Жизнь микробов в экстремальных условиях - Кашнер Д.
Скачать (прямая ссылка):
При помощи генетических скрещиваний были получены двойные и тройные мутанты дрожжей, у которых репаративиая активность полностью отсутствует (Fabre, 1971; Khan et al., 1970; Nasim, Smith, 1974). Сравнительное исследование штамма дико-
го типа и сверхчувствительных двойных и тройных мутантов S. се-revisiae показало, что если нормальный штамм довольно легко переносит образование в ДНК почти 16 000 димеров (37% выживания), то двойные и тройные мутанты .остаются резистентными в присутствии не более 50 и 1 димера соответственно (Сох, Game,
1974). Пониженная резистентность таких двойных и тройных мутантов служит убедительным свидетельством в пользу существования различных путей репарации радиационных повреждений.
Репаративные процессы у самых различных организмов, от вирусов до линий клеток человека, детально рассматриваются в опубликованных в последнее время обзорных статьях (Alder, 1966; Bridges, Munson, 1968; Cleaver, 1974; Grossman, 1974; Ha-nawalt, 1968; Hanawalt, Haynes, 1967; Haynes, 1966; Haynes et al., 1968; Howard-Flanders, 1964, 1968a, b, Howard-Flanders, Boyce, 1966; Rupert, Harm, 1966; Setlow, 1966; Setlow, 1966, 1967;
Setlow, Setlow, 1972; Smith, 1971; Strauss, 1968). Здесь будет дано лишь краткое их описание.
В зависимости от того, участвует ли видимый свет в модификации повреждений ДНК, репарацию можно подразделить на световую и темповую. Конкретно под световой репарацией понимается феномен фотореактивации, впервые описанный у актино-мицетов (Kelner, 1951). Механизм фотореактивации действует, очевидно, только на пиримидиновые димеры. В этом процессе участвует впервые выделенный и очищенный из пекарских дрожжей фермент (Muhammed, 1966), который связывается с димерами. Образующийся фермент-субстратный комплекс активируется видимым светом, что приводит к мономеризации димеров in situ. Таким образом, летальный эффект УФ-облучеиия существенно снижается, если облученные клетки подвергаются затем воздействию видимого света с длинами волн от 360 до 420 нм. Фермент фотореактивации к настоящему времени выделен из самых разнообразных организмов. Значение его широкого распространения обсуждается в одном из обзоров (Cook, 1970). У микроорганизмов не наблюдается четкой корреляции между общей радиорезистентностью и их способностью (или неспособностью) к фотореактивации. Высказывалось предположение, что у организмов с высокоэффективной системой темновой репарации, таких, как М. radiodurans, система фотореактивации отсутствует (Smith, Hanawalt, 1969). Возможно, однако, такая корреляция представляет собой скорее исключение, чем правило.
Фотореактивация схематически изображена на рис. 11.4. Она служит мощным инструментом исследования летальных и мутационных повреждений, так как их репарация под влиянием света может быть использована в качестве критерия для решения вопроса о том, обусловлена ли инактивация ДНК образованием пиримидиновых димеров.
HN N HN N" ОO'
CH,
CH,
3
Тимин Тимин
Тиминовый димер ТТ
Фермент фотореактивации+ 4- видимый свет
ц | И ¦""Д" ¦ Ц Ц | |
ииввПмии!
¦ I ¦ ¦ и ¦ д П И и г i!iiii!!!i!iii!
Рис. 11.4
К другому типу реактивации клеток видимым светом относится его защитное действие. В этом случае увеличение выживаемости клеток наблюдается при освещении их видимым светом перед' УФ-облучением. Этот феномен объясняют тем, что видимый свет индуцирует задержку клеточного деления (Jagger, 1958). В результате такой задержки остается больше времени для репарации повреждений, вызываемых УФ-облучением.
А. СИСТЕМЫ ТЕМНОВОЙ РЕПАРАЦИИ
Под «темновой репарацией» понимают репарацию без участия света. В настоящее время известны две системы такого типа: эксцизионная репарация и менее изученная пострепликативная рекомбинационная репарация. Репарация первого типа требует присутствия ферментов, которые узнают нарушения структуры ДНК, удаляют затронутые участки, замещая их нормальными нуклеотидными последовательностями, и, наконец, восстанавливают первоначальную структуру ДНК, замыкая полинуклеотид-ную цепь. Действие разнообразных инактивирующих агентов на клетки может приводить к возникновению в ДНК целого ряда различных повреждений. Детальное изучение системы эксцизи-онной репарации стало возможным благодаря наличию радиационно-чувствительных мутантов, с помощью которых удалось выделить и охарактеризовать специфические ферменты, принимающие участие в разных стадиях этого процесса (Grossman, 1974). Последовательные этапы эксцизионной репарации показаны на рис. 11.5. У Е. coli имеется по крайней мере четыре таких этапа. На первом этапе происходит разрыв цепи ДНК вблизи повреждения под действием эндонуклеазы, узнающей нарушения структуры ДНК. Такая УФ-специфическая эндонуклеаза была выделена из Micrococcus luteus и Е. coli (Grossman, 1974; Braun, Grossman, 1974). За разрывом цепи ДНК следует удаление пиримидиновых димеров, осуществляемое экзонуклеазой. Удаление димеров сопровождается дополнительной деградацией ДНК с образованием брешей, размеры которых варьируют от 20 до 400 нуклеотидов. Затем бреши заполняются с помощью ДНК-по-лимеразы, использующей в качестве матрицы интактную комплементарную цепь ДНК. Заключительный шаг в этой последовательности событий состоит в восстановлении целостности поли-нуклеотидной цепи в результате сшивания разрыва лигазой. Более подробное рассмотрение эксцизионной репарации можно найти в недавно опубликованных обзорах (Grossman, 1974; Set-lov, Setlov, 1972).
