Современная генетика. Том 2 - Айала Ф.
ISBN 5-03-000495-5
Скачать (прямая ссылка):
потенциально мутагенной ошибки, допущенной ДНК-полимеразой. Вероятно, для
установления различий между родительской и дочерней цепями ДНК в Е. coli
используется метилирование аденина в последовательности GATC. Эта
палиндром-ная последовательность обычно метилирована в обеих цепях
родительской ДНК. При полуконсервативной репликации метилированной ДНК
образуется дочерняя ДНК, в которой одна цепь, пришедшая от родительской
ДНК, метилирована, а новообразованная цепь в течение некоторого времени
после выхода из области репликативной вилки остается неметилированной.
Следует заметить, что метилирование новообразованной цепи ДНК
осуществляется ферментом, отличным от метилаз, входящих в систему
рестрикции-модификации, обсуждавшуюся в гл. 9. Бактерии dam ~, дефектные
по метилированию аденина в результате нарушения синтеза соответствующей
метилазы характеризуются повышенной частотой спонтанных мутаций, что
подтверждает гипотезу об участии метилазы dam в системе исправления
ошибок репликации.
Система исправления ошибок в ДНК включает несколько различных
ферментативных функций. Процесс исправления начинается с вырезания
участка новообразованной цепи, содержащей неправильно встроенный
нуклеотид, за которым следует заполнение образовавшейся бреши в ходе
репарационного синтеза с использованием в качестве матрицы верной
нуклеотидной последовательности родительской цепи. Было установлено
участие в процессе вырезания четырех генов, точная функциональная роль
каждого из которых пока неизвестна. Мутации в любом из этих генов (mutH,
mutL, mutS и uvrD) вызывают проявление "мута-торного" фенотипа.
Локализация этих генов на генетической карте Е. coli показана на рис.
13.12. Полной инактивации системы исправления ошибок, описанной выше,
можно достичь совмещением мутаций в этих генах в пределах одного и того
же штамма Е. coli. Такой штамм характеризуется частотой спонтанных
мутаций около 10 - 6-10 - 7 ошибок на нуклеотид, т.е. такой же величины,
что и при действии ДНК-полимеразы III in vitro. Таким образом, крайне
низкий уровень спонтанных мутаций, наблюдаемый в норме у Е. coli,
обусловлен действием корректирующих функций ДНК-полимераз I и III,
которые дополнительно подстрахованы системой исправления ошибок в
новообразованной цепи ДНК.
Помимо ошибок, возникающих при репликации, ДНК также подвержена
повреждениям, которые могут возникать спонтанно или под воздействием
особых условий окружения. Для инициации удаления поврежденных нуклеотидов
используются два основных типа репарационных
124
Экспрессия генетического материала
Рис. 13.12. Локализация генов Е. coli, уча ствующих в исправле нии ошибок
репликации и репарации
Локус Функция
uvr В Субъединица репарационной эндонуклеазы
xthA Репарационная экзонуклеаза
uvr С Субъединица репарационной эндонуклеазы
ипд Урацил-ДНК-гликозилаза
mutS Исправление ошибок репликации
mutH Исправление ошибок репликации
dam Метилирование аденина; исправление ошибок
репликации
uvr D Эксцизионная репарация
pol A ДНК-полимераза I
uvr A Субъединица репарационной эндонуклеазы
mutL Исправление ошибок репликации
функций. После удаления поврежденных участков бреши, образовавшиеся в
одной из цепей, заполняются за счет репарационного синтеза с
использованием в качестве матрицы комплементарной цепи ДНК. Первым
важнейшим компонентом системы репарации ДНК служит специфическая
репарационная эндонуклеаза. Она узнает заметно искаженные участки двойной
спирали, возникающие в результате действия повреждающих агентов. Подобные
искажения могут быть вызваны ди-меризацией пиримидиновых оснований,
находящихся рядом в одной из цепей, под влиянием ультрафиолетового
излучения (рис. 13.13) или образованием поперечных сшивок между двумя
цепями ДНК за счет действия алкилирующих агентов. Репарационная
эндонуклеаза у Е. coli кодируется тремя различными генами, мутации
которых повышают чувствительность клетки к действию повреждающих агентов.
Расположение этих генов (uvr А, uvrB, uvrC) на хромосоме показано на
13. Генетический контроль синтеза ДНК
125
Рис. 13.13. Образование тиминовых димеров в одной из цепей ДНК включает
формирование циклобутано-вого кольца (состоящего из четырех углеродных
атомов) при взаимодействии атомов соседних пиримидиновых оснований.
рис. 13.12. Репарационная эндонуклеаза вносит одноцепочечный разрыв
фосфодиэфирной связи 3'-0Н/5'-Р04 со стороны 5'-конца рядом с
поврежденным участком. Далее за счет действия 5' -" З'-экзонуклеазной
активности, например ДНК-полимеразы I, происходит вырезание поврежденного
участка. Брешь заполняется ДНК-полимеразой I, выступающей в роли
репарационной полимеразы (рис. 13.14).
Другой тип репарационных процессов основан на действии фермента,
называемого ДНК-Ы-гликозилазой. Этот фермент узнает поврежденное
основание и расщепляет его N-гликозидную связь с остатком дезоксирибозы в
сахарофосфатном остове цепи ДНК. Таким образом, имеет место локальная
апуринизация или апиримидинизация; возникает так называемый АР-сайт,
