Абилев С. К., Глазер В. М., «Мутагенез с основами генотоксикологии: учебное пособие». Электронная версия
Электронная версия в формате pdf
Абилев С. К., Глазер В. М. Мутагенез с основами генотоксикологии: учебное пособие. — М. ; СПб. : Нестор-История, 2015. — 304 с.
ISBN 978-5-4469-0591-1
Учебное пособие состоит из двух частей: мутагенез и генетическая токсикология. Первая часть посвящена мутационной изменчивости, механизмам мутагенного действия радиации и химических агентов, инсерционному мутагенезу, репарации первичных повреждений ДНК и становлению мутаций, адаптивному мутагенезу.
Вторая часть — основам генетической токсикологии: тест-системы, стратегия и правила тестирования химических соединений на генотоксичность, генетические основы индивидуальной чувствительности человека к генотоксичным факторам среды и антимутагенез. Заключительная глава посвящена мутагенезу и канцерогенезу.
Для студентов, магистров и аспирантов, обучающихся по биологическим специальностям, а также для преподавателей учреждений высшего профессионального образования.
ПРЕДИСЛОВИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
ЧАСТЬ I. МУТАГЕНЕЗ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Глава 1. НАСЛЕДСТВЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.1. Виды наследственной изменчивости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2. Доказательства спонтанной природы мутаций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3. Спонтанные мутации у человека . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.4. Индуцированные мутации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.5. Множественные аллели и генетический полиморфизм . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.6. Классификации мутаций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Глава 2. ГЕННЫЕ МУТАЦИИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.1. Точковые мутации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.2. Структурные генные мутации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.3. Причины возникновения генных мутаций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.4. Методы выявления и количественного учета генных мутаций . . . . . . . . . . . 43
2.5. Номенклатура генных мутаций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Глава 3. ХРОМОСОМНЫЕ МУТАЦИИ (АБЕРРАЦИИ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.1. Основные типы хромосомных аберраций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.2. Механизмы образования хромосомных аберраций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.2.1. Неаллельная гомологичная рекомбинация
(эктопическая рекомбинация, ЭР) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.2.2. Соединение негомологичных концов ДНК
(non-homologous end joining — NHEJ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.3. Хромосомные аберрации у человека. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.4. Хромосомные разрывы
при микроделеционных синдромах у человека. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.4.1. Общие принципы диагностики
микроделеционных синдромов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.5. Методы выявления хромосомных аберраций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.6. Номенклатура хромосомных аберраций в клетках человека . . . . . . . . . . . . . 65
Глава 4. ИНСЕРЦИОННЫЙ МУТАГЕНЕЗ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.1. Структура и классификация мобильных элементов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.2. Генетические эффекты мобильных элементов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.3. Инсерционный мутагенез, индуцированный вирусами . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.4. Горизонтальный перенос генов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Глава 5. ГЕНОМНЫЕ МУТАЦИИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
5.1. Полиплоидия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
5.2. Анеуплоидия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
Глава 6. РАДИАЦИОННЫЙ МУТАГЕНЕЗ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
6.1. Ионизирующие излучения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
6.2. Дозы облучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
6.3. Особенности действия радиации на живые объекты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
6.4. Воздействие радиации на человека . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
6.5. Оценка генетических последствий облучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
6.6. Цитогенетический метод биодозиметрии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
6.7. Немишенные эффекты радиации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
6.7.1. Радиационно-индуцированная нестабильность генома . . . . . . . . . . . 110
6.7.2. Эффект свидетеля (bystander) облучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
Глава 7. УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ОБЛУЧЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Глава 8. ХИМИЧЕСКИЙ МУТАГЕНЕЗ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
8.1. Механизмы действия химических мутагенов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
8.2. Особенности действия химических мутагенов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
Глава 9. РЕПАРАЦИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ ДНК
И ФИКСАЦИЯ МУТАЦИЙ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
9.1. Типы повреждений ДНК. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
9.2. Системы репарации ДНК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
9.2.1. Прямая репарация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
9.2.2. Эксцизионная репарация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
9.2.3. Репарация ошибок репликации (mismatch repair — MMR). . . . . . . . . 140
9.2.4. Рекомбинационная (пострепликативная)
репарация двунитевых повреждений ДНК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
9.2.5. Индуцибельная SOS-репарация у бактерий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
9.3. Репарация двунитевых разрывов ДНК
и возникновение хромосомных перестроек . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
9.4. Становление мутаций. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
Глава 10. АДАПТИВНЫЙ МУТАГЕНЕЗ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
