Данные о влиянии температуры

Поскольку данные о влиянии температуры на скорость старения отложены на графике, построенном в том же масштабе, что и диаграммы на графике, характеризующем зависимость депуринизации ДНК от температуры, то сходство рассматриваемых закономерностей свидетельствует о том, что спонтанная депуринизация ДНК — один из критических молекулярных механизмов старения клеток и, по крайней мере, некоторых пойкилотермных организмов и одна из причин спонтанной гибели и мутабильности клеток.

Можно также полагать, что депуринизация ДНК — причина инактивации вирусных и бактериальных генов. Действительно, нарушение матричной активности ДНК после депуринизации проявляется в увеличении частоты мутаций при редупликации такой ДНК или полном ингибировании матричной активности. Для вирусных и бактериальных геномов такое ингибирование, если оно необратимо, эквивалентно летальному эффекту. Для трансформирующей ДНК бактерий потеря ее активности при нагревании определяется не только депуринизацией ДНК, но и ее денатурацией. Вклад каждого из этих механизмов в летальное действие тепла можно оценить на основании данных о восстановлении трансформирующей активности после ренатурации. Из сравнения кинетики депуринизации и потери трансформирующей активности ДНК, нагреваемой до температур, меньших, чем температура денатурации, можно заключить, что депуринизация — основной механизм инактивации при таких субкритических температурах. Расчеты позволяют также полагать, что для потери трансформирующей активности гена необходимо и достаточно выщепления из него примерно 10 пуриновых оснований.

Обычно полагают, что частота спонтанных мутаций определяется ошибками в процессе редупликации интактной ДНК. Однако одним из наиболее важных механизмов мутагенеза, по крайней мере для некоторых систем, является повреждение матрицы прежде всего вследствие ее депуринизации. Действительно, мутации накапливаются в неделящихся клетках, а частота спонтанных мутаций может возрастать, если снижается способность клеток к репарации ДНК - Кроме того, скорость возникновения спонтанных мутаций в соматических клетках млекопитающих в расчете на единицу времени не зависит от скорости деления.

Чтобы оценить роль тепловых повреждений (и прежде всего депуринизации ДНК) в механизме спонтанного мутагенеза, сравним характер зависимости от температуры скоростей депуринизации ДНК и возникновения мутаций (5, прямая 2). Из этих данных следует, что зависимость скорости мутаций от температуры также описывается уравнением Аррениуса и наклон прямой 2 на 5, характеризующей эту зависимость, существенно не отличается от наклона прямых I и II на 1, построенных в тех же координатах. Необходимо, конечно, учесть различия в масштабах графиков, выражающих зависимость от температуры частоты мутаций и скорости депуринизации ДНК. Таким образом, спонтанная депуринизация ДНК вносит, вероятно, существенный вклад в общую частоту спонтанных мутаций. Можно было бы предположить, что зависимость скорости спонтанного мутагенеза от температуры объясняется тем, что с увеличением температуры возрастает частота ошибок в работе ДНК-полимеразы. Однако пока обстоятельного исследования зависимости от температуры точности работы ДНК-полимеразы не проводилось.

В последние годы несколько групп авторов подтвердили теоретически обоснованное предположение о том, что депуринизация ДНК является мутагенные (или премутагенным) событием в клетках млекопитающих. В частности, в качестве тест-системы был использован вирус SV-40, репродуцирующийся в клетках млекопитающих. Контрольные и УФ-облученные клетки почек мартышки трансфецировали апуриновой ДНК температурочувствительного мутанта SV-40, который может репродуцироваться при 33° С (пермиссивной температуре), но не при 41° С.