авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

«10 12 10 12 №10 • (1166) • ОКТЯБРЬ • 2012 Специальный выпуск К 140 ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ НИКОЛАЯ КОНСТАНТИНОВИЧА КОЛЬЦОВА ...»

-- [ Страница 2 ] --

ния ДНК: в ходе репликации Для начала отметим, что в хо ДНК цепи двойной спирали рас де клеточного цикла, на разных ходятся, и на каждой из них его стадиях, облик хромосом ме строится комплементарная к няется. Если в интерфазе это ней цепочка. Копирование на очень нежные структуры, то в следственной информации про митозе они преобразуются в эле исходит не путем «кристаллиза менты, способные сопротив ции» веществ вдоль молекулы ляться внешним воздействиям генонемы, а за счет построения и сохранять свою целостность комплементарных цепей к разо и форму. Без этого развести их шедшимся цепям ДНК. Меха по дочерним клеткам было бы низм репликации ДНК включает просто невозможно. Даже крат огромный набор ферментов Рис.3. «Схема расположения хрома кое описание хромосом требует и нуклеиновых кислот, но их тидных генов в диплотенной диаде (те их отдельного рассмотрения.

рассмотрение не входит в нашу траде) с двумя хиазмами: терминаль Про гигантскую полимерную задачу. Говоря об организации ной (ch.1) и серединной (ch.2) [4].

«молекулу генонему» Кольцов ДНК, отметим только, что на g — генонема, вытянутая между боль писал: «В основе каждой хромо следственная информация за шими хромомерами первого или тре сомы на всех стадиях развития писана в последовательности тьего порядка и извитая внутри хро лежит генонема — тончайшая четырех азотистых оснований момеров;

е — элементарные хромо нить с утолщениями, элементар и их модификаций. меры второго порядка, обнаруживае ными хромомерами. Эта геноне В настоящее время даже мые микроскопически только в треть ма вытянута во всю длину… в со школьники знают, что под гене ем периоде овогенеза;

ср — хромо матических клетках на стадии тическим кодом понимают плазма, обтекающая тончайшим слоем интеркинеза. Во время митоза… свойственный всем живым орга междуузлия и расширяющаяся в круп генонемы в сильно укороченных низмам способ кодирования ные капли в хромомерах первого хромосомах свернуты в спираль аминокислотной последова и третьего порядка».

ПРИРОДА • №10 • ГЕНЕТИКА точного цикла Лысенко считал доказательством их отсутствия в интерфазном ядре.

В 1956 г. цитогенетики раз работали методы, позволившие разложить метафазные хромо сомы человека на стекле, пред варительно отделив их одну от другой. Это дало возможность не только подсчитать число хромосом, но и описать их раз меры и морфологию (правда, и то и другое сильно зависит от стадии митоза и условий приго товления цитологического пре Трехмерная реконструкция интерфазных (слева) и метафазных хромосом парата). В действительности (справа) эмбриональной стволовой клетки человека. ДНК окрашена серым, размеры и морфология хромо эухроматиновые районы хромосомы 9 и ее деривата — зеленым, гетерохрома сом в конце интерфазы мало от тиновые районы — красным. Материал интерфазных хромосом в конце интер личаются от хромосом метафа фазы имеет сходное с метафазными хромосомами пространственное располо зы (рис.4). Длинные профазные жение, но менее четкие границы хромосомных территорий.

и прометафазные хромосомы, хорошо знакомые по цитологи ческим препаратам, получаются хромосомы, поднятый Кольцо в качестве транспортного сред вым, дискутировался долго, да ства для перемещения в дочер просто в результате растяжения же спустя много десятков лет нюю клетку. Ядра в ней форми хромосом при их распластыва руются вокруг хромосом, и сов нии на стекле. На более поздних после публикации его работ.

При анализе белков метафазной местное путешествие ядерных стадиях митоза хромосомы эф хромосомы были обнаружены белков с хромосомами обеспе фективнее сопротивляются рас чивает их доставку в нужное ме тяжению, и потому их длина временные структуры, участву ющие в поддержании ее прост сто внутри дочерней клетки, вы уменьшается. Кольцов, изучая хромосомы типа ламповых ще ранственной организации;

ряд зывая восхищение логистикой ее транспортных систем.

ток, описывал изменения кон исследователей рассматривал их как скелет хромосомы. В на Конденсация хроматина в денсации хромосом в овогенезе:

«…в течение третьего периода стоящее время большинство ци хромосомах клеток млекопита ющих, вступающих в митоз, овогенеза мы можем наблюдать тогенетиков признали, что дис куссия на эту тему малопродук идет неравномерно. Например, мельчайшие, может быть, даже элементарные хромомеры — ге тивна. Сегодня известны белки в районах, где много активно работающих генов, она запаз ны, развернувшиеся вдоль вытя этой структуры, выяснены их дывает. Эти районы имеют це нутой основной нити генонемы. взаимоотношения, идентифи цированы районы ДНК, участву лый ряд сходных характерис На более ранних и на более по тик: основная репликация ДНК здних стадиях наблюдаются ющие в ее формировании, опи сложные хромомеры, каждый из сано и само ее формирование. проходит в начале S фазы, они В результате вопрос о том, слу обогащены GC парами (гуанин которых заключает в себе целую группу элементарных хромоме жит ли такая структура скелетом цитозин), короткими дисперги хромосомы, стал неактуальным. рованными повторами ДНК ров». Значительно позже выяс нилось, что растяжимость хро Говоря о роли хромосом (SINEs — Short Interspersed мосом, вероятно, связана со в клетке, стоит отметить, что Nuclear Elements). Цитологичес в распределении материала по кий анализ с помощью диффе спирализацией ДНК, вызывае мой конденсинами [5]. дочерним клеткам они участву ренциальной окраски выявляет ют не только в перемещении эти участки хромосом (бэнды Кольцов, уделявший большое ДНК и гистонов, но и большого и суббэнды) по разнице в ин внимание пространственной тенсивности окрашивания. Уже организации клетки и клеточ количества белков интерфазно ных органелл, считал, что хро го ядра. Часть их, вероятно, пу на этом этапе исследований подтвердилось представление мосомы состоят из твердого ве тешествует вместе с хромосо Кольцова о хромосомах млеко щества или по крайней мере об мой, будучи захваченной ею питающих как о структурах, со ладают твердым скелетом: «Мне при конденсации хроматина.

представляется, что хромосомы Другие, например, белки ядры стоящих из чередующихся до шек, переходят с ядерных струк менов с разными свойствами.

состоят из хроможела, т.е.

Их число оценили как близкое из твердого скелета с жидким тур на поверхность митотичес к 3000, а размер — примерно содержимым». Вопрос о скелете ких хромосом и используются ПРИРОДА • №10 • 2012 ГЕНЕТИКА в различных районах более двух 1 млн пар оснований. Использо семейств. У человека мономер третей хромосом человека. Не вание других подходов также ный a сателлит определили в смотря на отсутствие центро давало близкие оценки их числа из 24 хромосом человека (22 па мерной a сателлитной ДНК, не и размера. Эти структуры Коль ры аутосом плюс половые хро цов описывал как самые мелкие мосомы Х и Y). Во всех хромо оцентромеры могут образовать сомах он входил в состав повто активный кинетохор и первич хромомеры, которые, сливаясь, ра более высокого порядка, ко ную перетяжку.

могут образовывать более круп торый в центромерном районе Анализ эволюции центро ные структуры.

мог присутствовать в сотнях мерной ДНК (сравнение после Отдельно стоят районы хро довательностей центромерной мосом, несущие служебные и тысячах копий, достигая 0.3— функции: центромерный район, 5 млн пар оснований. При про ДНК разных видов) дал неожи данные результаты. Несомнен отвечающий за расхождение чтении генома человека обнару хромосом в дочерние клетки жилось, что в разных хромосо но, что нормальное клеточное при делении;

теломеры, обеспе мах последовательности цент деление невозможно без пра чивающие полную репликацию ромерных локусов отличаются. вильного функционирования Они часто прерываются встав центромеры. Однако у эукариот ДНК и защиту концов хромосом;

ядрышкообразующий район ками коротких и длинных дис первичная структура ДНК у раз личных видов отличается. Этот (ЯО район), ответственный за пергированных повторов и LTR формирование и работу ядрыш ретротранспозонов. Такие раз удивительный факт нашел свое отражение в выражении «цент ка — места синтеза рибосомной рывы тандемно повторенных ромерный парадокс». Феномен РНК. В работах Кольцова приве сателлитов могут сопровож дены великолепные рисунки даться изменениями в их ориен разнообразия ДНК центромер тации (рис.5). и ее быстрой эволюции объяс хромосом, описаны преобразо На фоне разнообразной ин нить пока не удалось, можно вания ядрышка в процессе ово формации о сложной организа лишь отметить коэволюцию генеза [2]. Однако детально изу ции центромеры, включающей центромерных белков, замеща чать индивидуальные районы хромосом стало возможно зна специфические взаимодействия ющих гистон Н3 в нуклеосомах ДНК—белок, белок—белок и це центромеры [6].

чительно позже, когда появи лись принципиально новые ме лых белковых комплексов, вы тоды молекулярного, молеку зывает удивление устройство лярно цитогенетического и ми неоцентромер. Эти активные Теломерный район кроскопического анализа. Орга эктопические участки возника низации центромерных и тело ют вне центромерных районов Стабильность хромосом и гено мерных районов Кольцов в сво хромосом. Случаев их возник ма в целом во многом зависит от их работах практически не ка новения достаточно много способности клеток поддержи сался, но он описал организа (около 100), и описаны они вать размер концевого района цию ядрышка и его реорганиза цию в клеточном цикле.

