Репарація пошкоджень днк, викликаних канцерогенними речовинами - загальна онкологія
Репарації УШКОДЖЕНЬ ДНК, спричинюваною канцерогенними РЕЧОВИНАМИ,
І ЇЇ РОЛЬ В канцерогенезу
Ми коротко розглянули метаболізм канцерогенних речовин в біологічних системах і їх взаємодія з клітинним геномом. Важливість вивчення цих явищ очевидна, оскільки в світі молекулярно-генетичної теорії злоякісних пухлин і концепції онкогенів багато порушень структури або функціонування генома, що викликаються різноманітними канцерогенними факторами хімічної та фізичної природи, можуть стати причиною виникнення трансформованих клітин. Канцерогени виробляють генетичні пошкодження на рівні гена (ампліфікації генів, реаранжіровкі, порушення фізіологічного метилування ДНК і активування протоонкогенов) і хромосоми (хромосомні аберації, анеуплоідних). Найбільш аргументованою з сучасних позицій є концепція онкогенів, яка стверджує, що виникнення клітин зі специфічно зміненим генотипом відбувається в результаті індукованих канцерогенами точкових мутацій. Насправді, практично всі відомі канцерогенні речовини мають мутагенний ефект. У свою чергу, переважна більшість мутагенних речовин має канцерогенну активність. Вагомим аргументом, що свідчить про ключову роль мутації в перетворенні нормальної клітини в пухлинну, є дані про те, що заміна лише одного нуклеотиду в протоонкогенах людини і тварин може викликати їх функціонування як онкогенов і в ряді випадків подальшу злоякісну трансформацію клітин [Singer В., Grunberger D., 1983].
Серед різних класів канцерогенних агентів поширеними і представляють реальну небезпеку для людини є НС і ряд інших алкилірующих речовин [Bartsch Н., Montesano R., 1984]. З усіх спричинених ними пошкоджень ДНК найбільшу увагу привертає освіту 06-алкілгуаніна, оскільки в процесі синтезу ДНК він може утворювати пару з тиміном замість цитозину, який є комплементарним для гуаніну. Це, в свою чергу, може стати причиною мутацій, що і було експериментально підтверджено. Поява 04-метил-тиміну в реплицирующейся ДНК призводить до утворення пари з гуаніном, що не комплементарної для батьківського пиримидина - тиміну, і теж викликає появу мутантів [Лихачов А. Я., 1987]. Цей виявлений в останні роки молекулярний механізм мутагенного дії алкилирующих агентів становить серйозну експериментальним обгрунтуванням ролі точкових мутацій як одного з ключових явищ, що розглядаються молекулярно-генетичної теорією раку.
Нарешті, слід зауважити, що і протипухлинну дію цитостатиків - хлоретільних похідних нітрозосечовини, таких як 1,3-біс (2-х лоретіл) -1 -нітрозомочевіна, 1 - (2 хлоретил) - 3 - циклогексил - 1 - нітрозосечовина, 1 - (2-хлоретил) - 3 - (4 - метил) - циклогексил-1 -нітрозомочевіна, теж здійснюється за допомогою алкілування ними ПРО6 атома гуаніну в ДНК [The Role of Cyclic ..., 1986].
Менше вивчені можливі механізми канцерогенної дії інших класів хімічних сполук, що можна пояснити більшою розмаїтістю і складністю ушкоджень, які вони викликають в клітці. Їх аддукти з основами ДНК можуть стати причиною мутацій типу зсуву рамки зчитування в результаті викликаються ними змін конформації ДНК або за допомогою інших механізмів [Singer В., Grunberger D., 1983].
Однак добре відомо, що контакт організму з безумовно канцерогенні агентами і пошкодження, вироблені ними в геномі, далеко не завжди призводять до виникнення злоякісних новоутворень. Клітка володіє складною системою репарації пошкоджень ДНК, що викликаються найрізноманітнішими агентами як хімічної, так і фізичної природи, в тому числі і канцерогенами [Лихачов А. Я., 1987]. Очевидно, ефективне функціонування цієї системи і забезпечує можливість збереження нормального генотипу клітини, незважаючи на постійний вплив канцерогенних факторів.
Останнім часом інтенсивно вивчаються молекулярні механізми репарації пошкоджень ДНК, що викликаються канцерогенними агентами різної природи.
Найбільш повно вивчені механізми репарації пошкоджень ДНК, викликаних НС та іншими, подібними за характером взаємодії з нею, алкилирующими канцерогенами. Виявилося, що у ссавців механізми репарації ДНК принципово такі ж, як і в бактеріальних системах. У той же час клітини відносно довго живучих видів, наприклад людини, мають більш ефективну систему репарації ДНК, ніж, наприклад, клітини відповідних тканин мишей і щурів [Лихачов А. Я., 1987 Мопtesano R. et al., 1985].
