Дипломная работа: Генотоксические эффекты у детей-подростков из Чебулинского района Кемеровской области

е) Симметрические межхромосомные обмены (реципроктные транслоказы) - аберрации, возникающие в результате обмена между двумя хромосомами, причин дистальные участки двух хромосом транслоцируются от одной к другой.

ж) Асимметричные межхромосомные отмены (дицентрические, полицентрические аберрации). Возникают в результате обмена между двумя или несколькими хромосомами, происходящие таким образом, что проксимальные участки хромосом соединяются, образуя дицентрическую или полицентрическую структуру с сопутствующим ацентрическим пробелом.

Аберрации хроматидного типа.

Аберрации хроматидного типа представлены на рисунке 3. К ним относятся хроматидные разрывы (фрагменты хроматид) и хроматидные обмены. Фрагменты могут быть концевыми интерстициальными и точковыми. Если произошли изохроматидный разрыв и поврежденные концы сестринских хроматид соединились, то из-за притяжения сестринских хроматид на остальной части они остаются лежать параллельно и потому имеют вид дуги. Хроматидные фрагменты, малоудалённые от места повреждения, необходимо дифференцировать от ахроматических пробелов, представляющих собой неокрашенные участки хромосом (частки локальной деспирализации хромосом). О фрагментах говорят в трех ситуациях:

1. Фрагмент сдвинут по длине. 2. Перевернут. 3. Сдвинут по оси.

Обмены хроматидного типа крайне многообразны. Они могут быть между хроматидами одной хромосомы, двух и более хромосом. Кроме того, различают полные и неполные, симметричные и ассиметричные обмены. Все это создает возможность образование большого числа форм обменов. При межхромосомных обменах образуются фигуры три-, квадри-, и мультирадианов, или неправильных форм. Структура обменной аберрации зависит от величины обмениваемых участков, гомологичности хромосом, идентичности плеч, симметричности (эуцентричности) и полноты (рецепроктности) обмена.

1.1.3. Механизмы возникновения хромосомных перестроек

Хромосомные перестройки - это обширный и гетерогенный класс наследственных изменений, включающий выпадение (потери). Добавления (удвоение, умножение) участков хромосом, а также их перемещения в пределах одной хромосомы или между хромосомами.

Исторически эксперименты и теоретически построения по индуцированному мутагенезу значительно опередили работы по выяснению природы генетического материала хромосом. Однако после 1953, когда в работе Д. Уотсона и Ф. Крика (D. Watson, F. Crick,1953) было сделано предположение о структуре молекулы ДНК, о полуконсервативном характере об репликации и о возможной молекулярной природе мутаций, открылась возможность для конкретных исследований как характера повреждений в ДНК, индуцируемых различными мутагенами, так и реальных механизмов репарации этих повреждений. В монографии Н.П. Дубинина (1978) приведены сведения о повреждениях ДНК различными мутагенами.

Обширный класс алкилирующих соединений может производить алкилирование (присоединение метильной или этильной группы) в некоторых позициях к азотистым основаниям (чаще всего к гуанину) или к фосфатным группам полинуклиотидной нити. Алкилированные азотистые основания за счет гидролиза выщепляются из цепочки ДНК, в следствии чего появляются апуриновые или апиримидиновые сайты. В таких сайтах далее может идти гидролиз нестабильных дезоксирибозидных остатков, и в результате возникают однонитевые разрывы в ДНК. Разрывы могут быть и следствием гидролиза после алкилирования фосфатных групп.

Бифункциональные алкилирующие соединения (серный и азотный иприт,митомицин C) своими двумя алкильными группами могут алкилировать сразу два гуанина из двух комплементарных нитей ДНК, образуя при этом внутримолекулярную сшивку.

Такие сшивки - типичный результат воздействия на ДНК также азотистой кислоты и ее солей.

Как видно, большинство первичных изменений в ДНК, вызываемых мутагенами, сами по себе еще не мутации, т.е. не являются изменениями в последовательности нуклеотидов. Эта последовательность может быть изменена только после прохождения поврежденной молекулы через этап репликации. Так, при репликации молекулы, в одну из нитей которой встроена молекула акридинового красителя, против этой поврежденной нити строиться комплементарная ей цепочка, содержащая лишний нуклеотид, вставленный против места, где в поврежденной цепи интеркалирована молекула акридина. Такая вставка нуклеотида, закрепляющаяся в обеих нитях молекулы после еще одной репликации - это уже мутация, обозначаемая как “сдвиг рамки считывания” (frameshift). Сшивки в молекуле ДНК обычно летальны, т.к. не позволяют осуществлять нормальную репликацию из-за невозможности расплетения нитей в месте сшивки. (Смирнов В.Г. 1991).

Однако в работах Р. Кимбола (R. Kimball, 1966) указывалось, что клетка способна к репарации повреждений в ДНК, вызванных действием мутагенов.

В большинстве случаев первичных повреждений после первой же репликации (если они не были репарированны до репликации) напротив них во вновь синтезированной нити ДНК появляется брешь. Ю.А. Митрофанов и Г.С. Олимпиенко (1980) именно состояние такого разрыва в одной из комплементарных нитей ДНК и считают потенциальным повреждением, которое при одних условиях может быть репарировано, а при других - превращается в двунитевый разрыв в молекуле ДНК (хроматидный разрыв).

A. Bender с соавторами ( Benderetal., 1973) считают, что при разрыве в одной из нитей двунитевой молекулы ДНК неповрежденная нить может разрезаться напротив разрыва ДНК-азой, специфичной для однонитевой ДНК.