Центромерный район На центромере происходит сборка кинетохора — сложной белковой структуры, определя ющей прикрепление хромосо мы к микротрубочкам верете на — движителям хромосомы в митозе. Удивительно, но для проявления центромерной ак тивности в митозе соблюдение строгой последовательности нуклеотидов этого участка не обязательно. Она (наряду с вы соким консерватизмом белков Рис.5. Схема организации центромерной ДНК хромосомы человека. Маленькие кинетохора в центромере) эво цветные стрелки — отдельные сателлитные мономеры, синие стрелки соответст люционно лабильна. Для цент вуют району центромеры (Cen). В прицентромерных районах в блоки собраны ромерной ДНК разных видов ха комплекты повторов, представляющие членов разных семейств повторов более рактерно присутствие тандем высокого ранга. Треугольники — места инсерций короткого (SINE) и длинного ных повторов соответствующих (LINE) вставочных элементов.

ПРИРОДА • №10 • ГЕНЕТИКА хромосомы (теломеры) в необ ходимых пределах. Такую защи ту обеспечивает структурно функциональная организация теломеры, позволяющая маски ровать имеющийся двунитевой «разрыв». Нарушения организа ции теломерных районов вызы вают хромосомные перестрой ки, которые могут приводить к апоптозу, клеточной транс формации и репликативному старению клеток. Последний феномен, обусловленный кон цевой недорепликацией ДНК, был предсказан А.М.Оловнико вым еще в 1971 г. За доказатель ство и развитие его идеи амери Рис.6. Схема теломеры хромосомы человека: в открытой конфигурации (слева) канские исследователи Э.Блэк и в виде Т петли (справа). TRF1, TRF2, RAP1, TPP1, TIN2, РОТ1 — белки, взаимо берн, К.Грейдер и Дж.Шостак действующие между собой и образующие комплекс (телосому).

в 2009 г. получили Нобелевскую премию по физиологии и ме Telomeric Sites). Они обнаруже дицине. Во времена Кольцова Репликацию теломерной ДНК ны более чем у 100 видов из раз полагали, что ДНК, имеющая обеспечивает фермент теломе раза, который выделили в 1984 г. ных классов и отрядов позво небольшой размер и простую ночных. Так, в хромосомах че организацию, не входит в со Эта РНК зависимая ДНК полиме став хромосомы. Предложенные раза включает в себя молекулу ловека выявлено более 50 ITS, есть они и в гомологичных уча Кольцовым структура гигант РНК. Для проявления теломераз ной активности в клеточном ли стках хромосом других видов ской молекулы генонемы и ме зате достаточно присутствия ка приматов. Выяснилось, что ло ханизм ее репликации позволя кализация значительной части ли обойти проблему реплика талитического компонента тело меразы (hTERT) и теломеразной ITS совпадала с районами слия ции концов хромосомы. Она стала актуальной уже после вы РНК (hTR). Поскольку последняя ний/разрывов хромосом, имев имеется в большинстве сомати ших место в эволюции хромо яснения роли ДНК и открытия механизмов ее репликации. ческих клеток, то для появления сом млекопитающих.

У человека, как и других ви теломеразной активности в ста Если структуру и функции те реющих клетках достаточно вве ломер в настоящее время интен дов млекопитающих, теломеры сивно изучают (чему посвящено представлены в основном дву сти в них каталитический ком множество экспериментальных нитевыми некодирующими по понент. Это может привести и теоретических работ), то вторами (ТТАГГГ), которые за к неограниченному делению канчиваются 3’ однонитевым клетки, которое в норме проис структура и назначение субтело ходит до определенного предела мерных районов пока остаются участком. Размер двунитевого в тени. С очень большим упро участка варьирует от 4 до (барьер Хэйфлика). Резкое 12 тыс. пар оснований, однони уменьшение активности теломе щением можно сказать, что разы и укорочение теломер классическая организация кон тевого — от 100 до 200 пар. Не ца хромосомы включает район обходимый компонент теломе обычно сопутствует клеточной теломерных повторов, за кото ры — белки, связанные с ее ДНК дифференцировке. Размер тело рым следуют субтеломерные по (TRF1/TRF2 и POT1), формиру меры часто зависит от возраста ющие сложные белковые ком человека. вторы и, наконец, эухроматино плексы (рис.6). Взаимодействие Существуют и другие спосо вый район, в состав которого этих белков приводит к образо бы контроля размера теломер, входят транскрипционно актив ванию нуклеопротеиновой их называют ALT (Alternative ные участки ДНК.

структуры — t петли, которая Lengthening of Telomeres — аль Однако в действительности защищает конец хромосомы от тернативное удлинение тело концы хромосом организованы мер). Теломерные повторы мо намного сложнее. В большинст соединения с концами других ве случаев четких границ между хромосом или двунитевыми гут находиться не только в ха теломерными, субтеломерными разрывами, а также от воздейст рактерных для них концевых участках, но и во внутренних и эухроматиновыми районами вия экзонуклаз — ферментов, (интерстициальных) районах хромосом не существует.

Между разрушающих ДНК начиная с ее теломерными и субтеломерны конца (см. рис.6). хромосом — ITS (Interstitial ПРИРОДА • №10 • 2012 ГЕНЕТИКА ми районами обнаружено чере крипционная активность генов субструктур», оправдались дале дование теломерных и субтело рРНК связана с регуляторными ко не полностью. Исследования мерных повторов, последние участками как в повторяющихся показали, что модель хромосо присутствуют в эухроматино единицах рДНК, так и в участках мы, построенная с использова вых районах хромосом, для ко ЯО районов, которые сами нием простых критериев обога торых характерно наличие кла фланкированы повторами. щенности ДНК GC парами, име стеров дуплицированных по ет очень мало общего с реальной следовательностей. Прилежа хромосомой. Существенно луч щие к терминальным районам шие результаты получены при Базовые элементы хромосом эухроматиновые рай сравнении соседних участков эухроматиновых районов оны отличаются повышенным хромосом. Эффективность ана содержанием CpG островков, лиза структурно функциональ Рассматривая организацию более высокой концентрацией ной организации хромосомных хромосомы, Кольцов выделял генов и повышенной частотой районов во многом зависела от либо «боковые радикалы — ге рекомбинации. Вполне возмож того, насколько точно можно от ны», либо хромомеры — мини но, что это имеет отношение не нести определенные последова мальные по размеру структуры к структурно функциональной тельности нуклеотидов к кон хромосом, которые ему удава организации теломеры как от кретным элементам хромосом лось обнаружить под микроско дельного элемента хромосомы, ной структуры. Проблема заклю пом. Исходя из имеющейся ин а к принципам структурно чалась в том, что в эксперименте формации об органических мо функциональной организации точность локализации конкрет лекулах, он оценил размеры ге хромосомы как таковой или да ного функционального района нонем, генов и расстояний меж же связано с оптимизацией про или события на препаратах ми ду генами. Кольцов полагал, что странственной организации тотических хромосом обычно в состав одного хромомера мо всего интерфазного ядра [7]. измеряется в миллионах пар ос жет входить от одного до не нований. Тем не менее некото скольких генов [2].

рым исследователям удалось Казалось бы, расшифровка сравнить состав ДНК индивиду полного генома должна позво Ядрышкообразующие альных соседних бэндов и по лить найти детальные отличия районы граничного района, например в составе ДНК базовых элемен участки хромосом человека Кольцов, описывая морфологию тов эухроматиновых районов;

и мыши, прилежащие к гену NF и реорганизацию ядрышек в определить их границы и под [8]. Этот участок представлял со овогенезе тритона, указывал на твердить уже описанные в мно бой часть G бэнда, обедненного их важную роль в обмене ве гочисленных учебниках разли GC парами, переходную зону ществ протоплазмы и хромо чия хромосомных бэндов по (5 тыс. пар оснований) и часть сом. Более детально изучать яд концентрации и локализации R бэнда, который обогащен рышки в 30 х годах было невоз генов, кодирующих конститу GC парами. Тщательно выпол можно. тивные и факультативные био ненные эксперименты показали, Сегодня на препаратах мета химические маркеры;

по време что на границе между G и R бэн фазных хромосом млекопитаю ни репликации ДНК;

количеству дами происходит задержка реп щих хорошо видны активные GC пар;

обогащению разными ликации ДНК. Благодаря этому ядрышкообразующие районы типами повторов. В настоящее исследованию можно считать (ЯО районы): они интенсивно время принято считать, что ба доказанным, что пограничные окрашиваются азотнокислым зовые элементы имеют общую зоны по крайней мере неко серебром, поскольку содержат регуляцию репликации, уровня торых соседних G и R бэндов много кислых белков. Внутри конденсации хроматина и, как отличаются по содержанию метафазной хромосомы они следствие, некий общий уровень АТ и GC пар. К сожалению, так видны как вторичные перетяж организации, определяющий детально изученных районов ки. Эти районы помимо генов возможности транскрипцион хромосом было мало, что не поз 5.8S, 18S и 28S рРНК включают ной активности входящих в их воляло проверить, насколько межгенные участки ДНК и раз состав генов. Размер базовых широко распространены выяв личные микросателлитные по элементов эухроматиновых рай ленные закономерности их ор следовательности. Для поддер онов хромосом составляет око ганизации.

жания нормального состояния ло 1 млн пар оснований (в ряде В мае 2012 г. Дж.Диксон с со ядрышек необходима транс работ этот базовый элемент на авторами опубликовали свои ре крипция генов рРНК. С прекра зывают 1 Mb субструктурой).

зультаты по изучению простран щением синтеза рРНК наступает К сожалению, надежды на то, ственной организации хромосо деградация ядрышка, повыша что знание последовательности мы [9]. Задачей исследования бы ются уровни р53 и индукции оснований в хромосоме позво ло выявление участков ДНК, ко апоптоза. Вероятно, что транс лит определить границы «1 Mb ПРИРОДА • №10 • ГЕНЕТИКА и мыши говорит об их высоком этом для каждого уровня разре торые в интерфазном ядре рас консерватизме в эволюции гено шения будет доступна информа положены близко друг к другу.