Важливим етапом репарації підстав ДНК, алкілованих у атомів азоту, є їх вирізання (ексцизія). Ферменти, що виробляють ексцизії, підрозділяються на дві основні групи: глікозілази, розрізають зв`язок відповідного підстави з дезоксирибозою, і нуклеази, які розрізають ланцюг ДНК шляхом розщеплення фосфодіестеразной зв`язку, що примикає до ушкодженої ділянки. Після цього екзонуклеаза вирізують апуріновие (або апірімідіновий) ділянку. В подальшому ДНК-полімерази заповнюють утворюється в ланцюзі ДНК розрив відповідним дезоксинуклеотидов, комплементарних такому в протилежної ланцюга. І, нарешті, цілісність фосфатной ланцюга ДНК відновлює полінуклеотідлігази [Лихачов А. Я., 1987].
Репарація 06-Мег здійснюється за допомогою зовсім іншого механізму: його метальними група переноситься на цістеінового залишок ферменту О6- алкілгуанін -ДНК - алкілтрансферази (АТ) [Лихачов А. Я., 1987], в результаті чого в цьому ферменті утворюється S-метілцістеін.
При такій репарації в ДНК вивільняється гуанін, і її цілісність не порушується. На відміну від багатьох інших ферментних систем, АТ НЕ регенерує після перенесення метильної групи [Лихачов А. Я., 1987]. Найбільше цього ферменту міститься в клітинах, що характеризуються найвищою ефективністю репарації ПРО6-Мег.
Аналогічно здійснюється репарація ряду інших 06-алкілгуанінов ДНК, хоча і з меншою ефективністю. Однак АТ не бере участі в репарації інших метилованих або етилованого основ ДНК, а також О-Мег в метилірованої РНК. Репарація 04-алкілтіміна в ДНК здійснюється, очевидно, іншим ферментом, специфічним для цього аддукта, але за допомогою такого ж механізму. Принципово такий же механізм репарації метальних груп фосфатной ланцюга ДНК [Лихачов А. Я., 1987 Мопtesano R. et al., 1985].
Зі сказаного видно, що, оскільки видалення з ДНК 06-алкілгуаніна і 04-алкілтіміна, швидше за все і визначають мутагенний і канцерогенний ефекти цих агентів, відбувається без репарационного синтезу ДНК, то про активність такої репарації можна судити або по збільшенню вмісту в ній гуаніну ( або, відповідно, щодо зниження концентрації відповідного алкілірованние підстави), або за освітою в ферменті репарації S-алкілцістеіна. Отже, інтенсивність позапланового синтезу ДНК, яку зазвичай оцінюють по включенню в неї міченого тимідину, може бути використана при впливі алкилірующих Aгент лише як міра репарації пошкоджень ДНК, що не мають прямого відношення до процесів мутагенезу, канцерогенезу, а також їх протипухлинного ефекту.
Слід зазначити, що стійкість пухлинних клітин до цитостатичнудію хлоретілмочевін в великій мірі залежить від активності АТ: видаляючи хлоретільних групу 06-атома гуаніну, цей фермент запобігає утворенню зшивок і, отже, цитостатичний ефект [The Role of Cyclic ..., 1986].
Значно менше відомо про механізми репарації ДНК, модифікованої канцерогенами, що відносяться до інших хімічних класів. До сих пір не охарактеризовані ферментні системи, які виробляють репарацію викликаних ними пошкоджень ДНК. Очевидно, що викликаються цими агентами зміни конформації ДНК впізнаються і видаляються складнішою нуклеолітіческой системою, ніж при її пошкодженні простими алкилирующими агентами. Швидше за все, ця система аналогічна тій, яка ініціює видалення з ДНК піримідинових димерів - продуктів ультрафіолетового опромінення, коли при репарації кожного з димарів видаляється кілька десятків сусідніх нуклеотидів. Складність вивчення репарації ДНК складається і в тому, що ці канцерогенні сполуки можуть перетворюватися в безліч реактивних метаболітів, здатних зв`язуватися з різними компонентами ДНК і утворювати різноманітні аддукти, які можуть бути або не бути субстратами для репарації [Singer В., Grunberger D., 1983].
Таким чином, аналіз експериментальних спостережень свідчить про виразною кореляції між освітою і репарацією тex чи інших модифікацій ДНК, що викликаються хімічними агентами, з одного боку, і їх мутагенними і канцерогенними потенціями - з іншого, лише щодо монофункціональних алкилірующих з`єднань. Ми ще мало знаємо про те, які саме пошкодження ДНК зумовлюють мутацію і які - злоякісну трансформацію клітини. Встановлення їх природи можна віднести до однієї з першорядних завдань теоретичної онкології. Це, в свою чергу, буде стимулювати вивчення механізмів репарації ДНК - процесу, що забезпечує нормальне функціонування клітини. Знання сутності цього процесу, крім очевидного теоретичного значення, може знайти і практичне застосування. Уже зараз в тестах in vitro, на підставі вимірювання ефективності репарационного синтезу ДНК або, при впливі НС, активності АТ, здійснюється відбір груп ризику серед осіб, які мають контакт з канцерогенами. Все це, а також реальна можливість змінювати ефективність репарації ДНК за допомогою екзогенних впливів [Лихачов А. Я., 1987] створюють передумови для вироблення науково обґрунтованих підходів до первинної профілактики злоякісних новоутворень та підвищенню ефективності хіміотерапії.