Полагается, что такой механизм материализует идею резонансного мутагенеза - перенося повреждения с поврежденной нити на неповрежденную.

По мнению Смирнова В.Г. (1991) обменные перестройки при воздействии самыми разными мутагенами возникают благодаря одному и тому же механизму, характеризующемуся воссоединением концов появляющихся разрывов. Условием этого является тесная пространственная ассоциация между участками хроматид одной хромосомы или разных хромосом. При наличии такой ассоциации возникающие в хроматидах разрывы воссоединяются подобно тому, как это происходит при кроссинговере (Беляев И.Я., Акифьев А.П., 1988).

Разные исследователи неоднократно обращали внимание на сходство между процессом кроссинговера и образованием обменных перестроек при контакте хроматид. Впервые такую мысль высказали А.С. Серебровский и Н.П. Дубинин (1929), а затем “Обменную гипотезу” о механизме возникновения перестроек предложил С. Ривелл (S. Revell, 1955, 1974). Результаты, полученные И.Я. Беляевым и А.П. Акифьевым (1988), свидетельствуют о плодотворности сопоставления этих двух процессов.

Ассоциации, между участками хроматид одной хромосомы или разных хромосом, могут устанавливаться между районами хромосом, содержащими высокоповторяющиеся последовательности ДНК. Такие последовательности сосредоточены в гетерохроматиновых районах хромосом - в прицентромерном и интерколярном структурном гетерохроматине. Именно для гетерохромотиновых районов неоднократно описаны цитологически наблюдаемые ассоциации не гомологичных хромосом.

Образование хромосомных аберраций возможно не только на основе рекомбинации в районах локализации высокоповторяющихся не кодирующих последовательностей ДНК, но и на основе рекомбинации между повторяющимися генами, при наличии дубликаций в геноме.

Так же основой для возникновения хромосомных перестроек по рекомбинационному механизму может быть присутствие в геноме значительного числа копий различных мобильных элементов (Смирнов В.Г. 1991).

Вопрос о механизме возникновения хромосомных перестроек стал активно обсуждаться сразу же после установления возможности индуцировать, усилить мутационный процесс при воздействии такого возможного фактора, как различные виды ионизирующих излучений (Г.А. Карсон, Г.С. Филиппов, 1925; Н. Миллер, 1927; L. Stadler, 1928).

А. Стадлер (L. Stadler, 1928) и М.С. Навашин (1931) считали, что первичный эффект в действии Х-лучей на хромосомы - возникновение разрывов. Это положение легко в основу широко известной гипотезы о механизме возникновения индуцированных хромосомных перестроек, созданной в работе К. Сакса (K. Sax, 1938-1942) и Д. Ли (D. Lea 1963, D. Catcheside 1942). В зависимости от стадии клеточного цикла возникают либо хромосомные (при облучении в период G1 до фазы S), либо хроматидные (при облучении в фазах S и в начале G2) разрывы. Большая их часть затем вновь воссоединяется с восстановлением исходной структуры (реституция). Однако если разрывы в разных местах одной хромосомы (или хроматиды) или в разных хромосомах (или хроматидах) в один и тот же момент локализируется близко друг к другу, они могут воссоединится таким образом, что возникают хромосомные или хроматидные делеции (нехватки), транслокации, инверсии, вставки, образуются центромерные или бесцентромерные кольцевые хромосомы, бесцентромерные фрагменты. Отдельные фрагменты, появившиеся сразу в результате возникновения разрывов, могут сохраняться как таковые и без воссоединения с какими-либо другими.

Довольно скоро были получены убедительные данные о возможной модификации мутагенного эффекта излучений благодаря действию дополнительных факторов (температура, инфракрасный свет, понижение концентрации кислорода), из которых каждый сам по себе не оказывал влияние на спонтанный уровень мутационного процесса. Так в опытах К. Свенсона и А. Холлендера (C. Swenson, A. Hollaender, 1946) было показано, что обработка микроспор традесканции инфракрасным светом до или после облучения Х-лучами приводит к значительному увеличению частоты как хроматидных делеций, так и межхромосомных перестроек, причем в максимальной степени этот эффект инфрактасных лучей был выражен при температуре 12 градусов С и уменьшался при более низкой температуре.

Опыты такого рода заставили предположить, что ионизирующее излучение вызывает не только разрывы хромосом, но и некоторые предмутационные, потенциальные изменения в них, которые при дополнительном воздействии слабее действующих факторов могут реализоваться в дополнительные разрывы и перестройки (Смирнов А.Г. 1991).

1.1.4. Принципы учета хромосомных аберраций на стадии метафазы и общие рекомендации к нему.

Окрашенные препараты начинают анализировать под небольшим увеличением микроскопа, чем достигается общая оценка препарата, а именно митотическая активность и наличие метафазных пластинок. Для анализа хромосом требуется иммерсионный объектив.

При проведении метафазного анализа возможны два подхода к учету хромосомных аберраций: с кариотипированием метафазной пластинки и без кариотипирования. Первый подход наиболее точен, но он трудоемок и может быть применен в специальных исследованиях (например, при изучении распределения повреждений по группам хромосом, по длине отдельных хромосом). Второй подход наиболее употребителен и дешев при быстром решении вопроса (Priest, 1969). Так, например, при оценке мутагенности факторов внешней среды достаточно учитывать хромосомные аберрации без кариотипирования.

При анализе обмена наиболее полная информация включает ответы на следующие вопросы:

1) число вовлеченных в обмен хромосом и хроматид;