Для этого нити хроматина, меж мов млекопитающих. Оказалось, ция о структурно функциональ что границы топологических до ной организации исследуемого ду которыми возможны физиче менов обогащены генами до района.

ские взаимодействия, сшивали машнего хозяйства, короткими Прогресс в изучении хромо с помощью формальдегида. Да лее проводили серию процедур, диспергированными повторами, сом, который произошел со в результате которых простран сайтами связывания ряда факто времени написания Кольцовым в 1939 г. одной из его послед ственно близкие участки ДНК ров, важных для регуляции ак соединялись — становились од тивности генов, и сайтами нача них работ, поражает. Если тог да он обсуждал существование ним фрагментом. Частота, с ко ла транскрипции. Модифициро гигантской молекулы геноне торой разные участки ДНК объе ванные гистоны также чаще ас динялись, зависела от частоты социированы с ДНК погранич мы, несущей наследственную их близкого расположения в яд ных районов. Такие характерис информацию, то сегодня наши ре. Авторы выполнили фантасти тики свойственны далеко не знания об этой полимерной всем границам. Возможно, имен молекуле включают ее полный ческий объем работ по секвени рованию этих объединенных но комбинации этих последова молекулярный состав и код, ко фрагментов ДНК и не мень тельностей ДНК в пограничных торым записана первичная ге нетическая информация. А сей ший — по биоинформатическо районах и определяют структур но функциональное значение час мы все больше и больше уз му анализу полученных последо конкретного топологического наем о других уровнях кодиро вательностей. Анализ простран ственной организации генома элемента. вания, в которых записаны пра для ядер эмбриональных стволо Значение полученных ре вила программы развития орга вых клеток мыши и человека зультатов еще предстоит осо низма, и о структурно функци знать, но уже сейчас очевидно, ональных элементах, составля и ядер фибробластов человека что появился реальный шанс ющих хромосому эукариот. Но позволил выявить и охарактери зовать топологические домены привлечь мощные биоинформа надо помнить, что идеи о суще тические методы, чтобы за ствования гигантских молекул хромосом. Как и следовало ожи дать, их размер оказался около крыть ряд брешей в наших пред наследственности, о выделении ставлениях о хромосоме. Веро в них базовых элементов, о 1 млн пар оснований. Огромным пространственной реорганиза успехом было достаточно точ ятно, скоро большинство хро ное определение доменных гра мосомных районов можно будет ции хромосомы в клеточном ниц. Дж.Диксон с коллегами по детально рассмотреть на любом цикле были сформулированы уже более 70 лет назад нашим казали, что в разных клеточных уровне разрешения: от бэнда типах топологические домены метафазной хромосомы (около великим соотечественником оставались постоянными [9]. Бо 10 млн пар оснований) до инди Николаем Константиновичем Кольцовым.

лее того, их сходство у человека видуальных нуклеотидов. При Литература 1. Кольцов Н.К. Роль гена в физиологии развития // Избранные труды. М., 2006. С.115—134.

2. Кольцов Н.К. Наследственные молекулы // Избранные труды. М., 2006. С.137—167.

3. Кольцов Н.К. Участие хромосом в клеточном обмене веществ // Вестник Российской академии наук.

2006. Т.76. №10. С.943—945.

4. Кольцов Н.К. Структура хромосом и обмен веществ в них // Биологический журнал. 1938. Т.VII. Вып.1.

С.3—46.

5. Рубцов Н.Б. Хромосома человека в четырех измерениях // Природа. 2007. №8. С.3—10.

6. Вершинин А.В. Центромеры и теломеры хромосом // Природа. 2007. №9. C.21—27.

7. Жданова Н.С., Рубцов Н.Б., Минина Ю.М. Терминальные районы хромосом млекопитающих: пластичность и роль в эволюции // Генетика. 2007. Т.43. №7. С.873—886.

8. Schmegner C., Berger A., Vogel W. et al. An isochore transition zone in the NF1 gene region is a conserved landmark of chromosome structure and function // Genomics. 2005. V.86. №4. P.439—445.

9. Dixon J.R., Selvaraj S., Yue F. et al. Topological domains in mammalian genomes identified by analysis of chromatin interactions // Nature. 2012. V.485. №7398. P.376—380.

ПРИРОДА • №10 • 2012 ГЕНЕТИКА РАСТЕНИЙ Т.А.Ежова, А.В.Широкова любом учебнике по генети В ке сказано, что химический Татьяна Анатольевна Ежова, доктор мутагенез открыт в 1932 г. биологических наук, профессор кафедры В.В.Сахаровым, но не всегда генетики биологического факультета упоминается, что идея получе Московского государственного универси ния мутаций с использованием тета им.М.В.Ломоносова. Область науч химических веществ принадле ных интересов — генетика развития рас жит Н.К.Кольцову, который од тений и их устойчивости к стрессовым ним из первых стал экспери факторам.

ментально изучать воздействие химических и физических аген тов на клетки. Его работы дали начало таким направлениям, как Анна Владимировна Широкова, канди химический мутагенез, экспе дат биологических наук, научный со риментальная полиплоидия, трудник отдела генетических основ мор противорадиационная защита, фогенеза Института биологии развития охрана водных ресурсов от про им.Н.К.Кольцова РАН, заведующая Кропо мышленных загрязнений и т.д.

товской биостанцией. Научные интересы Именно Кольцов предложил связаны с химическим мутагенезом, гене своему сотруднику провести тическими и биохимическими основами опыты по проверке своей идеи.

окраски цветка.

Сахаров, работая по замыслу учителя, использовал 10% й рас твор йода и в экспериментах с плодовой мушкой во втором поколении (F 2 ) выявил новые сцепленные с полом мутации, изменяющие структуру крыльев мощные мутагены, которые с помощью репаративных сис и цвет глаз [1]. с очень высокой частотой при тем, которые постоянно совер В 1934 г. М.Е.Лобашов и водят к мутациям у животных шенствовались в ходе эволюции.

Ф.А.Смирнов (Ленинградский и растений [2]. Почти одновре Однако при действии «экзотиче университет) обнаружили мута менно такие мутагены открыла ских», не существующих в живой генную активность и других хи в Англии Ш.Ауэрбах. Были созда природе супермутагенов (на мических веществ (аммиака ны и супермутагены, обладаю пример, N метил N нитрозомо и уксусной кислоты). Несколько щие чрезвычайно высокой эф чевины) репаративные системы позднее к этой работе подклю фективностью по той причине, клетки просто не включаются.

чился аспирант Кольцовского что они не встречаются в живой Установлено, что мутабильность института И.А.Рапопорт. Он на природе, и клетки не «умеют» за гена (частота появления опреде чал искать соединения, вызыва щищаться от их повреждающего ленной мутации) зависит от их ющие мутации, еще до войны, действия. Обычно большая доля природы: одни склонны к мути а после демобилизации, уже мутационных изменений (так рованию, другие же относитель в 1946 г., сумел выявить более называемых предмутационных), но стабильны. Следует отметить, возникающих в клетках расте что еще в конце 20 х годов © Ежова Т.А., Широкова А.В., 2012 ний и животных, залечивается А.Стертевант, а затем Н.И.Шапи ПРИРОДА • №10 • ГЕНЕТИКА РАСТЕНИЙ ро, изучая мутации на дрозофи мальна по эффективности его который должен работать толь лах, предложили рассматривать функции. Мутации изменяют по ко в листе, проявляет актив мутабильность как адаптивный следовательность нуклеотидов ность и в других органах расте признак вида. в генах, а значит и порядок ами ния. Нормальный, не затрону Сегодня традиции изучения нокислот в кодируемых белках, тый мутацией аллель (аллель и использования химического что нарушает их способность дикого типа) не помешает про мутагенеза, заложенные Коль выполнять свою функцию в явиться мутантному. Такие мута цовым, Сахаровым и Рапопор клетке. Поскольку в диплоидных ции, вызывающие излишнюю том, продолжаются в Институте организмах есть по два аллеля (эктопическую) экспрессию ге биологии развития им.Н.К.Коль каждого гена, вероятность появ на, проявляются как доминант цова РАН. Именно здесь с помо ления мутации в обоих аллелях ные или полудоминантные.

щью химического мутагенеза практически нулевая. Поэтому Обработка химическим мута созданы уникальные коллекции если мутация и возникает, то геном многоклеточного объекта мутантных форм чернушки да только в одном аллеле (организм (например, прорастающего се масской и мака снотворного, будет гетерозиготой по мута мени растения) может вызвать исследования которых внесли ции), второй же останется функ изменения в самых разных клет важный вклад в биологию раз ционально активным и обеспе ках. Если мутации доминантные вития и генетику растений. чит синтез белка. Значит, и нару или полудоминантные затра шающая функцию мутация не гивают гены, кодирующие хоро проявится в гетерозиготе, т.е. бу шо заметные, легкотестируемые дет рецессивной. (определяемые) признаки (на Рецессивные Значительно реже можно об пример, окраску или опушение), и доминантные мутации наружить мутации, которые ме то их можно увидеть уже на рас тении, выросшем из обработан Мутации могут возникать в лю няют характер работы гена (его экспрессию), делают ее иной, ного мутагеном семени (такое бых клетках многоклеточного поколение называют М 1). Выгля организма и влиять на работу ге чем у аллелей дикого типа (при на, чаще всего — нарушать ее, сутствующих у большинства деть такое растение может весь ведь последовательность каждо особей вида), не влияя на функ ма своеобразно (рис.1), посколь го кодируемого геном белка эво циональную активность белко ку мутантные клетки делятся люционно выверена, т.е. опти вого продукта. Например, ген, и образуют целые сектора, по Рис.1. Мозаичные растения петунии (слева) и пеларгонии. В первом мутантном поколении (М1) петунии наряду с клетка ми исходного генотипа появились клетки, которые, размножившись, образовали побег с цветками c изменной текстурой венчика. Сорт пеларгонии содержит две мутации: одна из них, блокирующая синтез зеленого пигмента (хлорофилла), присутствует во всех клетках самого наружного слоя апикальной меристемы, другая, обуславливающая образование красного пигмента (антоциана), — в клетках, лежащих под наружным слоем. Мозаичные растения с такой структурой называют периклинальными химерами.

