTTTCTATGGT, или ATAGTTTTTTTTTTATATGGT, или ATAGTTTTTTTTTTCTATAGT, или ATAGTTTTTTTTTTATATAGT, или ATGGTTTTTTTTTTCTATGGT, или ATGGTTTTTTTTTTATATGGT, или ATGGTTTTTTTTTTCTATAGT, или ATGGTTTTTTTTTTATATAGT. Образование сложных мутаций при склонном к ошибкам или SOS-синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые тиминовые димеры, ко- гда длина участка ДНК увеличивается на один нуклеотид. Чаще всего появляются инсерции в один нуклеотид. Поэтому посмотрим, как могут появляться сложные мутации при увеличении длины участка ДНК на один нуклеотид (рис. 3). Для этого рассмотрим участок ДНК следующего нуклеотидного состава ATTGTTTTTATTC, состоящий из 13 нуклеотидов. Пусть в результате облучения молекулы ДНК образовались цис-син циклобу- тановые тиминовые димеры TT∗ 1, TT∗ 2 и TT∗ 5, расположенные так, как показано на рис. 3, а. Тогда в противоположной нити ДНК напротив T∗ 1 будет находиться А∗ 1, напротив T∗ 2 — А∗ 2, напротив T∗ 5 — А∗ 5 (см. рис. 3, а). Поскольку эта нить ДНК не содержит циклобутановых димеров, то она будет синтезироваться безошибочным образом и, следовательно, к мутаци- ям не приведет. Поэтому в дальнейшем она не рассматривается. Так как кодирующая нить молекулы ДНК, изображенной на рис. 3, а, содержит несколько цис-син циклобутановых тиминовых димеров, то, если эти димеры не будут удалены в результате репарации, данный участок ДНК будет синтезироваться с помощью модифицированных или специализирован- ных ДНК-полимераз. Как было показано при изучении механизмов образования мишенных мутаций заме- ны оснований [9], напротив тимина в редкой таутомерной форме T∗ 1 невозможно встроить канонический аденин так, чтобы между тимином T∗ 1 и каноническим аденином образова- 148 ISSN 1025-6415 Dopov. NAN Ukraine, 2015, №5 Рис. 3. Образование мишенных сложных мутаций, когда длина участка ДНК увеличивается на один нуклео- тид. В результате облучения ультрафиолетовым светом участка ДНК ATTGTTTTTATTC, состоящего из 13 нуклеотидов, он превратился в участок ДНК ATC(A)GTTTTTTAG(A)TC, состоящий из 14 нуклеотидов лись водородные связи, но можно встроить гуанин или тимин (см. рис. 3, б ). Изучение механизмов образования мутаций сдвига рамки считывания [10, 11] показало что, напротив тимина в редкой таутомерной форме T∗ 2 невозможно встроить ни одно каноническое осно- вание так, чтобы между тимином T∗ 2 и основаниями ДНК образовались водородные свя- зи. Поэтому специализированные или модифицированные ДНК-полимеразы оставят бре- шь в один нуклеотид [10, 11]. Согласно данным изучения механизмов образования ми- шенных мутаций замены оснований [9], напротив тимина в редкой таутомерной форме T∗ 5 невозможно встроить канонический аденин так, чтобы между тимином T∗ 5 и канони- ческим аденином образовались водородные связи. Но можно встроить цитозин или тимин (см. рис. 3, б ). ISSN 1025-6415 Доп. НАН України, 2015, №5 149 Напротив цис-син циклобутанового димера TT∗ 2 появится брешь в один нуклеотид (см. рис. 2, б ). Конец нити ДНК может сползти, тем более что недалеко от цис-син цикло- бутанового тиминового димера TT∗ 2 есть еще циклобутановые димеры, так как напротив таких димеров цепь искривляется [14] и водородные связи между основаниями, находя- щимися в противоположных нитях ДНК, рвутся (см. рис. 2, в). Поскольку описывае- мые события происходят на участке с однородным нуклеотидным составом, то при сое- динении нить ДНК может образовать небольшую петлю (см. рис. 2, г). Если эта нить ДНК соединится со следующим основанием ДНК в противоположной нити, то брешь расширится до двух нуклеотидов (см. рис. 2, г). При застройке этой бреши с помо- щью конститутивных ДНК-полимераз образуется вставка из одного нуклеотида — мишен- ная инсерция в один нуклеотид (см. рис. 2, д). При репликации нити ДНК, не содер- жащей циклобутановых димеров, появится участок ДНК, состоящий из 14 нуклеотидов ATC(A)GTTTTTTAG(A)TC. Таким образом, участок ДНК ATTGTTTTTATTC, состоя- щий из 13 нуклеотидов, превратится в участок ATC(A)GTTTTTTAG(A)TC, состоящий из 14 нуклеотидов. При образовании