Первое веское свидетельство в пользу активной репарации ДНК после повреждений, а также в пользу направленного мутагенеза, пришло из экспериментов на бактериях, где было обнаружено, что летальные и мутагенные эффекты ультрафиолетового излучения (УФ) снижались, если бактерии находились в условиях, не способствующих росту. Это указывало на то, что бактерии могут восстанавливать повреждения ДНК, не погибая и не приобретая новых мутаций, если они не находятся в стадии активной ДНК репликации. Далее, было показано, что несмертельные дозы антибиотика сразу после облучения УФ значительно снижали репарационные способности. Это указывало на то, что бактерии именно отвечают на УФ излучение восстановлением повреждений, так как антибиотики останавливали синтез новых белков в клетках, в том числе и тех, которые ответственны за репарацию.
Далее последовали эксперименты (1950-е) Жана Вайгеля (Jean Weigle) [1], швейцарского физика, ставшего молекулярным генетиком. Он первым дал начало широкому использованию вируса, поражающего клетки E. coli, — бактериофага лямбда (λ) — в молекулярной биологии. Он использовал тот факт, что частицы вируса являются источником дополнительной последовательности ДНК, отличной от ДНК клетки-хозяина. Облучая лямбда-фаги и/или клетки, он мог различить эффекты УФ на собственно ДНК (ДНК вируса) и на клетку, в которой эта ДНК реплицировалась (напомним, что вирусы не имеют своего аппарата репликации и используют систему репликации клетки-хозяина, которую поражают). Вайгель подтвердил факт того, что само УФ облучение является запускным механизмом к репарации. Интересно, что он также зафиксировал следующее примечательное наблюдение. Облученные УФ клетки производили больше λ мутаций, чем необлученные, даже если были инфицированы необлученным вирусом. Этот результат известен как мутагенез Вайгеля; он показывает, что УФ излучение индуцирует мутагенные возможности бактериальной клетки, которые проявляются даже на ДНК, не подверженной УФ повреждению.
Более поздние детальные молекулярно-генетические исследования процесса УФ репарации и мутагенеза выявили сложный, хорошо скоординированный ответ на уровне всей клетки на повреждение ДНК. Эвелина Виткин (Evelyn Witkin) — пионер исследований репарации и мутагенеза — назвала такой ответ SOS ответом [2]. Два вида восстановительных систем задействованы в SOS ответе:
- Точный репарационный процесс, который удаляет ДНК повреждения, не внося мутационных изменений ("свободный от ошибок механизм"). Этот механизм работает так же, как и репарация ошибочно спаренных нуклеотидов, за исключением того, что чувствительные белки распознают химические сигналы, характерные для УФ повреждения.
- Мутагенный репарационный процесс, который приводит к синтезу специальной "подверженной ошибкам" ДНК полимеразы, которая удваивает ДНК с невосстановленным повреждением. Без таких специализированных ДНК полимераз, мутации не происходят в ответ на ДНК повреждения. Вместо этого, клетки и молекулы, которые не могут удалить повреждение или реплицироваться несмотря на него, обречены и не оставляет мутантного потомства.
Примечание
[1] При написании статьи я не нашел общедоступных русскоязычных источников в среде Интернет о Жане Вайгеле. Не важно? А может, языковая изоляция все же сильно влияет на наше восприятие реальности?[2] Во время работы над очерком мне случайно попалась интересная англоязычная статья автора в публичном издании об Эвелине Виткин, Жане Вайгеле и SOS ответе: http://www.huffingtonpost.com/james-a-shapiro/evelyn-witkin-jean-weigle_b_1992789.html.
Словарь
Мутагенез — процесс появления наследуемых изменений в последовательности ДНК.ДНК репарация/восстановление — изменение и исправление химических повреждений и разрывов в молекуле ДНК.
Бактериофаг — вирус, поражающий бактериальные клетки. Вирусы имеют лишь минимальный набор — ДНК и некоторые белки — и используют репликационный аппарат клетки-хозяина для своего размножения.
Литература
Напомним, что здесь приводится не полный список литературы; все работы приведены на сайте автора или в самой книге ([83, 96–115]).Канцерогенез и ДНК репарация:
- Modrich P. and Lahue R. Mismatch repair in replication fidelity, genetic recombination, and cancer biology. Annu Rev Biochem 65, 101–33 (1996).
- Ganesan A.K. and Smith K.C. Dark recovery processes in Escherichia coli irradiated with ultraviolet light. I. Effect of rec mutations on liquid holding recovery. J Bacteriol 96, 365–73 (1968).
- Howard-Flanders P. Inducible Repair of DNA. Sci Am 245, 72–80 (1980).
- Weigle J.J. Induction of Mutations in a Bacterial Virus. Proc Natl Acad Sci USA 39, 628–36 (1953).
- Wood R.D. and Hutchinson F. Non-targeted mutagenesis of unirradiated lambda phage in Escherichia coli host cells irradiated with ultraviolet light. J Mol Biol 173, 293–305 (1984).
- Maenhaut-Michel G. Mechanism of SOS-induced targeted and untargeted mutagenesis in E. coli. Biochimie 67, 365–9 (1985).
- Witkin E.M. Elevated mutability of polA derivatives of Escherichia coli B/r at sublethal doses of ultraviolet light: evidence for an inducible error-prone repair system ("SOS repair") and its anomalous expression in these strains. Genetics 79, Suppl:199–213 (1975).
- Janion C. Inducible SOS response system of DNA repair and mutagenesis in Escherichia coli. Int J Biol Sci 4, 338–44 (2008).
- Petit C. and Sancar A. Nucleotide excision repair: from E. coli to man. Biochimie 81, 15–25 (1999).
- Pham P., Rangarajan S., Woodgate R., and Goodman M.F. Roles of DNA polymerases V and II in SOS-induced error-prone and error-free repair in Escherichia coli. Proc Natl Acad Sci USA 98, 8350–4 (2001).
- Broyde S., Wang L., Rechkoblit O., Geacintov N.E., and Patel D.J. Lesion processing: high-fidelity versus lesion-bypass DNA polymerases. Trends Biochem Sci 33, 209–19 (2008).
- Napolitano R., Janel-Bintz R., Wagner J., and Fuchs R.P. All three SOS-inducible DNA polymerases (Pol II, Pol IV and Pol V) are involved in induced mutagenesis. Embo J 19, 6259–65 (2000).
Комментариев нет :
Отправить комментарий