Здесь и далее фото А.В.Широковой ПРИРОДА • №10 • 2012 ГЕНЕТИКА РАСТЕНИЙ зов (Кольцов называл их фено разному распределенные на рас личается. Это также впервые типическими генокопиями). Эти тении. Это зависит от того, где в 1936—1938 гг. показал Саха ненаследственные изменения, именно расположена клетка ров [3, 4]. Если последняя группа копирующие известные мута с исходно возникшей мутацией, приводит главным образом ции по своему фенотипическому каковы скорость и направление к нарушению структуры самих проявлению, по мнению Рапо делений ее дочерних клеток. Так хромосом (выпадениям, встав порта, специфичны для разных появляется мозаичное растение кам, перестановкам больших мутагенов [2]. Действительно, (М 1), в котором сочетаются клет фрагментов ДНК), что значи живые организмы воспринима ки разных генотипов. Жаль толь тельно снижает жизнеспособ ют обработку химическими му ко, что визуально тестируемых ность обработанного материа тагенами как стресс. Ответом на признаков совсем немного, ла, то первая вызывает в основ ном точковые мутации — из него может быть не только акти да и большинство мутаций ре вация репаративных систем, цессивные, поэтому натолкнуть менения пар нуклеотидов ДНК но и изменение экспрессии не ся на такие варианты непросто. (замены, вставки или выпаде которых других генов, в том чис Но если повезет обнаружить та ния). Частота химически инду ле не связанных с защитными кое изменение, а растение спо цированных мутаций выше, чем системами. Такую реакцию часто собно к вегетативному размно физических. Вот почему сегод можно увидеть по варьированию жению, — вы можете стать авто ня при работе и с животными, и размера и формы органов (их ром нового сорта. Ведь очень с растениями для получения симметрии), иногда очень зна многие сорта растений (и деко мутаций используют главным чительному, однако эти измене ративных, и плодовых, и даже образом именно химические ния не будут наследоваться. В то овощных, таких, например, как мутагены. Существенно и то, что же время отличить эпигенети картофель) — результат вегета мутагены из разных групп вызы ческие изменения от генетичес тивного размножения мозаич вают целый спектр различных ких бывает совсем не просто.

ных растений, которые в опре мутаций, поскольку отличаются Например, у очень удобного деленных слоях клеток содержат механизмами действия. Важней в генетических исследованиях мутации, полученные с помо шую роль в изучении мутацион растения из рода капустных Ara щью мутагенеза или отобраны ного процесса сыграли и работы bidopsis thaliana под влиянием как спонтанные. Рапопорта, впервые описавшего химических мутагенов выклю Но семенами такие мозаики действие алкилирующих соеди чался ген SUPERMAN. Это приво не размножишь. Их потомки нений. В настоящее время о ме дило к появлению цветков с бо уже будут не мозаичными, а ди ханизмах влияния ряда групп лее многочисленными, чем в ди кого типа или мутантными. Это химических мутагенов можно ком типе, тычинками (отсюда — связано с тем, что половые клет прочитать во всех учебниках по название гена). Признак ста ки образуются из единичных генетике — например, в учебни бильно наследовался на протя клеток растений, которые у мо ке С.Г.Инге Вечтомова [5]. Одна жении многих поколений, и до заика или мутантные, или нор ко ставить точку в этой пробле казать, что изменения не генети мальные. Если при оплодотво ме рано, поскольку одни и те же ческие (не затрагивают последо рении встретятся две половые мутагены, действуя на разные вательность нуклеотидов в ДНК), клетки, несущие мутацию, то виды живых организмов и даже удалось только после того, как среди потомков растения М 1 на разные формы (породы, сор выделили выключенный ген.

(т.е. в поколении М 2) будут и те, та) одного и того же вида, дают Оказалось, что в нем нет мута у которых каждая клетка содер неоднозначные результаты. Вни ций, а его выключение (замолка жит мутацию в гомозиготе. В го мание современных исследова ние) — результат высокого мети мозиготе проявятся и рецессив телей направлено на изучение лирования ДНК гена SUPERMAN.

ные мутации, которых по край тех внутриклеточных процессов, Именно это и приводит к его ней мере на порядок больше, которые приводят к репарации транскрипционно неактивному чем доминантных. Как правило, или стабилизации вызванных состоянию — мРНК с матрицы индуцированные мутации мож мутагенами первичных предму ДНК не синтезируется [6].

но увидеть только в следующем тационных повреждений.

В ответ на мутагенез орга половом поколении (М 2). Вместе с тем изредка встреча низм может реагировать и про ются и длительные модифика тивоположным образом — сни ции;

этот тип называют эпигене жать уровень метилирования тическими изменениями. Впер Эпигенетические (сильно метилированных) мол вые такие модификации, вызван модификации чащих генов, что приводит к их ные действием мутагенов, также активации. Например, на том же описал Рапопорт. В эксперимен Воздействие химических мута растении после обработки му тах на плодовой мушке ему генов и ионизирующего излуче тагенами получили потомство, удалось получить около 50 раз ния (альфа, бета, гамма, ней которое очень долго вегетиру ных модификаций хемоморфо тронного и рентгеновского) от ПРИРОДА • №10 • ГЕНЕТИКА РАСТЕНИЙ Рис.2. Пестрая окраска цветков петунии поколения М1, вызванная активацией мобильных элементов химическим мутаге ном. На левом фото видно, что на белом цветке появились окрашенные сектора, на правом проявились белые полосы и сектора на розовом фоне.

ет, не зацветает. Оказалось, это нестабильной окраски зерен ку роль в изучении генетики разви результат гипометилирования, курузы. То же объяснение верно тия растений и животных, био а значит, и активации задержи и для петунии (см. рис.2). У ее ис химической и физиологической вающего цветение гена FWA [7]. ходной формы в гене, отвечаю генетики. Для растений химиче Мутагены могут активировать щем за образование малинового ский мутагенез — самый лучший мобильные элементы генома пигмента, уже имеется транспо среди других способов мутагене (транспозоны, ретровирусы), зон, нарушающий работу гена за (включая инсерционный*), которые обычно метилированы, и приводящий к белой окраске поскольку он вызывает точковые а потому не активны. В результа цветка. Химическим мутагене мутации с высокой частотой. Это те гипометилирования могут за зом активируется мобильный важно потому, что без изучения работать гены мобильных эле элемент независимо в каждой мутантов нельзя узнать о функ ментов, кодирующие транспоза клетке. После его выхода (выре ции гена в организме. Получили зы, ферменты, необходимые зания) из гена последний начи рецессивную мутацию, меняю и достаточные для того, чтобы нает работать, и пигмент образу щую окраску цветка, — значит мобильный элемент мог начать ется как в самой клетке, так и в ее маркированный мутацией ген перемещения по геному. В ре потомках. Так получается целый в нормальном состоянии кон зультате обычно уже в поколе клон клеток (сектор) с окраской;

тролирует именно этот, а не дру нии М 1 можно заметить растения чем раньше в развитии цветка гой признак. Выявлена карлико с многочисленными пятнышка мобильный элемент покинул вая рецессивная мутация — сле ми и секторами (клонами клеток ген, тем крупнее сектор, а чем довательно, изменилась нуклео другого генотипа). Например, позже — тем он меньше. тидная последовательность гена, на на ярко розовых цветках пе контролирующая рост стебля.

тунии появляются белые сектора Есть и специальные генетичес разных размеров (рис.2). кие методы, позволяющие найти Роль химического Ясно, что такие сектора не в геноме такие маркированные мутагенеза в изучении могут быть результатом многих мутациями гены и, исследовав их функции генов независимых доминантных му нуклеотидную последователь таций одного гена. Да и вызван Химический мутагенез, откры ная мутацией мозаичность вы тию которого в 2012 г. исполни * Инсерционный мутагенез вызывается глядит совсем иначе. В ее основе лось 80 лет, не теряет своего зна включением в геном мобильного эле лежат явления, которые впервые чения и сегодня. Благодаря ему мента или чужеродной последователь обнаружила и объяснила Б.Мак созданы коллекции мутантов, ности ДНК в результате генетической Клинток, изучавшая проявления которые сыграли важнейшую трансформации.

ПРИРОДА • №10 • 2012 ГЕНЕТИКА РАСТЕНИЙ Новые возможности ности нуклеотидов (т.е. о сик ность и чередование аминокис венсе), растущая с каждым го лот в кодируемом белке, понять, дом, будет полностью расшиф какова молекулярная функция И все же авторы совсем не наме рована. Скоро ли это произой белка — будь то транскрипцион рены умалять значение появив дет? Тогда, когда в распоряже ный фактор, белок сигнальных шейся сегодня информации нии генетиков будут все эти му путей, фермент и др. о нуклеотидной последователь тации. Вот ведь как все измени Достаточно ли одной мута ности геномов. Наш век неда лось! Еще недавно, в начале на ции, нарушающей работу гена, ром называют веком геномики!

шего века, представлялось, что чтобы понять его функцию? Те Уже в настоящее время на осно сама информация по геномному перь мы точно знаем, что недо ве этой информации сделано сиквенсу позволит раскрыть все статочно. многих новых открытий, а сам тайны живых организмов. Но Во первых, многие гены уст важнейший технологический оказалось, что по одной после роены очень сложно и кодиру прорыв в установлении после довательности гена судить о его ют белки с несколькими доме довательности ДНК обеспечил функции в организме невоз нами, выполняющими разные рождение многих эффективных можно. Значит, главное сего функции. Значит, чтобы узнать молекулярно генетических ме дня — поиск мутаций и выясне все функции гена, нужны мута тодов, о которых раньше даже ние их влияния на фенотип, ции в разных его участках. не мечтали. Один из них — ме а самым эффективным непре Во вторых, гены (даже отно тод ТILLING (Targeting Induced взойденным способом их полу сительно простые) могут вклю Local Lesions In Genomes), что чения по прежнему служит хи чаться в онтогенезе не один раз означает нацеленный поиск мический мутагенез.

