» » Узнавание мест частичной денатурации ДНК
Узнавание мест частичной денатурации ДНК

Обычно полагают, что узнавание мест частичной денатурации ДНК — механизмы узнавания различных повреждений ДНК эндонуклеазами, катализирующими первый этап репарации ДНК — инцизию. Следовательно, эти же ферменты могут расщеплять ДНК и в участках локального расплетания двойной спирали вследствие флуктуации в распределении тепловой энергии. Кроме того, если эти ферменты ошибутся и индуцируют разрыв в противоположной цепи, содержащей частично расплетенный участок после образования однонитевого разрыва, то это приведет и к образованию двунитевого разрыва.

ДНКазы также участвуют в спонтанной деградации ДНК, и было предположено, что активация ДНКаз— механизм разрушения клеток в процессе старения и их программированной гибели в процессе морфогенеза и программированной гибели всего организма. (В последнем случае эта функция ДНКаз была названа механизмом «самоубийства».) В частности, имеется доказательство того, что увеличение активности ДНКаз — один из критических механизмов старения растительных клеток, а увеличение активности кислой ДНКазы найдено в процессе «программированной» гибели тихоокеанских лососей и старении млекопитающих.

Механизмом активации ДНКаз может быть не только лабилиза-ция мембран, в которых осуществляется компартментализация ДНКаз, но и активация структурных генов и изменение активности регуляторных генов, контролирующих синтез ДНКаз. Другой механизм увеличения активности ДНКаз — уменьшение концентрации их природных ингибиторов. Уменьшение аргинина в среде роста клеток приводит к фрагментации ДНК линии клеток KB, и, возможно, этот феномен обусловлен уменьшением концентрации ингибитора или активацией синтеза ДНКаз. Очевидно, ДНКазы участвуют в элиминации некоторых хромосом в стареющих клетках, разрушении ДНК в процессе кератинизации эпителиальных клеток и терминальной дифференцировке других клеток. Из теоретического анализа вытекает, что два противоположных процесса — развитие первичных спонтанных повреждений ДНК и начальные этапы их репарации катализируются одним и тем же классом ферментов, ДНКазами. И только специфические эндонуклеазы могут сделать выбор между этими двумя процессами (и то не всегда точно). Причем одни и те же экзонуклеазы могут катализировать и репарацию ДНК, и ее деградацию. Поэтому, только изучая последующие молекулярные события, можно решить, каково биологическое значение энзиматической деградации ДНК - Более того, биологическое значение деградации даже целых генов может быть двояким: или их повреждение, или освобождение генома от ненужных «использованных» генов. Таким образом, мы подошли к вопросу об экспериментальных доказательствах за и против существования «метаболической» ДНК — проблемы, которая имеет много аспектов, но была сформулирована на основании исследований молекулярно-биологических механизмов старения.

С точки зрения большинства биологов, количество ДНК в расчете на ядро — величина постоянная и ДНК — физико-химически очень стабильная молекула, не подвергающаяся обмену после завершения ее синтеза. Спонтанные мутации обычно интерпретируют как следствие ошибок в процессе редупликации ДНК. Однако существует и гипотеза о «метаболической» ДНК. В этой концепции было предположено, что количество ДНК в расчете на ядро может изменяться и может происходить обмен определенной части генома в процессе его функционирования в неповрежденных клетках. Некоторые исследователи пытались отделить от всей ДНК ее метаболическую фракцию. Первые работы по этому вопросу, выполненные на растительных клетках, содержали методические артефакты, в частности, обусловленные «загрязнением» клеток бактериями. Однако в последующих исследованиях с использованием радиоактивного предшественника ДНК в стерильных условиях и в условиях, когда была исключена возможность интерпретации данных включением предшественника в РНК, обмен ДНК наблюдали в различных растениях и культивируемых растительных клетках. Что касается «метаболической» ДНК в животных клетках, то ранние данные по этому вопросу не были подтверждены более точными исследованиями. Обмен ДНК, наблюдаемый в неповрежденных растительных клетках, слишком интенсивный, чтобы его можно было объяснить только спонтанным репаративным синтезом, и его механизмом могут быть РНК-зависящий синтез ДНК и катализируемое нуклеазами разрушение части ДНК.