Нестабильность ДНК

Из термодинамического анализа и кинетики репарации сшивок ДНК — белок можно предполагать, что при сочетании трех из рассматриваемой группы повреждений ДНК (апуриновые и апири-мидиновые участки, разрывы полинуклеотидной цепи, ковалентные сшивки ДНК — ДНК или ДНК — белок) процесс репарации ДНК не может быть завершен в течение промежутка времени, равного периоду интерфазы у быстро делящихся клеток млекопитающих (например, эпителиальных клеток кишечника грызунов или человека). Но это означает, что в процессе синтеза ДНК оставшиеся нерепарированными повреждения с большой вероятностью могут «фиксироваться» в нерепарируемые генетические повреждения: хромосомные или генные мутации. В результате таких генетических изменений происходит гибель клетки или ее трансформация в опухолевую клетку. Итак, следствием развития повреждений генома будет атрофия тканей или развитие в них опухоли. Разумеется, рассматриваемый путь возникновения отдаленных эффектов не является единственным, но он может быть существенным.

Подчеркнем, что предсказание в начале 70-х годов образования поперечных сшивок между ДНК и белками в апуриновых участках было эффективно использовано в широко известных работах для выяснения характера расположения гистонов вдоль цепи ДНК.

Анализ возможных погрешностей при экстраполяции рассмотренных выше данных на условия спонтанного повреждения ДНК. Рассмотренные выше закономерности и механизмы спонтанной депуринизации ДНК служат теоретическим обоснованием заключения, что, рассчитывая эту константу или константу образования в ДНК однонитевых разрывов при 37°С экстраполяцией с более высоких температур, мы не допускаем большой ошибки. Кроме вопроса о правомерности экстраполяции данных о спонтанном повреждении ДНК при более высоких температурах на данные, полученные при низких температурах, существенное значение имеет вопрос о правомерности экстраполяции заключений, сделанных для условий in vitro (даже при физиологических значениях рН, ионной силы и температуры) на физиологические условия in vivo.

Следующие факты и результаты теоретического анализа позволяют с достаточно большой вероятностью полагать, что скорость депуринизации ДНК в клетке того же порядка, что и рассчитанные выше для 37° С.

1. Ход прямой, характеризующей зависимость от температуры скорости образования разрывов ДНК в бактериальных клетках, близок к ходу прямой, характеризующей аналогичную зависимость (в том же диапазоне температур) скорости депуринизации ДНК в растворе. Кроме того, константа скорости депуринизации ДНК в растворе при 65 или 44°С, определенная методом интерполяции, по порядку величины близка к константам скоростей образования однонитевых разрывов соответственно при 65° С в ДНК клеток китайского хомячка и 44° С в диплоидных фибробластах

Человека. Методика измерения разрывов ДНК, индуцированных в клетках, включает лизис клеток и центрифугирование лизатов при рН12. В этих условиях за несколько часов (в течение такого промежутка времени при определении разрывов ДНК находится в щелочном растворе) практически во всех апуриновых участках ДНК должен произойти разрыв фосфодиэфирных связей. Следовательно, количество разрывов ДНК, индуцированных теплом, может быть приблизительно равным количеству выщепленных из ДНК пуриновых оснований.

2. Одно из основных возражений против экстраполяции оценок тепловой нестабильности ДНК in vitro при рН, ионной силе и температуре, близких к физиологическим, на оценки in vivo состоит в следующем. Если в механизмах депуринизации имеет значение протонирование оснований, то ее скорость может зависеть и от степени гидратации ДНК, и от ее концентрации.

Сравнение прямых, и и 1 свидетельствует о том, что, даже если ДНК в клетке находится в дегидратированном состоянии (что маловероятно), скорость ее депуринизации не должна резко отличаться от скорости депуринизации ДНК при 37°С в растворе. Эта скорость, по-видимому, не зависит и от концентрации ДНК, что следует из того, что в опытах Линдаля и Найберга концентрация ДНК была иной, чем в опытах Гриера и Заменгофа. Однако константа скорости депуринизации ДНК, рассчитанная на основании данных первой группы авторов, соответствует константе, полученной на основании данных второй группы авторов.

Имеются данные о том, что кинетики кислотной денатурации изолированной ДНК и ДНК, содержащейся в хромосомах, резко не различаются. Это служит еще одним указанием на то, что доступность ДНК; упакованной в хроматике, к протонам, а следовательно, и кинетика депуринизации ДНК (если она лимитируется про-тонированием оснований) in vivo резко не изменяется.

3. Одним из основных вопросов при рассмотрении механизмов спонтанного повреждения ДНК состоит в том, насколько компоненты ДНК менее доступны для реакции с водой и растворенными в ней «ДНК-тропными» веществами по сравнению с теми же компонентами, не организованными в структуру ДНК.