и работать на нескольких ста (или просто выявление) инду диях развития (например, на самой ранней стадии эмбри огенеза и на поздней стадии развития цветка). Если мы име ем только одну мутацию, пол ностью отключающую функ цию гена, то развитие организ ма остановится на самой ран ней стадии, где востребована работа гена, и мы никогда не узнаем, что он необходим еще и на поздней стадии онтогене за. Только если у нас наряду с такой «суровой» мутацией есть и более «мягкая» (белок частично функционален), орга низм сможет пройти полное развитие, хотя и в несколько ином виде. Значит, появится шанс по этим изменениям уви деть, что же ген делает на позд ней стадии развития.

А еще в генах есть участки, которые не кодируют белок, Рис.3. Схема получения семян второго мутантного поколения (М2) и создания но играют важнейшую роль пулов ДНК для работы методом TILLING [8, 9]. М1 — растения, выросшие из се в управлении его собственной мян, обработанных мутагеном ЭМС, М 2 — полученные от самоопыления работой, а иногда и работой М1, М3 — от самоопыления растений М2 (семена поколения М3 бережно хранят других генов. Понять механиз для возобновления линии в случае обнаружения в М2 мутации в исследуемом мы регуляции генов опять поз гене). Из растений М2 выделяют ДНК, которые объединяют в небольшие волят мутации в этих участках. (по 3—8 образца) пулы для проведения полимеразной цепной реакции (ПЦР).

Итак, генетикам нужно мно Ее продукты используют для поиска мутаций в интересующем гене с помощью го разных мутаций в каждом ге денатурирующей высокоразрешающей жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).

не — только при этом можно Фрагменты ДНК размером не более 1000 п.н. денатурируют при 95°C 3 мин, а за правильно судить о функции ге тем ренатурируют, понижая температуру до 65°C в течение 30 мин. Специфичес нов на уровне целого организ кая эндонуклеаза (CEL1) распознает неправильно спаренные основания и в этих ма. И только тогда можно будет местах разрезает гетеродуплексную ДНК. Это приводит к образованию более говорить, что информация о коротких фрагментов ДНК, которые выявляют с помощью денатурирующего полногеномной последователь электрофореза в акриламидном геле с высоким разрешением.

ПРИРОДА • №10 • ГЕНЕТИКА РАСТЕНИЙ цированных локальных измене ванием О 6 этилгуанина. Обыч нуклеотидных оснований (гете ний в геномах [8]. Этот метод ный гуанин комплементарно родуплексов), возникающих за делает химический мутагенез взаимодействует (спаривается) счет мутации в одной из нитей еще более эффективным просто с цитозином, но О 6 этилгуанин двуцепочечной ДНК. После об за счет того, что позволяет ис может ошибочно спариваться наружения мутации в растениях кать индуцированные мутации с тимином. Тогда в следующем M 2 в их заранее собранном се по всему геному. Действительно, цикле репликации ДНК возни менном потомстве проводят какие мутации выявлял раньше кает мутация в гетерозиготном анализ фенотипических изме исследователь? Те, что или уви состоянии — пара нуклеотидов нений, необходимый для уста дел, или обнаружил по другим Г:Ц меняется на А:Т (транзиция новления функции гена на уров ГЦ АТ). Если в клетке прои проявлениям фенотипа (ска не организма. Похожие схемы жем, по изменению чувстви зойдет мутация, приводящая к используют и для животных.

тельности к гормону, стрессово развитию генеративных орга му фактору). Подавляющее нов (цветков), то на растении, большинство мутаций остава которое вырастет из обработан Практическое лось вне поля зрения исследова ного мутагеном семени (M 1 по использование теля. Сегодня ситуация иная — коление), появятся семена, не метод позволяет провести их сущие мутацию в гетерозиготе. Химический мутагенез — это поиск в любом гене, в любой по В следующем поколении (M 2 ) современная основа научно следовательности генома, кото можно обнаружить и гомозиго практических разработок, тол рая интересует исследователя. ты по рецессивным мутациям. чок к развитию которой был дан На первом этапе проводится Именно растения M 2 поколения Кольцовым и которая продол обработка мутагеном по обыч используют для выделения ДНК жена его последователями в сте ной схеме (рис.3). У растений и последующего поиска в них нах Института биологии разви используют этилметансульфо мутаций с помощью молекуляр тия РАН, носящего сегодня имя нат (ЭМС), который вызывает но генетических или биохими этого великого ученого.

присоединение этильной груп ческих методов (см. рис.3). Вы Сотрудники института ведут пы к шестому кислороду в пури явление мутаций основано на работы и на таких декоратив новом кольце гуанина с образо формировании неспаренных ных растениях, как петуния гиб Рис.4. Окраска цветков петунии в поколении М2.Такое разнообразие возникло в результате обработки диметилсульфатом семян сорта Snow Ball с белыми цветками.

ПРИРОДА • №10 • 2012 ГЕНЕТИКА РАСТЕНИЙ В настоящее время на Кропо товской биологической станции Института биологии развития в сотрудничестве с кафедрой ге нетики МГУ продолжаются рабо ты по получению полезных из менений, индуцированных хи мическими мутагенами на важ нейших сельскохозяйственных культурах — рапсе и гречихе.

Кроме того, под действием мута генов не только увеличивается разнообразие внутривидовых признаков, но и появляются те, что присущи другим родствен ным видам. У петунии, скажем, возникают баклажанные листья либо цветки, как у картофеля или табака (рис.5).

Рис.5. Изменение формы цветка петунии гибридной, у которой венчик стал «та Химический мутагенез се бачным».

годня, как и в прошлом веке, во ридная, вербена канадская, схи антоцианов — заблокирован) всем мире служит основой для зантус перистый, сальпиглос возникают растения с окрашен получения изменчивости у хо сис выемчатый, сирень обыкно ными цветками. Это происхо зяйственно самых разных форм венная (в содружестве с Рос дит в результате восстановле растений. Он позволяет полу сийским государственным аг ния синтеза антоцианов: маль чить ценные мутации, которые рарным университетом — Мос видина, петунидина, дельфини могут использоватьтся для выве ковской сельскохозяйственной дина и цианидина, типичных дения новых сортов и гибридов академией им.К.А.Тимирязева). для петунии гибридной. Но по сельскохозяйственных культур.

На примере петунии легко уви скольку и соотношение их Вряд ли даже в ближайшие 10— деть, какой широкий спектр из у разных мутантных растений 20 лет перспективные, но доро менчивости возникает даже по неодинаковое, то и окраски гие и трудоемкие трансгенные одному из признаков — окраске различаются. А ведь изменения технологии сумеют вытеснить цветка (рис.4). В потомстве бе есть и по многим другим при этот эффективный подход для лоцветкового сорта петунии знакам (по форме цветка, листа, генерации новых ценных изме (синтез пигментов цветков — стебля и др.). нений.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 10 04 00859 и 11 04 01306 а) и Российской государственной программы по поддержке научных школ (грант №376.2012.У).

Литература 1. Сахаров В.В. Йод как химический фактор, действующий на мутационный процесс у Drosophila melanogaster. Сообщение I // Биологический журнал. 1932. Т.1. Вып.3—4. С.1—8.

2. Иосиф Абрамович Рапопорт — ученый, воин, гражданин: Очерки, воспоминания, материалы.

(Серия «Ученые России. Очерки, воспоминания, материалы».) М., 2001.

3. Сахаров В.В. О специфичности действия мутационных факторов // Бюл. эксперим. биологии и медицины.

1936. Т.1. Вып.3. С.196—198.

4. Сахаров В.В. Специфичность действия мутационных факторов // Биол. журнал. 1938. Т.7. Вып.3. С.595—618.

5. Инге Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции: Учебник для студентов высших учебных заведений.

СПб., 2010.

6. Jacobsen S.E., Meyerowitz E.M. Hypermethylated SUPERMAN Epigenetic Alleles in Arabidopsis // Science.

1997. V.277. №5329. P.1100—1103.

7. Soppe W.J., Jacobsen S.E., Alonso Blanco C. et al. The late flowering phenotype of fwa mutants is caused by gain of function epigenetic alleles of a homeodomain gene // Molecular. Cell. 2000. V.6. P.791—802.

8. McCallum C.M., Comai L., Greene E.A., Henikoff S. Targeting induced local lesions in genomes (TILLING) for plant functional genomics // Plant Physiol. 2000.V.123. P.439—442.

9. Colbert T., Till B.J., Tompa R. et al. High throughput screening for induced point mutations // Plant. Physiol.

2001. V.126. P.480—484.

ПРИРОДА • №10 • ГЕНЕТИКА С.К.Абилев ткрытию химических му О тагенов, равно как и воз Серикбай Каримович Абилев, доктор никновению самостоя биологических наук, заместитель дирек тельного направления, именуе тора по научной работе Института об мого теперь химическим мута щей генетики им.Н.И.Вавилова РАН, про генезом, предшествовал при фессор кафедры генетики биологического мерно двадцатилетний период факультета МГУ им.М.В.Ломоносова, член экспериментов с коротковолно Европейского мутагенного общества. Об вой радиацией. Ее мутагенное ласть научных интересов — генетичес действие на дрозофил открыл кая токсикология, анализ мутагенной ак в 1927 г. Г.Д.Мёллер, за что тивности химических соединений окру в 1946 г. ему вручили Нобелев жающей среды.

