Особенности возникновения точковых мутаций

Термин „точковая мутация” долгое время понимался разными исследователями по-разному, поэтому следует уточнить, что согласно современным представлениям точковыми мутациями мы называем стабильные изменения на уровне нуклеотидов ДНК. При образовании точковой мутации не нарушается целостность хромосомы и не затрагивается ее белковый компонент.

Предположение о разной зависимости выхода точковых и хромосомных мутаций от эффективности репарационных систем было высказано нами в 1974г. [Моссэ И.Б., 1974г.] и подтверждено работами последних лет.

Данные, свидетельствующие о независимости или слабой зависимости формирования точковых мутаций от интенсивности процессов репарации, получены при исследовании различных факторов.

Радиочувствительность стадий гаметогенеза. В радиобиологии существует установившееся мнение о том, что радиочувствительность разных стадий гаметогенеза различна. Такое явление объясняется разной эффективностью репарационных процессов на разных стадиях. Однако это положение верно лишь для мутаций аберрантного происхождения. Что же касается точковых мутаций, то по этому типу повреждений радиочувствительность разных стадий, как сперматогенеза, так и овогенеза оказывается одинаковой. Так, Лефевр [Lefevre G.J., 1967г.] не обнаружил никаких различий в радиочувствительности постмейотических половых клеток дрозофилы по тесту точковых мутаций и пришел к выводу, что радиочувствительность спермиев и сперматид по точковым мутациям одинакова. Наряду с этим выход транслокаций в сперматидах больше, чем в спермиях, в 11,6 раза, а рецессивных сцепленных с полом летальных мутаций (смесь хромосомных и точковых) – в 3,7 раза [Ives P.T., 1963г.] (рис. 1.2).

Группа японских исследователей при изучении на дрозофиле мутаций dumpy точкового и хромосомного происхождения неоднократно отмечала разницу в изменении частот этих типов мутаций при различных воздействиях. Так, в работах [Inagaki E.и др.,1974г.,1977г., Miyamoto T. и др., 1981г.] показано, что при облучении выход мутаций dumpy точкового происхождения одинаков на разных стадиях сперматогенеза у дрозофилы, в то время как индукция мутаций dumpy хромосомной природы различается.

Не обнаружено различий между зрелыми и незрелыми ооцитами по чувствительности к индукции облучением мутаций dumpy точковой природы [Fujikawa K., 1980г.]. Установлено, что вариации в общей частоте мутаций на протяжении овогенеза обусловлены мутациями аберрантного происхождения, тогда как выход точковых мутаций мало зависит от фазы овогенеза [Miyamoto T., и др., 1978г.]. Эти данные полностью согласуются с данными, полученными в работе [Valencia R.M. и др., 1961г.] при исследовании индукции мутаций в 10 специфических локусах половой хромосомы в ооцитах и овогониях дрозофилы.

Рис. 1.2. Характер выхода различных типов мутаций, ин­дуцированных облучением: 1 – частота транслокаций [8]; 2 – частота рецессивных летальных мутаций [8]; 3 – частота мутаций при цитологически нормальных хромосомах [7]

Таким образом, по тесту точковых мутаций спермии имеют практически одинаковую радиочувствительность со сперматидами, а овогонии с ооцитами, несмотря на огромную разницу в метаболизме и эффективности репарационных процессов в этих клетках.

Радиочувствительность разных линий. При изучении разных линий дрозофилы, отличающихся по своей радиочувствительности, показано, что выход точковых мутаций одинаков, а различия обусловлены лишь неодинаковой индукцией хромосомных аберраций [Александров И.Д., 1976г.].

Кислородный эффект. Известно, что кислород, присутствующий во время облучения, подавляет работу репарационных систем [Ауэрбах Ш., 1978г.]. При отсутствии кислородного влияния на выход хромосомных перестроек у линий дрозофилы, дефектных по эксцизионной и репликационной репарации, кислородный эффект является модификацией способности к репарации [Binz P.и др., 1981г.].

