Часть повреждений ДНК

О том, что часть повреждений ДНК даже после облучения в небольших дозах остается нерепарированной, свидетельствует то, что у мышей, облученных многократно в дозе 0,5 Гр, процесс регенерации тканей оказывается заторможенным. Об образовании нерепарируемых повреждений может свидетельствовать и тот факт, что при фракционировании излучений степень репарации зависит от величины первой дозы излучения.

Известно, что эффективность летального действия излучения с высокой линейной потерей энергии больше редкоионизирующего излучения. Такое различие связано с тем, что большая часть повреждений ДНК остается нерепарированной. Это обнаружено при исследовании репарации продуктов модификации тимина и однонитевых разрывов ДНК.

Особенно четко значение множественности повреждений ДНК в инактивации генома, обусловленное уменьшением их репарируемости, видно при сравнении эффективности летального действия радиоактивного распада различных изотопов, включенных в ДНК фагов. Например, она исключительно велика у 1251: примерно каждый второй распад 1251 детален и каждый двойной разрыв, возникший в ДНК, детален. Причем в отличие от того, что наблюдается при облучении внешними источниками ионизирующих излучений или радиоактивном распаде включенных в ДНК изотопов 3Н или 14С, образуемые двунитевые разрывы часто оказываются нерепарируемыми. Чтобы понять, почему так получается, нужно вспомнить события, которые происходят при радиоактивных распадах 3Н и 1251. В первом случае происходит 3-излучение, и механизм эффекта облучения не отличается от механизма эффекта облучения электронами. При распаде же 1251 происходит К-захват, и вследствие образования электронной вакансии — множественная ионизация с возникновением и множественных повреждений ДНК в участке распада атома 1251.

Высокая биологическая эффективность распада включенного в фаговую ДНК 32Р по сравнению с 33Р также может быть понята исходя из того, что при распаде 32Р со значительно большей вероятностью образуются множественные повреждения в месте распада, приводящие, в частности, к возникновению труднорепарируе-мых двунитевых разрывов. Это обусловлено тем, что при распаде 32Р образуется ядро, имеющее большую энергию отдачи (по сравнению с ядром, образуемым при распаде 33Р) и тем самым способное наряду с разрывом фосфодиэфирной связи в месте расположения атома вызвать и другие повреждения, затрудняющие репарацию этого разрыва. Если летальным событием является двойной разрыв и его образование может происходить через комбинацию двух однонитевых, то сублетальные повреждения надо отождествлять с однонитевыми разрывами.

С таким предположением согласуются данные о том, что температурные зависимости репарации сублетальных повреждений и однонитевых разрывов имеют одну и ту же энергию активации. Однако не все данные можно объяснить исходя из такой гипотезы и возможно, что сублетальные повреждения лишь частично соответствуют однонитевым разрывам (другим таким повреждением должно быть повреждение мембран или РНК). Это позволяет объяснить то, что хотя репарация однонитевых разрывов ДНК соответствует репарации сублетальных повреждений, такое соответствие наблюдается не всегда.

Большинство из первичных изменений ДНК обратимы, целостность структуры ДНК восстанавливается спонтанно (особенно в случае локальных изменений вторичной структуры ДНК) или вследствие работы энзиматических механизмов репарации ДНК-Но уже в 1970 г. было отмечено, что если репарируемые первичные повреждения не будут устранены, они неизбежно должны трансформироваться (фиксироваться) в труднорепарируемые изменения. Рассмотренные выше мутационные изменения — пример таких первичных нарушений структуры ДНК, наблюдаемых в делящихся клетках. Что же касается неделящихся клеток, то при их старении «мутационный» путь не может быть реализован, за исключением редких случаев возникновения ошибок в процессе репара-тивного синтеза ДНК.

Альдегидные группы, образующиеся в ДНК в результате ее депуринизации, могут реагировать с белками, которые находятся вблизи ДНК. Таким образом может возникать значительная часть спонтанно образуемых сшивок ДНК — белок. Такого же типа генетические повреждения в нормально функционирующих клетках должны возникать в ДНК, содержащей однонитевые разрывы и под влиянием таких эндогенных генетических агентов, как перекись водорода или формальдегид. Раньше было показано, что «непрограммированные» реакции поврежденной ДНК с РНК-полимеразой и гистонами — один из вероятных путей образования сшивок ДНК — белок.