10.1. Адаптивный мутагенез у микроорганизмов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
10.2. Соматический гипермутагенез
в дифференцирующихся В-лимфоцитах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
ЧАСТЬ II. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
Глава 11. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ:
ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
11.1. Генетическая токсикология как новое научное направление. . . . . . . . . . . 169
11.2. Генотоксичные факторы окружающей среды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
11.3. Проблемы и задачи генетической токсикологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
Глава 12. МЕТОДЫ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ТОКСИКОЛОГИИ
(ТЕСТ-СИСТЕМЫ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
12.1. Понятие о тест-системах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
12.2. Методы учета индукции генных мутаций. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
12.2.1. Тест Эймса Salmonella/микросомы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
12.2.1.1. Характеристика тест-штаммов
Salmonella typhimurium. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
12.2.1.2. Методические особенности теста Эймса . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
12.2.2. Методы учета генных мутаций
в клеточных культурах in vitro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
12.2.3. Трансгенные мышиные модели. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
12.3. Цитогенетические тест-системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
12.3.1. Цитогенетические тесты in vitro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
12.3.2. Цитогенетические тесты in vivo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
12.4. Методы учета мутаций в половых клетках. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
12.4.1. Тест по учету доминантных леталей у грызунов. . . . . . . . . . . . . . . . . 198
12.4.2. Тест по учету наследуемых транслокаций. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
12.4.3. Метод специфических локусов на мышах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
12.5. Методы учета повреждений ДНК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
12.5.1. SOS-хромотест
(тест на индукцию SOS-ответа в клетках Е. coli) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
12.5.2. Методы определения повреждений ДНК
в клетках млекопитающих . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
12.5.2.1. Метод щелочной элюции ДНК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
12.5.2.2. Метод ДНК-комет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
12.6. Правила тестирования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
Глава 13. СТРАТЕГИЯ ТЕСТИРОВАНИЯ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
13.1. Основные принципы стратегии тестирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
13.2. Стратегия оценки мутагенной активности
для половых клеток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
13.3. Оценка риска для последующих поколений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
13.4. Внеэкспериментальный анализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
Глава 14. ПРОГНОСТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ТЕСТ-СИСТЕМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
14.1. Зависимость генотоксического эффекта от тест-системы. . . . . . . . . . . . . . 221
14.2. Критерии прогностической эффективности тест-систем . . . . . . . . . . . . . . 223
14.3. Формализованный подход к оценке эффективности тест-систем . . . . . . 225
14.4. Проблемы экстраполяции
экспериментальных данных на человека. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
Глава 15. БИОТРАНСФОРМАЦИЯ КСЕНОБИОТИКОВ
И ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПОЛИМОРФИЗМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
15.1. Биотрансформация ксенобиотиков. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
15.2. Образование мутагенных соединений
в процессе биотрансформации ксенобиотиков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
15.3. Генетически определенные различия
в метаболизме ксенобиотиков у человека. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
Глава 16. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
16.1. Методы натурных исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
16.2. Генетический мониторинг атмосферного воздуха . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
16.3. Генетический мониторинг водных источников. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
16.4. Генетический мониторинг почвы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
16.5. Генетический мониторинг популяций человека. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
Глава 17. АНТИМУТАГЕННАЯ ЗАЩИТА ГЕНОМА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
17.1. Классификация и механизмы действия антимутагенов. . . . . . . . . . . . . . . . 268
17.2. Антиоксиданты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
17.2.1. Антиоксидантная система клетки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
17.2.2. Антиоксиданты природного происхождения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
17.2.3. Синтетические антиоксиданты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
17.3. Механизмы антиоксидантной активности
фенольных соединений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
17.4. Фармакологические средств защиты генома . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
17.5. Антимутагенная активность пробиотиков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
17.6. Критерии отбора антимутагенов
и способы определения их активности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
Глава 18. МУТАГЕНЕЗ И КАНЦЕРОГЕНЕЗ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
18.1. Генетическая природа рака . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
18.2. Протоонкогены и антионкогены (онкосупрессоры) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
18.3. Многостадийная природа канцерогенеза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
18.4. Мутаторный фенотип . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
18.5. Канцерогены . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
18.6. Уровни канцерогенной опасности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
ЗАКЛЮЧЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