скую премию. Блестящие рабо ты американского генетика и разработанная им оригиналь ная методика, позволяющая ко личественно оценить воздейст вие внешних факторов, вдохно вили Н.К.Кольцова. В то время и обнаружил, что воздействие на них неорганических соединений он был увлечен проблемой экс (солей серебра, йода, марганца и др.) вызывает митотическое деле периментального видообразо ние женского ядра, выбрасывание направительных телец и дробле вания и считал, что наиболее ние. В связи с этим наблюдением Кольцов предложил своим учени надежный путь ее решения — кам и коллегам применить испробованный им подход к яйцам дро искусственное получение мута зофилы. В.В.Сахаров использовал в качестве химического мутагена ций. На открытии Всесоюзного йод, а М.Е.Лобашев и Ф.А.Смирнов — аммиак и уксусную кислоту, од съезда зоологов в Киеве (13 мая нако во всех этих случаях частота мутаций была не намного выше 1930 г.) Кольцов говорил: «уже спонтанного уровня.

недолго ждать до того времени, Над проблемой химического мутагенеза в институте также рабо когда человек будет создавать тал И.А.Рапопорт, который вел поиск сильных химических мутаге новые жизненные формы. … нов среди органических веществ. В 1946 г. в «Докладах Академии Нам удастся еще больше овла наук СССР» вышла его статья, посвященная карбонильным соедине деть мутационным процессом ниям и их мутагенному действию на растения и дрозофилу, и по крайней мере в некоторых а в «Nature» — английских генетиков Ш.Ауэрбах и Дж.Робсона, опи случаях направлять изменчи савших мутагенную активность иприта и его производных на дро вость в одном, более желатель зофиле и грибах.


ном для нас направлении». В последующие два года Рапопорт обнаружил сильные химичес В начале 1930 х годов Коль кие мутагены (этилуретан и другие производные карбаминовой цов, уже будучи руководителем кислоты, акролеин, диметил и диэтилсульфаты, диазометан, диазо Института экспериментальной уксусный и трифторборный эфиры, нитрозометилуретан, окись биологии, изучал возможность этилена, этиленимин и др.). До их открытия мутагены химической активации партеногенетичес природы приравнивались некоторыми авторами по механизму дей ких яиц тутового шелкопряда ствия к радиационным агентам. Действительно, сначала — в опытах с ипритом, формальдегидом и уретаном — максимально достижи © Абилев С.К., 2012 мый выход мутаций не превышал «радиационного лимита». Затем ПРИРОДА • №10 • 2012 ГЕНЕТИКА были открыты химические мутагены, которые генные лекарства», в которой собрал и проанали оказались значительно эффективнее радиации. зировал многочисленные работы по изучению В опытах с первым из них, этиленимином, уда цитогенетических эффектов различных химичес лось увеличить частоту мутаций в два три раза, ких соединений, распространенных в окружаю а с нитрозометилуретаном и нитрозоалкилмоче щей среде. В конце статьи он сделал такое заклю винами — в десятки раз, т.е. до небывало высоких чение: если ранее основное внимание исследова величин. телей было обращено на терапевтические и ток Впоследствии выяснилось, что химические му сикологические свойства лекарств, стимуляторов, тагены действуют избирательно. Например, про косметических средств, пищевых добавок и дру изводные диазометана не вызывали фрагмента гих веществ, то результаты генетических исследо ции и хромосомных перестроек — обязательных ваний последних двух десятилетий призывают спутников радиационного мутагенеза. Формаль обратить внимание на возможные цитогенетиче дегид проявил сразу две избирательные особен ские эффекты и их последствия [2].

ности: мутации возникали только у самцов и пре В начале 60 х годов японские ученые обнару имущественно в период гаметогенеза. Дихлор жили, что нитрофурановые соединения, широко этан же сильнее действовал на самок. Однако, не используемые в производстве мясных и рыбных смотря на индивидуальность почти каждого из сосисок в качестве консервантов, вызывают мута химических мутагенов, качественно у них больше ции в клетках кишечной палочки. Уже к середине сходных черт, чем различий. 60 х годов была достигнута критическая масса По сравнению с радиационными химические данных, свидетельствующих о мутагенной актив мутагены обладают большей упорядоченностью ности широко распространенных в окружающей действия и избирательностью, образуют значи среде веществ. Стало очевидным, что химические тельно более широкий спектр генетических изме соединения необходимо проверять на генетиче нений и вызывают резкое возрастание выхода скую безопасность.

ценных для селекции мутаций. Кроме того, взаи Американские ученые во главе с А.Холланде модействия химических мутагенов с азотистыми ром, руководителем биологического отдела Ок основаниями ДНК протекают строго индивиду Риджской национальной лаборатории, в 1969 г.

ально, и это позволяет получить такие мутации, организовали Общество по изучению мутагенов как замены пар оснований и сдвиг рамки считы окружающей среды США. Так были заложены ор вания. ганизационные основы нового научного направ ления — генетической токсикологии, которая впоследствии стала междисциплинарной наукой на стыке генетики, токсикологии, гигиены и би Мутагены: польза и риск охимии чужеродных веществ. Все виды регист рируемых различными методами последствий В 40—60 х годах ХХ в. химические мутагены рас действия химических соединений или их мета сматривались как средство для получения новых болитов на генетический аппарат организмов мутаций у организмов и изучения закономернос были обозначены как генотоксичность (повреж тей их наследования. Были открыты сотни раз дения ДНК и индукция мутаций). В начале 70 х личных по структуре химических соединений, годов во многих странах появились националь вызывающих генетические изменения, создана ные общества, впоследствии объединенные в Ев основа классификации мутагенов, изучались ме ропейское общество по мутагенам окружающей ханизмы восстановления химически индуциро среды [3].

ванных повреждений ДНК. Все эти исследования К середине 70 х годов было изучено множест внесли большой вклад в понимание механизмов во химических соединений, используемых в про мутационного процесса в клетках самых разных мышленности, сельском хозяйстве, медицине организмов — от вирусов до млекопитающих. Хи и в быту, и создана Международная комиссия по мические мутагены стали широко применяться защите от мутагенов и канцерогенов окружающей для получения мутантных форм растений и мик среды (International commission for the protection роорганизмов с новыми хозяйственно важными against environmental mutagens and carcinogens, свойствами [1].

ICPEMC). При ее поддержке проводилось углуб Новые знания (осознание того, что наследст ленное изучение генотоксичности (включая эпи венные изменения могут быть искусственно вы демиологические исследования) пестицида дих званы у любого организма, будь то микроорга лофоса, промышленных соединений эпихлоргид низм, растение или животное) и стремительный рина, винилхлорида, изониазида (тубазида — ле рост химических производств вызвали опасения карственного средства для лечения туберкулеза) у ряда ученых (Рапопорт был одним из первых).

и других широко распространенных химических Они рассматривали мутагенное действие химиче соединений.

ских соединений как потенциальную опасность В СССР генетическая токсикология развива для человека. Так, в 1956 г. ботаник А.Бартелмес лась в рамках Секции генетических аспектов опубликовал обзорную статью, названную «Мута ПРИРОДА • №10 • ГЕНЕТИКА проблемы «Человек и биосфера» Государствен активности. Для метаболической активации тес ного комитета по науке и технике. Ежегодно тируемого соединения используют экстракт из проводились научные конференции, издавались печени крыс, содержащий ферменты эндоплазма сборники научных трудов по актуальным про тического ретикулума, способные превращать ве блемам генетической токсикологии, разрабаты щество в мутагенную (канцерогенную) форму.

вались методические рекомендации по изуче Время тестирования — около 40 ч (для сравне нию генотоксических эффектов химических со ния — на тестирование с использованием экспе единений. риментальных животных затрачиваются месяцы, Генетическая токсикология фактически стала а в случае изучения канцерогенной активности — новым этапом в изучении химического мутагенеза. два три года).

Исследование механизма действия новых химиче По результатам тестирования химических со ских мутагенов (различных красителей, лекарст единений в тесте Эймса мутагенные соединения венных средств, пестицидов, компонентов быто стали делить на мутагены прямого действия — со вой химии и др.) сопровождалось изучением фак единения, реакционная способность которых до торов, модифицирующих их активность. Сущест статочна для химической модификации ДНК, РНК венный вклад в разработку методологии тестиро и некоторых белков, и промутагены — вещества, вания на генетическую безопасность лекарствен которые сами по себе инертны, но превращаются ных средств внесли сотрудники НИИ по биологи в организме в мутагены под действием фермент ческим испытаниям химических соединений. ных систем организма. Последние часто называ ют «конечными» мутагенами.

В конце 60 х — начале 70 х годов методы изу чения мутагенной и канцерогенной активностей Как выявляют мутагены не перекрывались и основывались на разных окружающей среды принципах. Канцерогенную активность выявляли на животных, и для этого требовалось много жи Основная задача генетической токсикологии — вотных и времени. Однако Эймс с соавторами оценка риска возникновения мутаций в сомати в 1973 г. установили, что 16 известных канцероге ческих и половых клетках человека при действии нов (бензпирен, афлатоксин, бензидин и др.) — химических веществ, загрязняющих окружающую промутагены и индуцируют мутации у тест штам среду. Очевидно, что подобные исследования не мов S.typhimurim после метаболической актива возможно проводить непосредственно на челове ции [5]. Стало ясно, что существует связь между ке, поэтому были созданы различные тест систе мы — методы регистрации in vitro генотоксичес мутагенной и канцерогенной активностью для ряда групп химических соединений. Позже, ких эффектов изучаемого ксенобиотика. Индика в 1975 г., эти результаты подтвердили Дж.Мак торами служили микроорганизмы, клетки млеко Канн и его коллеги, используя тест Эймса для изу питающих и человека, растения и лабораторные чения мутагенной активности около 300 веществ, животные. Для тестирования химических соеди проявляющих и не проявляющих канцерогенную нений используются хорошо известные в генети активность на мышах [6]. Так возник недорогой ке подходы: учеты хромосомных аберраций тест для скрининга мутагенов и, соответственно, и генных мутаций в клетках млекопитающих, для их обнаружения.

