ГЕНЕТИКА - Підручник - А.В. Сиволоб - 2008

РОЗДІЛ 4. Мінливість генетичного матеріалу

МОЛЕКУЛЯРНІ МЕХАНІЗМИ МУТАЦІЙНОЇ МІНЛИВОСТІ

Помилки реплікації та репарації

Помилкове включення нуклеотидів під час реплікації є досить вагомою причиною виникнення точкових мутацій і хромосомних перебудов. Утворення некомплементарних пар нуклеотидів (місметчів) під час реплікації відбувається з частотою 1 на 10 тис. нуклеотидних пар. Основною причиною помилкового приєднання нуклеотидів під час реплікації є таутомерія азотистих основ. Спонтанні перебудови електронних систем гетероциклів приводять до існування кожної основи у вигляді двох таутомерних форм: аміно- чи іміноформи для A, C; енольної чи кетоформи для G, T (рис. 4.6). Рівновага зсунута в бік аміно- та кетоформ, які й присутні у складі подвійних спіралей (див. також рис. 1.2) і для яких реалізуються правила комплементарності A-T, G-C. Але спарювання основ підпорядковується іншим правилам для мінорних таутомерних форм: наприклад, іміноформа А та аміноформа С утворюють між собою два водневі зв'язки (рис. 4.6), що може відбутися під час впізнання матриці черговим нуклеотидом при реплікації. Аналогічно, енольна форма тиміну є комплементарною гуаніну. У результаті швидкого повернення до мажорної таутомерної форми, у складі ДНК залишиться некомплементарна пара нуклеотидів. Якщо система редагування помилок під час синтезу ДНК і потім система репарації місметчів (див. розділ 1) не спрацює, у наступному репліка- тивному циклі така некомплементарна пара зафіксується у вигляді мутації в одній із двох дочірніх молекул.

Рис. 4.6. Таутомерні форми азотистих основ, унизу - комплементарна пара іміноформи аденіну та аміноформи цитозину

На ділянках мікросателітних тандемних повторів (повторів елементів послідовності довжиною 1-15 пар основ, розділ 6) спостерігається специфічна помилка ДНК-полімеразного комплексу - проковзування (slippage) ДНК-полімерази. На ділянці матричного або ново- синтезованого ланцюгів ДНК інколи відбувається утворення мікро- петель або мікрошпильок за рахунок внутрішньоланцюгових комплементарних взаємодій. У випадку появи мікропетлі на матричному ланцюзі ДНК дочірній ланцюг буде коротший на кілька нуклеотидів, і отже, після наступного раунду реплікації буде спостерігатися делеція (рис. 4.7, а). Якщо така мікропетля утворюється в дочірньому ланцюзі, кількість нуклеотидів у ньому збільшиться, що приведе до вставки одного або декількох повторів (рис. 4.7, б).

Рис. 4.7. Зменшення (а) і збільшення (б) кількості повторів при утворенні мікропетлі в ДНК під час реплікації.

Мутації виникають не тільки внаслідок недостатньо ефективної репарації - деякі процеси репарації ДНК самі є причинами мутацій. Насамперед це стосується неточних систем репарації: SOS-репарації, яка зумовлює неточний синтез ДНК у разі великої кількості пошкоджень, що викликає ще більше зростання мутацій, і системи репарації дволанцюгових розривів за рахунок негомологічного з'єднання кінців NHEJ (див. розділ 1). Саме NHEJ вважається основною причиною реалізації хромосомних перебудов, оскільки забезпечує з'єднання кінців будь-яких молекул ДНК.