мишенных мутаций замены оснований один и тот же цис-син цик- лобутановый тиминовый димер может приводить к нескольким различным мутациям, транзициям или трансверсиям [9]. По этой причине, на одном и том же участке ДНК, при увеличении длины участка ДНК на один нуклеотид, могут появиться различные ми- шенные сложные мутации. Участок ATTGTTTTTATTC длиной в 13 нуклеотидов мо- жет превратиться в четыре различных участка ДНК длиной в 14 нуклеотидов, а имен- но: или ATCGTTTTTTAGTC, или ATCGTTTTTTAATC, или ATAGTTTTTTAGTC, или ATAGTTTTTTAATC. Таким образом, в рамках развиваемой автором полимеразно-таутомерной модели уль- трафиолетового мутагенеза предлагается модель механизма образования мишенных сло- жных инсерций, вызванных цис-син циклобутановыми тиминовыми димерами. Рассмотрен склонный к ошибкам или SOS-синтез двунитевой ДНК, содержащей в одной из своих нитей цис-син циклобутановые тиминовые димеры TT∗ 1, TT∗ 2 и TT∗ 5. Мишенные сложные мутации, вызванные цис-син циклобутановыми тиминовыми диме- рами, появляются, когда на данном участке ДНК имеется участок с однородным нукле- отидным составом и, кроме того, образуется несколько цис-син циклобутановых пирими- диновых димеров. Причем обязательно образуется хотя бы один цис-син циклобутановый тиминовый димер TT∗ 2 и обязательно появляются один или несколько цис-син циклобута- новых тиминовых димеров TT∗ 1 или TT∗ 5. Цис-син циклобутановый тиминовый димер TT∗ 2 приводит к появлению мутации сдвига рамки считывания, т. е. к вставке одного или нескольких нуклеотидов. А цис-син циклобу- тановые тиминовые димеры TT∗ 1 и TT∗ 5 приводят к появлению мутаций замены оснований. Таким образом, вследствие образования инсерции участок ДНК удлиняется, а вследствие образования нескольких мутаций замены оснований изменяется его нуклеотидный состав. В результате участок ДНК определенной длины и определенного нуклеотидного состава заменяется участком другой длины и другого нуклеотидного состава. Появляется сложная мутация. А поскольку и инсерция и мутации замены оснований появились напротив цис-син циклобутановых тиминовых димеров, то все они относятся к мишенному типу. Следователь- но, и сложная мутация относится к мишенным мутациям. В английском языке сложная мутация называется complex mutation, что в буквальном переводе означает комплексная мутация. Это название, по мнению автора, точно отражает 150 ISSN 1025-6415 Dopov. NAN Ukraine, 2015, №5 суть явления. Действительно, как показано в данной работе, комплексная мутация обра- зуется тогда и только тогда, когда на данном участке ДНК появляется несколько мутаций, причем одна из них — обязательно мутация сдвига рамки считывания, а остальные — обяза- тельно мутации замены оснований. Поэтому автор предлагает называть сложные мутации комплексными мутациями. Таким образом, полимеразно-таутомерная модель ультрафиолетового мутагенеза спо- собна объяснить механизмы образования потенциальных мутаций, мишенных мутаций за- мены оснований, мишенных мутаций сдвига рамки считывания, мишенных сложных мута- ций, немишенных мутаций замены оснований и механизмы возникновения горячих и холо- дных пятен ультрафиолетового мутагенеза. Цитируемая литература 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. Abdulovic A. L., Jinks-Robertson S. The in vivo characterization of translesion synthesis across UV-induced lesions in Saccharomyces cerevisiae: insights into Polζ- and Polη-dependent frameshift mutagenesis // Genetics. – 2006. – 172. – P. 1487–1498. 3. Levine J.G., Schaaper R.M., DeMarini D.M. Complex frameshift mutations mediated by plasmid pKM101: mutational mechanisms deduced from 4-aminobiphenyl-induced mutation spectra in Salmonella // Gene- tics. – 1994. – 136. – P. 731–746. 4. Horsfall M. J., Borden A., Lawrence C.W. Mutagenic properties of the T-C cyclobutane dimer // J. Bacte- riol. – 1997. – 179. – P. 2835–2839. 5. Kunz B.A., Glickman B.W. The role of pyrimidine dimers as premutagenic lesions: a study of targeted vs. untargeted mutagenesis in the lacI gene of Escherichia coli // Genetics. – 1984. – 106. – P. 347–364. 