оценка рецессивных мутаций у дрозофилы и до С этого времени стало существовать представ минантных летальных — у грызунов. Позже, с раз ление, что «мутагены — это потенциальные кан витием новых молекулярно генетических мето церогены», и тест системы на генотоксичность дов, появился бактериальный SOS хромотест, со начали рассматривать как краткосрочные тесты зданы модели трансгенных мышей, метод «комет»


на потенциальную канцерогенность. В этой связи для выявления повреждений ДНК в единичных проверку на генотоксичность стали использовать клетках. Последние позволяют исследовать орга для решения двух задач: для выявления в половых носпецифичность генотоксического действия хи клетках человека потенциального мутагенного мических соединений.

действия и в соматических клетках для оценки ге Все тест системы должны обладать высокой нетических эффектов в связи с их потенциальной пропускной способностью, и в этом лидирует канцерогенной опасностью.

тест, разработанный в 1973 г. американским ис Надо иметь в виду, что все экспериментальные следователем Б.Эймсом [4]. Сущность этого мето результаты, полученные с помощью тест систем, да заключается в регистрации возможных мута применительно к человеку имеют только прогно ций, вызванных испытуемым соединением или его метаболитами на тест штаммах Salmonella стическое значение. Их обычно используют для typhimurium. Из за генетических нарушений они скрининга (просеивания) множества соединений и для отбора веществ с мутагенной активностью, не могут синтезировать гистидин и не растут которую затем проверяют на животных. Важность в лишенной его среде, но приобретают исходную скрининга связана с чрезвычайно большим чис способность в результате обратной мутации под лом химических соединений, которые необходи действием мутагенов, что и служит критерием их ПРИРОДА • №10 • 2012 ГЕНЕТИКА мо тестировать. Так, в компьютерной базе данных мутагенов биотрансформация может существен Chemical abstracts service (http://www.cas.org), но менять уровень их конечных генетических эф к 29 мая 2012 г. зарегистрировано 66 775 тыс. ор фектов.

ганических и неорганических соединений, из ко Система биотрансформации ксенобиотиков торых более 295 тыс. используются в разных от включает большую группу ферментов, осуществля раслях промышленности, в сельском хозяйстве, ющих окисление, восстановление, гидролиз, деал фармакологии, косметологии, в быту и т.д. килирование, ацилирование и другие химические В 2003 г., по данным этого же источника, в хозяй реакции, приводящие к метаболическим превра ственном обороте находились 230 117 химичес щениям чужеродных соединений и их экскреции ких соединений. Это свидетельствует о том, что за из организма [7]. Основными ферментами этой си девять лет в окружающую среду введены более стемы считаются цитохром Р 450 (CYP), эпоксид 65 тыс. новых веществ, при этом нет уверенности гиролазы, глутатион S трансферазы, сульфотранс в том, что они подвергнуты скринингу на мута феразы, N ацетилтрансферазы и УДФ глюкуронил генность, не говоря о полномасштабной проверке трансферазы.

на генетическую безопасность, поскольку базы Биотрансформация ксенобиотиков протекает данных по испытаниям на биологическую актив в два этапа. Сначала (фаза I) они приобретают ре ность многих компаний разработчиков недо акционноспособные группы под действием раз ступны. личных изоформ цитохрома P 450, при этом мо гут образоваться соединения и более, и менее токсичные по сравнению с исходным веществом.

Затем (фаза II) метаболиты вступают с эндоген Биотрансформация мутагенов ными субстратами в реакции конъюгации (в них Хорошо известно, что чужеродные соединения участвуют упомянутые гидролаза и трансферазы), (ксенобиотики), попадая в организм, подвергают становятся малотоксичными и выводятся из орга ся частичной или полной биотрансформации. низма с мочой и калом. Однако конечные свойст Под этим термином подразумевается целый ком ва любого ксенобиотика зависят от соотношения плекс как ферментативных, так и спонтанных пре скоростей реакций обеих фаз биотрансформа вращений химического вещества в биологически ции: риск развития патологии или генотоксичес активные метаболиты. Когда образуются менее ак ких эффектов больше при высокой активности тивные по сравнению с исходным веществом про фазы I и низкой активности фазы II (рис.1). При дукты, говорят о детоксикации. Эта основная веду несколько примеров.

функция системы биотрансформации ксенобиот Из полициклических ароматических углево ков направлена на ускорение выведения потенци дородов (ПАУ) лучше всех изучен бенз(а)пи ально опасных чужеродных веществ из организма, рен — самый распространенный загрязнитель которое достигается переводом липофильных со окружающей среды. Он входит в состав сажи единений в более водорастворимые. и смолы, содержащихся в дыме труб предприя Когда биологически малоактивные вещества тий металлургической и коксохимической про превращаются в высокотоксичные или соедине мышленности и ТЭЦ, присутствует в выхлопных ния, индуцирующие канцерогенез, мутагенез газах двигателей внутреннего сгорания, в табач и т.д., процесс называют метаболической актива ном дыме, сточных водах. Достоверно установле цией, или токсификацией. В случае химических но, что канцерогенные и мутагенные свойства большинства ПАУ связаны с их биотрансформа цией в активные метаболиты. Так, немутагeнный бенз(а)пирен в организме окисляется с образо ванием эпоксидов (ареноксидов) — высокоак тивных электрофильных соединений, которые легко образуют ковалентную связь с нуклео фильными центрами биомакромолекул. Аренок сиды бенз(а)пирена в свою очередь служат суб стратом для другого микросомного фермента — эпоксидгидратазы, катализирующей гидратацию эпоксидов в соответствующие дигидроксиды.

Из 7,8 дигидроксида под действием гидроксила зы вновь образуется эпоксид (7,8 дигидрокси 9,10 эпоксид) бенз(а)пирена, который считается главным канцерогенным метаболитом и наибо лее реакционноспособным соединением [8].

Кроме того, он отличается стереоселективнос тью, т.е. у него разное соотношение (+) и (–) ди Рис.1. Зависимость риска развития патологии от соотно олэпоксидов (рис.2).

шения скоростей двух фаз биотрансформации.

ПРИРОДА • №10 • ГЕНЕТИКА Рис.2. Образование и стереохимия метаболитов бенз(a)пирена, ответственных за его канцерогенную и мутагенную актив ность. Главные пути метаболизма обозначены жирными стрелками.

В настоящее время изучено более 30 мутаген повышение токсичности (токсификацию). Воз ных и канцерогенных метаболитов бенз(а)пире никновение реактивных соединений из конъюга на, при этом суммарный метаболический про тов вызвано их распадом и последующей перест филь может быть сложным. Диолэпоксиды состав ройкой продуктов [10]. Так, конъюгат сульфата ляют лишь незначительную долю в общем метабо и фенацетина, гидроксилированного на первой лизме бенз(а)пирена и других ПАУ. В организме стадии биотрансформации, высокотоксичен, лег животных образуются в основном фенолы и диги ко связывается с белками и нуклеиновыми кисло дродиолы, которые конъюгируют с эндогенными субстратами и выводятся из организма.

Из галогенированных углеводородов особое внимание ученых привлекает винилхлорид — один из крупнейших по объему органических полупродуктов мирового химического произ водства, используемых для дальнейшего произ водства поливинилхлорида. Винилхлорид обла дает канцерогенным и мутагенным действием на животных и человека. В организме он окисляется микросомными монооксигеназами и превраща ется в эпоксид — хлорэтиленоксид, из которого путем внутримолекулярной перестройки образу ется хлорацетальдегид [9]. Тот, в свою очередь, связываясь с глутатионом, трансформируется в S формилметилглутатион или окисляется аль дегиддегидрогеназой до хлоруксусной кислоты (рис.3). Из всех метаболитов винилхлорида наи большую мутагенную активность проявляет хло рэтиленоксид.

Реакции конъюгации ксенобиотиков и их мета болитов с эндогенными субстратами не во всех случаях обезвреживают поступающие в организм чужеродные соединения, иногда они приводят к образованию более активных соединений, т.е.

общеизвестные реакции детоксикации вызывают Рис.3. Метаболизм винилхлорида.

ПРИРОДА • №10 • 2012 ГЕНЕТИКА Рис.4. Схема метаболической активации фенацетина N гидроксифенацетина. 1 — реакция конъюгации с сульфатом, 2 — неферментативное отщепление сульфата, 3 — спонтанная перестройка.

тами (рис.4). Глюкуроновые коньъюгаты 4 амино чек (нефротоксичность). Еще пример — немута бифенила и бензидина индуцируют опухоли моче генный N нитрозодиметиламин, который в пече вого пузыря. Это тоже связано со спонтанной пе ни подвергается ферментативному окислительно рестройкой конъюгатов в мочевом пузыре и с об му деметилированию и превращается в высокому разованием высокоэлектрофильных соединений. тагенный и канцерогенный метилдиазогидроксид.

К подобным последствиям приводит биотранс Главная мишень для мутагенов в клетке — ДНК, формация противотуберкулезного средства изо а также, по видимому, некоторые белки, в основ ниазида — он ацетилируется при участии N аце ном те из них, которые играют структурную роль тилтрансферазы (фермента, содержащегося в пе в организации генома или принимают участие чени человека) с образованием высокоактивного в репликации, рекомбинации или репарации по N ацетилгидразина (рис.5). Этот метаболит про вреждений ДНК. Среди мутагенов наиболее обши являет гепатотоксичность и мутагенную актив рен класс электрофильных алкилирующих соеди ность в различных тест системах [11]. У людей нений, к которым относят не только эти типич с быстрым выведением изониазида из организма ные агенты (диазоалканы, эфиры серной кислоты («быстрый» тип ацетилирования) этот препарат и алкансульфокислот), но и эфиры фосфорной обычно вызывает нарушение функций печени (ге и азотной кислот, аминоэтилирующие (2 хлор патотоксичность), а при «медленном» типе — по этиламин, этиленимин и их производные) и окси этилирующие (этиленоксид и его производные) реагенты, альдегиды. К тому же классу мутагенов причисляют многие нитрозосоединения: N нит розо N алкиламиды карбоновых кислот, N нит розо N алкилуретаны, N нитрозо N алкилмоче вины, N алкил N нитрозо N нитрогуанидины.

