Мутагенез
-
Определение мутагенеза
- Мутагенез — процесс изменения генетической информации организма.
- Может происходить спонтанно или под воздействием мутагенов.
- Достигается экспериментально в лабораторных условиях.
-
История мутагенеза
- Герман Мюллер обнаружил мутации под воздействием высоких температур.
- В 1927 году продемонстрировал причинно-следственную связь мутаций с рентгеновским излучением.
- Шарлотта Ауэрбах и Дж. M. Робсон обнаружили мутации у плодовых мушек под воздействием горчичного газа.
-
Различие между мутацией и повреждением ДНК
- Повреждение ДНК — аномальное изменение, не воспроизводимое при репликации.
- Мутация — изменение в последовательности нуклеиновых кислот, воспроизводимое при репликации.
- Повреждение ДНК может привести к мутации при репликации.
-
Механизмы мутагенеза
- Мутагенез может происходить эндогенно или под воздействием мутагенов окружающей среды.
- Большинство мутагенов воздействуют на ДНК, вызывая повреждения.
- Некоторые мутагены влияют на механизм репликации или разделения хромосом.
-
Повреждение ДНК и спонтанная мутация
- В клетках млекопитающих происходит более 60 000 повреждений ДНК в день.
- Большинство спонтанных мутаций возникают из-за ошибок в репликации.
- У бактерий и дрожжей мутации часто вызваны синтезом транс-повреждений.
- У эукариот мутации также связаны с неточным процессом репарации ДНК.
-
Причины спонтанных мутаций
- Ошибки при синтезе транс-повреждений во время репликации ДНК
- Ошибки в пути репарации с негомологичным соединением концов у эукариот
-
Самопроизвольный гидролиз
- ДНК нестабильна в водном растворе
- Гликозидная связь может спонтанно гидролизоваться
- Аденин преимущественно включается в апуриновые участки
-
Таутомерия
- Таутомеризация изменяет сайты спаривания оснований
- Может привести к неправильному спариванию оснований
-
Модификация оснований
- ДНК может быть метилирована S-аденозилметионином
- Модификация гистонов изменяет экспрессию генов
- ДНК может быть гликозилирована
-
Аддукты и алкилирование
- Аддукты могут вызывать ошибки в репликации
- Алкилирование гуанина по O6 вредно
- Метилирование O6 гуанина может привести к переходу G в
-
Повреждение позвоночника
- Ионизирующее излучение и активные формы кислорода окисляют гуанин
- Двухцепочечные разрывы приводят к транслокации и делеции
-
Сшивание
- Ковалентные связи между основаниями могут влиять на репликацию и транскрипцию
- Сшивание ДНК может быть вызвано различными агентами
-
Димеризация
- Димеризация пиримидина под воздействием ультрафиолета
- ДНК-полимераза η помогает обойти повреждения
-
Вставка между основаниями
- Химические вещества могут встраиваться между основаниями, вызывая мутации
- Антрациклины нарушают функционирование топоизомеразы II
-
Инсерционный мутагенез
- Транспозоны и вирусы могут вставлять последовательности ДНК
- Это может приводить к инактивации генов
-
Адаптивный мутагенез
- Механизмы мутагенеза позволяют организму адаптироваться к стрессу
- У бактерий модуляция реакции SOS и синтез эндогенной профаговой ДНК повышают устойчивость
- Хромосомные изменения также важны для адаптивного мутагенеза у эукариот
-
Лабораторное применение
- Мутагенез используется для получения мутантных генов, белков и штаммов
- Современные методы мутагенеза вызывают сайт-специфичные мутации