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 of 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 замены оснований при SOS-репликации после облучения двухцепочечной ДНК ультрафио- летовым светом // Доп. НАН України. – 2001. – № 8. – С. 183–189. 9. 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. 10. 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. – С. 531–542. 11. Гребнева Е.А. Механизм образования мишенных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые цитозиновые димеры // Доп. НАН України. – 2014. – № 11. – С. 156–164. 12. Гребнева Е.А. Три источника немишенных мутаций замены оснований, образующихся после облуче- ния молекулы ДНК ультрафиолетовым светом // Доп. НАН України – 2013. – № 1. – С. 143–150. 13. Гребнева Е.А. Природа и механизмы образования горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза // Доп. НАН України – 2012. – № 10. – С. 181–187. 14. 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. 15. 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. ISSN 1025-6415 Доп. НАН України, 2015, №5 151 References 1. Wang C.-I., Taylor J.-S. Biochemistry, 1992, 31: 3671–3681. 2. Abdulovic A. L., Jinks-Robertson S. Genetics, 2006, 172: 1487–1498. 3. Levine J.G., Schaaper R.M., DeMarini D.M. Genetics, 1994, 136: 731–746. 4. Horsfall M. J., Borden A., Lawrence C.W. J. Bacteriol., 1997, 179: 2835–2839. 5. Kunz B.A., Glickman B.W. Genetics, 1984, 106: 347–364. 6. Grebneva H.A. Dopov. NAN Ukraine, 2001, No 7: 165–169 (in Russian). 7. Grebneva H.A. J. Mol. Struct., 2003, 645: 133–143. 8. Grebneva H.A. Dopov. NAN Ukraine, 2001, No 8: 183–189 (in Russian). 9. Grebneva H.A. Environ. Mol. Mutagen, 2006, 47: 733–745. 10. Grebneva H.A. Molecular. Biology (Mosk.), 2014, 48: 457–467. 11. Grebneva H.A. Dopov. NAN Ukraine, 2014, No 11: 156–164 (in Russian). 12. Grebneva H.A. Dopov. NAN Ukraine, 2013, No 1: 143–150 (in Russian). 13. Grebneva H.A. Dopov. NAN Ukraine, 2012, No 10: 181–187 (in Russian). 14. Raghunathan G., Kieber-Emmons T., Rein R., Alderfer J. L. J. Biomol. Struct. Dynam., 1990, 7: 899–913. 15. Shibutani S., Takeshita M., Grollman A. P. Nature, 1991, 349: 431–434. Поступило в редакцию 24.12.2014Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины О.А. Гребнева Механiзми формування мiшенних складних iнсерцiй при синтезi молекули ДНК, що мiстить цис-син циклобутановi тимiновi димери Донецький фiзико-технiчний iнститут iм. О.О. Галкiна НАН України У даний час не зрозумiлий механiзм формування складних мутацiй — таких мутацiй, ко- ли дiлянка ДНК певної довжини i певного нуклеотидного складу замiнюється дiлянкою iншої довжини та iншого складу. У рамках розроблюваної полiмеразно-таутомерної мо- делi ультрафiолетового мутагенезу запропоновано модель механiзму утворення мiшенних складних iнсерцiй, викликаних цис-син циклобутановими тимiновими димерами. Розгляну- то схильний до помилок або SOS-синтез двониткової ДНК, що мiстить в однiй зi своїх ниток цис-син циклобутановi тимiновi димери TT∗ 1 , TT∗ 2 та TT∗ 5 . Цис-син циклобутано- вий тимiновий димер TT∗ 2 призводить до появи мутацiї зсуву рамки зчитування, тобто до вставки одного або декiлькох нуклеотидiв. А цис-син циклобутановi тимiновi димери TT∗ 1 i TT∗ 5 призводять до появи мутацiй замiни основ. Таким чином, внаслiдок утворення iнсерцiї дiлянка ДНК подовжується, а внаслiдок утворення кiлькох мутацiй замiни основ змiнюється його нуклеотидний склад. У результатi дiлянка ДНК певної довжини i пев- ного нуклеотидного складу замiнюється дiлянкою iншої довжини та iншого нуклеотидного складу. З’являється мiшенна складна мутацiя. Ключовi слова: ультрафiолетовий мутагенез, полiмеразно-таутомерна модель, мiшеннi складнi мутацiї, мiшеннi складнi iнсерцiї, схильна до помилок реплiкацiя, SOS-реплiкацiя, основи ДНК у рiдких таутомерных формах, цис-син циклобутановi тимiновi димери. 