Все они сами по себе лишены алкилирующих свойств, но при их гидролитическом распаде об разуются алкилдиазогидроксиды (возможно, сво бодные алкилкарбокатионы) — по видимому, на иболее активные мутагены из всех известных.

Электрофильными реагентами становится так же подавляющее большинство конечных мутаге нов, образующихся из синтетических и природ ных веществ. Один из примеров — глюкозид ци казин ( D глюкозид метилазоксиметанола), ко торый под действием фермента глюкозидазы трансформируется в мутагенное соединение ме Рис.5. Ацетилирование изониазида и образование N аце тилдиазогидроксид.

тилгидразина. 1 — ацетилирование, 2 — гидролиз.

ПРИРОДА • №10 • ГЕНЕТИКА Чувствительность к генотоксикантам мочевого пузыря при контакте с 2 нафтилами ном, бензидином и другими амино и аминоазо соединениями. Все эти вещества — промутагены, Уже более полувека известно, что различия в ме проявляющие генетическую активность в самых таболизме ксенобиотиков у человека предопреде различных тест системах.

лены генетически (мутациями в соответствующих Напомню, что эпоксидгидратаза играет важ генах). Генетический полиморфизм обнаружен ную роль в детоксикации эпоксидов, образовав в каждой группе ферментов, участвующих в био шихся на первом этапе биотрансфомации ПАУ, трансформации ксенобиотиков. Выявлены му афлатоксинов и других соединений. Полимор тантные аллели, влияющие на функциональную физм этого фермента связан с мутациями в экзо активность ферментов. В генетических исследо нах 3 и 4: в первом случае мутация приводит к за ваниях таких генов установлены значительные мене тирозина 113 на гистидин, что снижает син межпопуляционные и межэтнические различия тез эпоксидгидратазы на 40%, а во втором — к за их аллельного полиморфизма. Выяснилось, что мене гистидина 139 на аргинин, и выработка это эти функционально неполноценные аллели зна го фермента увеличивается. Выяснено, что низкая чительно чаще встречаются у людей с различны активность эпоксидгидратазы повышает риск ми заболеваниями, в этиологии которых важную возникновения рака легких у курящих, карцино роль играют мутагенные и канцерогенные веще мы печени среди людей, контактирующих с афла ства [12—14].

токсинами. Высокая активность этого фермента Многочисленные исследования свидетельству снижает риск развития рака легких, однако ассо ют о достаточно широком спектре полиморфизма циируется с развитием рака яичников.

генов, кодирующих ряд известных ферментов Все приведенные примеры показывают, что обеих фаз биотрансформации. Так, частота встре чаемости «нулевого» аллеля гена GSTM1 (делеция у человека полиморфизм ферментов обеих фаз метаболизма ксенобиотиков — важный фактор, в гене), кодирующего один из изоэнзимов глута определяющий индивидуальные различия в чув тион S трансферазы, в разных человеческих по ствительности к генотоксическому воздействию пуляциях варьирует от 56% (у индусов) до 100% ксенобиотиков. Однако важно понимать, что это (у жителей Микронезии).

лишь генетически обусловленная предрасполо Полиморфизм по изоформе цитохрома женность, а в реальности последствия генотокси CYP2D6 впервые обнаружен при использовании ческих воздействий зависят также от различных в клинической практике дебризохина — блокато внешних (индукторов и ингибиторов цитохромов ра адренергических рецепторов. Выяснилось, что Р 450) и эндогенных факторов (гормонального 7% населения Кавказа гомозиготны по мутантно му аллелю гена CYP2D6, что приводит к резкому статуса, патологических состояний и т.д.).

снижению активности данного фермента.

У человека наиболее активно в метаболизме мутагенов/канцерогенов участвуют изоформы ци Оценка последствий тохрома Р 450: CYP1A1, CYP1F2, CYP2A6, CYP2E и CYP3A4. Существование мутантных неактивных В целом проблема доказанности мутагенности аллелей для этих изоформ пока не установлено, для человека того или иного химического соеди что может быть связано с очень низкой встречае нения на сегодняшний день не решена. Пока нет мостью таких аллелей в человеческих популяциях. прямых доказательств того, что химические веще Несколько изоформ CYP1A1 индуцируются си ства вызывают наследуемые мутации в половых гаретным дымом и ПАУ. По данным эпидемиоло клетках человека. Единственным критерием, ука гических исследований, с этим связан повышен зывающим на потенциальную мутагенность хи ный риск заболеваемости раком легких, причем мического вещества для человека, считаются по подвержено ему 10% белого населения. Установ зитивные результаты, полученные при изучении лено также, что около 50% европейцев имеют де наследуемых мутационных событий (любого ти лецию в гене GSTM1. Оказалось, что риск разви па) в половых клетках млекопитающих.

тия рака легких зависит еще от сочетания мутан Для ионизирующих излучений тоже нет пря того аллеля CYP1A1 и этого «нулевого аллеля» мых доказательств того, что они вызывают в по GSTM1. Более того, некурящие люди с «нулевым» ловых клетках людей те или иные изменения, ко генотипом GSTM1 не подвержены риску развития торые будут передаваться из поколения в поколе рака мочевого пузыря, а среди заболевших этим ние. Однако есть убедительные эксперименталь видом рака почти 25% курящих людей, у которых ные данные о способности радиации индуциро выявлена делеция в этом гене. вать наследуемые мутации в половых клетках мы N ацетилтрансфераза 2 (NAT2) имеет три ва шей. В настоящее время для оценки радиационно рианта: медленную, среднюю и быструю. «Мед го риска для человека используется модель чело ленные ацетиляторы», к которым относятся 50— век—мышь, что позволило установить величину 60% европеоидов и 30—40% афроамериканцев, удваивающей дозы радиации для человека в 1 Гр подвержены повышенному риску развития рака [15]. Хроническое облучение в течение 30 лет ПРИРОДА • №10 • 2012 ГЕНЕТИКА суммарно в 1 Гр приводит к появлению около Главными критериями канцерогенной опасности 2 тыс. случаев генетических заболеваний на каж вещества для человека служат эксперименталь дый миллион новорожденных среди детей тех, ные данные, результаты эпидемиологических ис кто подвергался облучению. следований (проведенных по методу «случай— Подобный подход для оценки генетического контроль») или когортных. IARC ранжирует изу риска от химических мутагенов также рассматри ченные соединения по четырем группам. К пер вался. Предлагалось использовать радиационный вой из них отнесены вещества, роль которых эквивалент. Однако при оценке генетических эф в возникновении опухолей у человека безусловно фектов радиации учитывается поглощенная доза, доказана. В ней числятся 107 веществ, производ т.е. количество поглощенной энергии. В случае ственных и бытовых факторов, для которых по химических соединений такой возможности нет, лучены убедительные эпидемиологические дан поскольку их мутагенная активность может зави ные. Четвертая группа (класс «неканцерогенов»

сеть от путей поступления в организм, скорости для человека) самая малочисленная, в нее, биотрансформации и выведения из организма. по комплексной экспертной оценке IARC, вклю Кроме того, химические мутагенные соединения чено только одно соединение — капролактам.

могут отличаться друг от друга по механизму дей *** ствия, поэтому оценивать генетические последст вия необходимо отдельно для каждой группы или За истекшие 80 лет химический мутагенез стал даже для отдельных соединений, что делает про одним из краеугольных камней современной ге блему нерешаемой и подталкивает на поиск не нетики, внес существенный вклад в понимание ме тривиальных подходов. ханизмов генетической изменчивости организ В отношении канцерогенов дело обстоит мов и в селекцию новых сортов культурных расте иначе. Весь мировой опыт по изучению канцеро ний и новых штаммов микроорганизмов проду генной опасности различных веществ и произ центов биологически активных веществ. Важный водственных факторов суммируется в моногра этап развития учения о химическом мутагенезе — фиях Международного агентства по изучению ра возникновение генетической токсикологии, кото ка (International agency for research on cancer, рая стала мостиком между генетикой и другими IARC) при Всемирной организации здравоохра науками, такими как медицина, экология, биохи нения. С 1971 по 2011 г. опубликовано 102 тома, мия чужеродных соединений. Мутагенез теперь где даны заключения о 900 химических агентах, рассматривается как результат взаимодействия сложных смесях и производственных процессах. химического мутагена и целого организма.

Литература 1. Рапопорт И.А. Открытие химического мутагенеза: Избранные труды. М., 1993.

2. Barthelmess A. Mutagenic drugs // Arzneim. Fоrsch. 1956. V.6. № 4. P.157—168.

3. Wassom J.S. The origins of genetic toxicology and Environmental Mutagen Society // Environ.

Mol. Mutagen. 1989. V.14. Suppl. 16. P.1—6.

4. Ames B.N., Lee F.D., Durston W.E. An improved bacterial system for the detection and classification of mutagens and carcinogens // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1973. V.70. P.782—786.

5. Ames B.N., Durston W.E., Yamasaki E., Lee F.D. Carcinogens are mutagens: A simple test system combining liver homogenates for activation and bacteria for detection // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1973. V.70. P.2281—2289.

6. McCann J., Choi E., Yamasaki E., Ames B.N. Detection of carcinogens as mutagens in the Salmonella/microsome test: assay of 300 chemicals // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1975. V.72. P.5135—5139.

7. Саприн А.Н. Ферменты метаболизма и детоксикации ксенобиотиков // Успехи биол. химии. 1991. Т.32.

С.146—175.

8. Shou M., Gonzalez F.J., Gelboin H.V. Stereoselective epoxidation and hydration at the K region of polycyclic aromatic hydrocarbons by cDNA expressed cytochromes P450 1A1, 1A2, and epoxide hydrolase // Biochemistry. 1996. V.35. P.5807—5813.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.