Мутагенное действие ультрафиолетовых лучей

Способность ультрафиолетовых (УФ) лучей вызывать мутации была обнаружена в начале 30-х годов в исследованиях на дрозофиле и цветковых растениях. В отличие от рентгеновских, УФ-лучи не обладают достаточной энергией для индукции ионизации атомов. Однако они поглощаются входящими в состав ДНК пуринами и пиримидинами, переводя их в возбужденное состояние. Экспериментальная работа с УФ-лучами связана с определенными трудностями, поскольку они слабо проникают внутрь тканей у многоклеточных организмов, задерживаясь в поверхностных слоях клеток. Тем не менее, УФ-лучи довольно сильный физический мутаген, особенно для одноклеточных организмов. ДНК максимально адсорбирует УФ-лучи с длиной волны 254 нм. Эта же величина соответствует максимуму мутагенности УФ-лучей, что указывает на прямую связь процесса индукции предмутационных повреждений ДНК с поглощением УФ-лучей ее азотистыми основаниями.

Подобно большинству мутагенов, УФ-лучи индуцируют в ДНК не мутации, а только предмутационные повреждения. Для того чтобы такие повреждения преобразовались в мутации, они должны закрепиться, или фиксироваться, т.е. привести к определенному изменению последовательностей оснований в ДНК. В результате поглощения УФ-лучей с длиной волны 254 нм наиболее реактивными становятся пиримидины, в ответ на облучение образующие два типа фотопродуктов - гидраты и димеры. Основные продукты при облучении двухцепочечной ДНК - пиримидин-пиримидиновые, преимущественно тимин-тиминовые димеры, формирующие между соседними основаниями в цепи ДНК циклобутановое кольцо. Такие димеры рассматриваются как предмутационные повреждения, индуцированные УФ-лучами. Их разрушение в результате фотореактивации устраняет до 90% случаев мутагенеза, связанного с включением ошибочного основания против поврежденного участка. Присутствие димеров в ДНК приводит к ошибкам при ее репликации. Наряду с этим осуществляющееся в ходе репликации УФ-повреждений вырезание димеров из ДНК и восстановление целостности ее структуры также может привести к ошибкам. Сравнительно недавно обнаружен еще один тип повреждений ДНК, индуцированных УФ-лучами, - пиримидин-пиримидин (6-4) УФ-фотопродукты. Они образуются в форме димеров между тимином и цитозином в УФ-облученной ДНК в количестве ¹/₁₀ от общего числа димеров пиримидина, однако скорость их формирования в определенных последовательностях ДНК выше, чем циклобутановых димеров. Такие последовательности являются одновременно “горячими точками” образования (6-4) УФ-фотопродуктов и индуцированных УФ-лучами замен пар оснований типа транзиций, ведущих к появлению амбер (УАГ)-, охра (УАА)- и опал (УГА)-кодонов в соответствующем участке иРНК. Отсюда сделано заключение, что (6-4) УФ-фотопродукты наряду с димерами пиримидинов представляют собой один из типов предмутационных повреждений, индуцируемых в ДНК УФ-лучами.

Мутагенное действие химических соединений

Химический мутагенез был открыт в 30-х годах работами В.В. Сахарова, М.Е. Лобашева и др., обнаруживших, что некоторые соединения (йод, марганцевокислый калий, аммиак, уксусная кислота, сульфат меди) способны индуцировать летальные мутации у дрозофилы. В 1939 г. С.М. Гершензон установил, что добавление ДНК из тимуса теленка в корм личинок дрозофил индуцирует у них видимые мутации. Широкое изучение химического мутагенеза началось после того, как в 1946 г. И.А. Рапопорт (в СССР) обнаружил мощное мутагенное действие этиленамина и формальдегида, а Ш. Ауэрбах (в Англии) - иприта и его производных. С тех пор было выявлено много химических соединений, которые по своей мутагенной активности могут быть разделены на два класса: 1) соединения, мутагенные в отношении как реплицирующейся, так и нереплицирующейся (покоящейся) ДНК: алкилирующие соединения, гидроксиламин и азотистая кислота; 2) соединения, мутагенные только в отношении реплицирующейся ДНК: аналоги оснований, структурно напоминающие нормальные пурины и пиримидины в ДНК, а также акридиновые красители.

Рассмотрим вкратце механизм и особенности мутагенного действия некоторых из этих соединений.