152 ISSN 1025-6415 Dopov. NAN Ukraine, 2015, №5 H.A. Grebneva Mechanisms of formation of targeted complex insertions under the synthesis of a DNA molecule containing cis-syn cyclobutane thymine dimers O.O. Galkin Donetsk Institute of Physics and Engineering of the NAS of Ukraine The mechanism of formation of complex mutations has not been yet explained. Mutations are called complex if a DNA site with certain length and certain nucleotide composition is replaced by that with different length and different nucleotide composition. The author has proposed and developed a polymerase-tautomeric model of ultraviolet mutagenesis. The mechanism of formation of targeted complex insertions that are caused by cis-syn cyclobutane thymine dimers is proposed. The error- prone or SOS-synthesis of double-stranded DNA containing cis-syn cyclobutane thymine dimers TT∗ 1 , TT2, and TT∗ 5 in one of its strands is considered. Cis-syn cyclobutane thymine dimers TT∗ 2 lead to frameshift mutations, i. e., to the insertions of one or more nucleotides. Cis-syn cyclobutane thymine dimers TT∗ 1 and TT∗ 5 cause the formation of substitution mutations. Thus, due to the formation of a DNA insertion, its portion is extended, and its nucleotide composition varies due to the formation of several base substitution mutations. As a result, a DNA portion with certain length and nucleotide composition is replaced by that with different length and different nucleotide composition. A targeted complex mutation appears. Keywords: ultraviolet mutagenesis, polymerase-tautomeric model, targeted complex mutations, targeted complex insertions, error-prone replication, SOS replication, rare tautomeric forms of DNA bases, cis-syn thymine cyclobutane dimers. ISSN 1025-6415 Доп. НАН України, 2015, №5 153
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96613
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1025-6415
language	Russian
last_indexed	2025-11-27T10:14:49Z
publishDate	2015
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
record_format	dspace
spelling	Гребнева, Е.А. 2016-03-18T16:02:23Z 2016-03-18T16:02:23Z 2015 Механизмы образования мишенных сложных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые тиминовые димеры / Е.А. Гребнева // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2015. — № 5. — С. 144-153. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96613 577.2:577.3 В настоящее время не ясен механизм образования сложных мутаций — таких мутаций, когда участок ДНК определенной длины и определенного нуклеотидного состава заменяется участком другой длины и другого состава. В рамках развиваемой полимеразно-таутомерной модели ультрафиолетового мутагенеза предложена модель механизма образования мишенных сложных инсерций, вызванных цис-син циклобутановыми тиминовыми димерами. Рассмотрен склонный к ошибкам или SOS-синтез двунитевой ДНК, содержащей в одной из своих нитей цис-син циклобутановые тиминовые димеры TT₁, TT₂ и TT₅. Цис-син циклобутановый тиминовый димер TT₂ приводит к появлению мутации сдвига рамки считывания, т. е. к вставке одного или нескольких нуклеотидов. А цис-син циклобутановые тиминовые димеры TT₁ и TT₅ приводят к появлению мутаций замены оснований. Таким образом, вследствие образования инсерции участок ДНК удлиняется, а вследствие образования нескольких мутаций замены оснований изменяется его нуклеотидный состав. В результате участок ДНК определенной длины и определенного нуклеотидного состава заменяется участком другой длины и другого нуклеотидного состава. Появляется мишенная сложная мутация. У даний час не зрозумiлий механiзм формування складних мутацiй — таких мутацiй, коли дiлянка ДНК певної довжини i певного нуклеотидного складу замiнюється дiлянкою iншої довжини та iншого складу. У рамках розроблюваної полiмеразно-таутомерної моделi ультрафiолетового мутагенезу запропоновано модель механiзму утворення мiшенних складних iнсерцiй, викликаних цис-син циклобутановими тимiновими димерами. Розглянуто схильний до помилок або SOS-синтез двониткової ДНК, що мiстить в однiй зi своїх ниток цис-син циклобутановi тимiновi димери TT₁, TT₂ і TT₅. Цис-син циклобутановий тимiновий