Ионизирующие и УФ-излучения

В последние годы было показано, что, во-первых, ионизирующие и УФ-излучения индуцируют образование в клетках поперечных сшивок ДНК — белок; во-вторых, образование таких сшивок может блокировать как транскрипцию, так и, вероятно, редупликацию ДНК и, в-третьих, в основе синергизма при сочетанном действии излучений и других физических или химических факторов может лежать потенцирование этими факторами образования сшивок ДНК — белок, индуцированных излучением.

Например, если перед рентгеновским облучением клетки мышиной лейкемии прогреть при 43° С, то число сшивок, определяемых методом щелочной элюции после облучения, оказывается в 2 раза больше, чем в непрогретых и облученных в той же дозе клетках. С использованием протеиназы К показано, что увеличение сшивок в ДНК после комбинированного действия тепла и излучения обусловлено связыванием белков с ДНК. Таким образом, подтверждается предположение о том, что хорошо известный синергизм в комбинированном летальном действии тепла и ионизирующих излучений может быть связан с тем, что при таком действии взаимоусиливаются способности обоих факторов индуцировать сшивки ДНК — белок.

Однако имеет значение-не только (а может быть, даже не столько) общее количество сшивок ДНК — белок, а характер этих сшивок, их локализация и прочность. С таким предположением согласуются данные Бовдена с сотр. о том, что, несмотря на установленную ими роль связывания белков с ДНК в поперечном сшивании ДНК после сочетанного действия тепла и изучений, количество белка, остающегося на фильтрах при использовании метода щелочной элюции, не возрастает. Образование сшивок между двумя цепями ДНК наблюдали и под влиянием УФ-облучения, однако биологическое значение таких повреждений также пока не совсем ясно.

Механизмом образования сшивок между ДНК и белковыми молекулами, входящими в состав хроматина, может быть реакция групп ДНК и белка, содержащих по одному неспаренному электрону и расположенных настолько близко друг к другу, что эти группы могут реагировать друг с другом. Такие радикальные пары могут возникнуть в результате процесса прямой ионизации молекул ДНК и белка хроматина или их реакции с ОН-радикалом. Вклад такого физического механизма в образование индуцированных облучением сшивок ДНК — белок можно относительно легко проверить, определяя их число в образцах, облученных в обычных условиях и при помещении образцов в постоянное магнитное поле. Подход основан на том, что «судьба» пары близкорасположенных радикалов зависит от ориентации спинов неспаренных электронов и от напряженности магнитного поля.

Исходя из анализа возможных физических и химических модификаций ДНК и белка и свойств различных радикалов, можно полагать, что наиболее часто в реакциях, приводящих к образованию сшивок ДНК — белок, участвуют основания ДНК и остатки ароматических аминокислот: Остатки положительно заряженных аминокислот гистонов, будучи в свободнорадикальном состоянии, также с большой вероятностью могут реагировать с участками ДНК, где имеется неспаренный электрон. Этому будет способствовать электростатическое взаимодействие между гистонами и ДНК. Реакция с ДНК остатков отрицательно заряженных аминокислот — глютаминовой или аспарагиновой кислот, должна быть весьма затруднена. Считается, что реакция белков хроматина, находящихся в свободнорадикальном состоянии с остатками дезоксирибозы ДНК, вероятно, невелика, даже если они находятся в свободнорадикальном состоянии. Это связано с тем, что продолжительность жизни такого состояния невелика из-за протекания внутримолекулярных реакций.

При исследовании системы, состоящей из предшественников ДНК и белков — тимина и тирозина, обнаружено, что радикал ОН индуцирует образование между ними поперечных сшивок с весьма высокой эффективностью, при этом ОН реагирует с тимином (Т) в основном присоединением к двойной связи С(5)=С(6) с образованием радикала Т —ОН. После реакции тирозинов с ОН тирозины (Тир) также переходят в свободнорадикальное состояние (в частности, образуются феноксиради-калы). Эти радикалы участвуют в реакциях диспропорционирования и димеризации, а часть из них вступает в реакции с Т=ОН с образованием поперечных сшивок между тирозином и Т через образование С—С или С—О—С-связей. Как было обосновано выше, возникающий в процессе облучения радикал ОН или радикалы, образуемые в облученных клетках вследствие нарушения в них метаболизма, имеют существенное значение в механизмах различных радиобиологических, в том числе и отдаленных, эффектов.