Модификация кислородом частоты радиационных мутаций показана лишь для хромосомных аберраций, а индукция облучением точковых мутаций не изменяется при воздействии кислородом или азотом. Например, по данным работы [Sobels F.H., 1963г.], обработка половых клеток дрозофилы азотом после облучения в кислороде повышает частоту транслокаций в этих клетках, но не изменяет выхода точковых мутаций (рецессивные летальные мутации в кольцевой Х-хромосоме). Аналогично воздействие кислородом после облучения в азоте уменьшает выход аберраций хромосом, но не влияет на индукцию точковых мутаций [Miyamoto T. и др., 1978г., Miyamoto T., 1982г.]. При этом если выход одиночных и двойных разрывов при облучении в воздухе, азоте и кислороде различается существенно, то данные по изменению выхода поврежденных оснований при облучении в кислороде отсутствуют [Ferro W., 1983г.].

Выдерживание в кислороде после облучения в азоте способствует репарации повреждений в сперматидах дрозофилы, при этом уменьшается выход индуцированных облучением аберраций, но частота генных мутаций в специфических локусах половой хромосомы и аутосомы II не изменяется [Inagaki E.и др., 1972г.].

Влияние мощности дозы. Выход видимых мутаций и мутаций dumpy у дрозофилы изучался при облучении γ -лучами с разной мощностью дозы – 3000 и 30 рад/мин (Единицы измерений доз облучения в цитируемых работах нами не переведены в единицы СИ, так как не указано, являются ли эти дозы экспозиционными или поглощенными.) [Fujikawa K.,1981г., Fujikawa K.и др., 1979г.]. Оказалось, что частота мутаций аберрантной природы была значительно ниже при малой мощности дозы, чем при высокой, но выход точковых мутаций остался одинаковым при уровнях мощностей дозы, различающихся в 100 раз. Таким образом, индукция точковых мутаций не зависит от мощности дозы облучения.

Влияние типа излучения. Репарация повреждений, индуцированных нейтронным облучением, не обнаружена. Такие повреждения либо вовсе не репарируются, либо репарируются с большим трудом. При изучении выхода мутации dumpy у дрозофилы установлено, что ОБЭ нейтронов по сравнению с рентгеновским излучением в 2 раза выше для мутаций хромосомной природы, чем для точковых [Fujikawa K.и др., 1979г.]. Аналогичные данные получены и в работе [Александров И.Д., 1984г.].

Влияние ЭМС. Известно, что ЭМС вызывает преимущественно генные мутации. Выход генных мутаций у дрозофилы под влиянием ЭМС не модифицируется даже кофеином [Бондаренко Л.В. и др., 1982г.]. Показано также, что в клетках китайского хомячка повреждения, индуцированные ЭМС, необратимы и приводят к индукции и экспрессии мутаций в отсутствие синтеза ДНК [O¢Neill P.J., 1982г.]. Частота генных мутаций в локусе HPRT в клетках китайского хомячка, индуцированных этилнитрозомочевиной, не изменяется в разных послеэкспозиционных условиях, в которых снижается частота СХО [Stetka D.G. и др., 1982г.]. Авторы данной работы пришли к выводу, что повреждения, ведущие к СХО, в отличие от нерепарируемых „мутагенных” изменений репарируются.

Влияние гена, нарушающего рекомбинацию. При исследовании влияния γ-лучей на индукцию мутаций у дефектной по рекомбинации линии дрозофилы c3G было выявлено [Miyamoto T., 1983г.], что частота точковых мутаций в сперматоцитах мутантной и дикой линий одинакова, а индукция гиперплоидных самцов различна. Автор предполагает, что c3G ген включается в процесс индукции ионизирующей радиацией больших структурных изменений и не связан с индукцией генных мутаций.

Для всех приведенных фактов возможно лишь одно объяснение – отсутствие влияния вообще или слабое влияние репарационных систем на выход точковых мутаций.