Нейрохимия - Ашмарин И.П.
ISBN 5-900760-02-2
Скачать (прямая ссылка):
Большая часть синтеза ДНК в мозге интактных взрослых крыс (~60%) обусловлена именно процессами репарации. Скорость репарации многих экспериментально индуцированных повреждений ДНК мозга очень невелика. Относительно быстрое удаление части таких повреждений в первые часы после их индукции обычно сменяется фазой гораздо более медленной репарации (В.А.Иванов, 1989). В первую очередь репарируются повреждения транскрипционно активных, важных для выживания и полноценного функционирования клеток генов, тогда как в репрессированных областях хроматина повреждения могут накапливаться. В основе такой избирательности может лежать более высокая доступность транскрибируемых участков хроматина ферментам репарации и совместное расположение транскрипционных и репаративных ферментов в определенных участках ядерного матрикса.
В мозге млекопитающих обнаружены практически все ферменты, необходимые для эффективной репарации повреждений ДНК. Так, в мозге крыс и кроликов имеются основные ферменты, необходимые для синтеза дезоксинуклеозидтрифос-фатов, — рибонуклеотидредуктаза и тимидинкиназа. Активность этих ферментов особенно высока в мозге эмбрионов и новорожденных животных. У взрослых животных она сохраняется на довольно низком уровне, соответствующем невысоким потребностям в пополнении фондов дезоксинуклеозидтрифосфатов для
12
репаративного синтеза ДНК. Содержание различных ДНК-по-лимераз в мозге млекопитающих также зависит от возраста. Функциональное значение различных ДНК-полимераз в клетках эукариот довольно хорошо исследовано.
Главной репликативной ДНК-полимеразой является полимераза а. Ведущую роль в репликации ядерной ДНК наряду с а-полимеразой выполняет ДНК-полимераза б: предполагается, что 5-полимераза осуществляет непрерывный синтез лидирующей цепи ДНК, а а-полимераза — синтез фрагментов Оказаки “запаздывающей” цепи. ДНК-полимераза р не участвует в репликации ДНК и является целиком репаративным ферментом, а ДНК-полимераза у реплицирует митохондриальную ДНК.
В ядрах нейронов неокортекса взрослых крыс ДНК-полимераза а не обнаруживается, что вполне согласуется с полной утратой этими нейронами пролиферативной активности, а основной является ДНК-полимераза (J (-99,2% от всей ДНК-полиме-разной активности); небольшой вклад в общую активность (-0,8%) вносит ДНК-полимераза у. ДНК-полимераза р осуществляет стимулируемый ультрафиолетовым облучением репара-тивный синтез ДНК в изолированных ядрах нейронов и является, таким образом, главной, если не единственной, репаратив-ной полимеразой в зрелых нейронах.
ДНК-полимераза р является конститутивным ферментом, синтезируемым в клетках всех типов на более или менее одинаковом уровне, не зависимом от их пролиферативной активности. Это самая часто '‘ошибающаяся” из всех эукариотических ДНК-иолимераз: при копировании ДНК ш vitro она делает одну ошибку на каждые 103 — 104 нуклеотидов. По-видимому, существуют какие-то дополнительные факторы, повышающие точность ее работы ш vivo.
В мозге млекопитающих обнаружены также и другие ферменты, принимающие участие в репликативном и репаратив-ном синтезе ДНК. Наиболее подходящей по своим каталитическим свойствам на роль репаративной экзонуклеазы является ДНКаза BIII, которая, по-видимому, относится к мозгоспецифическим ферментам. В ядрах нейронов и глии мозга взрослых морских свинок выявлена ДНК-лигаза, участвующая в завершающих этапах репаративного синтеза. Непонятной остается функция обнаруженной в мозге человека терминальной дезок-синуклеотидилтрансферазы, способной к нематричному синтезу ДНК. Интересно, что этот широко распространенный у млекопитающих фермент обнаруживается только в клетках тимуса и нервной системы. Высказываются предположения, что его роль связана с уникальной способностью этих клеток запасать и хранить ненаследуемую информацию.
ДНК-топоизомеразы I и II, участвующие в различных мат-
13
ричных процессах регуляции топологической структуры ДНК, обнаружены в ядрах нейронов и глиальньис клеток.
В заключение остановимся на гипотезе о так называемой метаболической ДНК. Предполагается, что, помимо стабильной геномной ДНК, в дифференцированных клетках существует специфическая фракция относительно быстро обменивающейся ДНК, которая, по-видимому, представлена экстракопиями наиболее активных генов. В целом эта концепция до сих пор не получила достаточного обоснования* хотя сообщения о существовании быстро обменивающихся фракций ДНК в тех или иных клетках время от времени появляются в научной литературе. Наиболее убедительны данные о существовании таких ДНК в эмбриональных фибробластах цыпленка, где ей приписывается роль межклеточного переносчика информации.
Вопрос о существовании метаболически лабильной ДНК в клетках мозга животных и ее природе остается спорным. Быстрое включение радиоактивных предшественников в ДНК мозга и последующее быстрое исчезновение их из этой ДНК наблюдали многие исследователи Однако имеются и сообщения о высокой стабильности радиоактивной метки, включившейся в ДНК мозга. В литературе приводятся убедительные аргументы в пользу того, что быстрый обмен вновь синтезированной ДНК является артефактом, связанным с ее радиоактивной деградацией вследствие включения меченых предшественников. Полагают также, что метаболическая нестабильность этой ДНК обусловлена быстрой гибелью значительной части активно делящихся клеток. Тем не менее некоторые исследователи считают, что метаболически лабильная ДНК в клетках мозга действительно существует и может выполнять какие-то особые, хотя пока и не выясненные функции.