димер TT₂ призводить до появи мутацiї зсуву рамки зчитування, тобто до вставки одного або декiлькох нуклеотидiв. А цис-син циклобутановi тимiновi димери TT₁ i TT₅ призводять до появи мутацiй замiни основ. Таким чином, внаслiдок утворення iнсерцiї дiлянка ДНК подовжується, а внаслiдок утворення кiлькох мутацiй замiни основ змiнюється його нуклеотидний склад. У результатi дiлянка ДНК певної довжини i певного нуклеотидного складу замiнюється дiлянкою iншої довжини та iншого нуклеотидного складу. З’являється мiшенна складна мутацiя. The mechanism of formation of complex mutations has not been yet explained. Mutations are called complex if a DNA site with certain length and certain nucleotide composition is replaced by that with different length and different nucleotide composition. The author has proposed and developed a polymerase-tautomeric model of ultraviolet mutagenesis. The mechanism of formation of targeted complex insertions that are caused by cis-syn cyclobutane thymine dimers is proposed. The error- prone or SOS-synthesis of double-stranded DNA containing cis-syn cyclobutane thymine dimers TT₁, TT₂ and TT₅ in one of its strands is considered. Cis-syn cyclobutane thymine dimers TT₂ lead to frameshift mutations, i. e., to the insertions of one or more nucleotides. Cis-syn cyclobutane thymine dimers TT₁ and TT₅ cause the formation of substitution mutations. Thus, due to the formation of a DNA insertion, its portion is extended, and its nucleotide composition varies due to the formation of several base substitution mutations. As a result, a DNA portion with certain length and nucleotide composition is replaced by that with different length and different nucleotide composition. A targeted complex mutation appears. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Біологія Механизмы образования мишенных сложных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые тиминовые димеры Механiзми формування мiшенних складних iнсерцiй при синтезi молекули ДНК, що мiстить цис-син циклобутановi тимiновi димери Mechanisms of formation of targeted complex insertions under the synthesis of a DNA molecule containing cis-syn cyclobutane thymine dimers Article published earlier
spellingShingle	Механизмы образования мишенных сложных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые тиминовые димеры Гребнева, Е.А. Біологія
title	Механизмы образования мишенных сложных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые тиминовые димеры
title_alt	Механiзми формування мiшенних складних iнсерцiй при синтезi молекули ДНК, що мiстить цис-син циклобутановi тимiновi димери Mechanisms of formation of targeted complex insertions under the synthesis of a DNA molecule containing cis-syn cyclobutane thymine dimers
title_full	Механизмы образования мишенных сложных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые тиминовые димеры
title_fullStr	Механизмы образования мишенных сложных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые тиминовые димеры
title_full_unstemmed	Механизмы образования мишенных сложных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые тиминовые димеры
title_short	Механизмы образования мишенных сложных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые тиминовые димеры
title_sort	механизмы образования мишенных сложных инсерций при синтезе молекулы днк, содержащей цис-син циклобутановые тиминовые димеры
topic	Біологія
topic_facet	Біологія
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96613
work_keys_str_mv	AT grebnevaea mehanizmyobrazovaniâmišennyhsložnyhinserciiprisintezemolekulydnksoderžaŝeicissinciklobutanovyetiminovyedimery AT grebnevaea mehanizmiformuvannâmišennihskladnihinserciiprisintezimolekulidnkŝomistitʹcissinciklobutanovitiminovidimeri AT grebnevaea mechanismsofformationoftargetedcomplexinsertionsunderthesynthesisofadnamoleculecontainingcissyncyclobutanethyminedimers

Механизмы образования мишенных сложных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые тиминовые димеры

Репозитарії

Схожі ресурси