Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54018 МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА И ФИЗИКА БИОМОЛЕКУЛ MOLECULAR BIOPHYSICS AND PHYSICS OF BIOMOLECULES МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА И ФИЗИКА БИОМОЛЕКУЛ POLYMERASE-TAUTOMERIC MODEL FOR MECHANISM OF TARGETED COMPLEX INSERSIONS FORMATION UNDER SYNTHESIS OF DNA CONTAINING CIS-SYN CYCLOBUTANE THYMINE DIMERS ПОЛИМЕРАЗНО-ТАУТОМЕРНАЯ МОДЕЛЬ МЕХАНИЗМА ОБРАЗОВАНИЯ МИШЕННЫХ СЛОЖНЫХ ИНСЕРЦИЙ ПРИ СИНТЕЗЕ ДНК, СОДЕРЖАЩЕЙ ЦИС-СИН ЦИКЛОБУТАНОВЫЕ ТИМИНОВЫЕ ДИМЕРЫ Гребнева Е. А. Grebneva H. A. grebneva@gmail.com Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина Донецк Россия Galkin Donetsk Institute for Physics and Engineering Donetsk Russian Federation 25 06 2016 25 06 2016 1 1 156 160 20 06 2016 20 06 2016 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54018/view

В настоящее время не вполне ясен механизм образования сложных мутаций сдвига рамки считывания, вызванных циклобутановыми пиримидиновыми димерами. Сложные мутации сдвига рамки считывания это мутации сдвига рамки, рядом с которыми находятся мутации замены оснований. Автор предложила и развивает полимеразно-таутомерную модель ультрафиолетового мутагенеза. Предлагается модель механизма образования мишенных сложных инсерций, вызванных цис-син циклобутановыми тиминовыми димерами. Рассмотрен склонный к ошибкам или SOS-синтез двунитевой ДНК, содержащей в одной из своих нитей цис-син циклобутановые тиминовые димеры TT1*, TT2* и TT5*. Цис-син циклобутановые тиминовые димеры TT1*, TT2* и TT5* содержат основания ДНК в редких таутомерных формах. Цис-син циклобутановый тиминовый димер TT2* приводит к появлению мутации сдвига рамки считывания, то есть к вставке одного или нескольких нуклеотидов. А цис-син циклобутановые тиминовые димеры TT1* и TT5* приводят к появлению мутаций замены оснований. Таким образом, вследствие образования инсерции участок ДНК удлиняется, а вследствие образования нескольких мутаций замены оснований изменяется его нуклеотидный состав. В результате участок ДНК определенной длины и определенного нуклеотидного состава заменяется участком другой длины и другого нуклеотидного состава. Появляется мишенная сложная мутация.

Now the mechanism of complex mutations formation that is called cyclobutane pyrimidine dimers has not been yet explained. Complex frameshifts are frameshifts with an adjacent base substitution. The author has proposed and developed polymerase-tautomeric model of ultraviolet mutagenesis. The mechanism of targeted complex insertions formation that is called cis-syn cyclobutane thymine dimers is proposed. It is cconsidered error- prone or SOS-synthesis of double-stranded DNA containing in one of its strands cis-syn cyclobutane thymine dimers TT1*, TT2 and TT5*. Cis- syn cyclobutane thymine dimers TT1*, TT2 and TT5* have DNA bases in rare tautomeric forms. Cis-syn cyclobutane thymine dimers TT2* leads to a frameshift mutations, that is to insert one or more nucleotides. Cis-syn cyclobutane thymine dimers TT1* and TT5* cause substitution mutations formation. Thus, due to the formation of DNA insertion portion is extended and due to the formation of several base substitution mutations changing its nucleotide composition. As a result of the DNA portion of a certain length and nucleotide composition of a certain portion is replaced by a different length and a different nucleotide composition. Targeted complex mutation is appeared.

 ультрафиолетовый мутагенез полимеразно-таутомерная модель мишенные сложные мутации мишенные сложные инсерции склонная к ошибкам репликация SOS-репликация редкие таутомерные формы оснований ДНК цис-син циклобутановые тиминовые димеры ultraviolet mutagenesis polymerase-tautomeric model targeted complex mutations targeted complex insertions error-prone replication SOS replication rare tautomeric forms of DNA bases cis-syn thymine cyclobutane dimers

Wang C.-I., Taylor J.-S. In vitro evidence that UV-induced frameshift and substitution mutations at T tracts are the result of misalignment-mediated replication past a specific thymine dimer. Biochemistry, 1992, vol. 31, pp. 3671-3681. Wang C.-I., Taylor J.-S. In vitro evidence that UV-induced frameshift and substitution mutations at T tracts are the result of misalignment-mediated replication past a specific thymine dimer. Biochemistry, 1992, vol. 31, pp. 3671-3681. Abdulovic A.L., Jinks-Robertson S. The in vivo characterization of translesion synthesis across UV-induced lesions in Saccharomyces cerevisiae: insights into Pol ζ- and Pol η-dependent frameshift mutagenesis. Genetics, 2006, vol. 172, pp. 1487-1498. Abdulovic A.L., Jinks-Robertson S. The in vivo characterization of translesion synthesis across UV-induced lesions in Saccharomyces cerevisiae: insights into Pol ζ- and Pol η-dependent frameshift mutagenesis. Genetics, 2006, vol. 172, pp. 1487-1498. Levine J.G., Schaaper R.M., DeMarini D.M. Complex frameshift mutations mediated by plasmid pKM101: mutational mechanisms deduced from 4-aminobiphenyl-induced mutation spectra in Salmonella. Genetics, 1994, vol. 136, pp. 731-746. Levine J.G., Schaaper R.M., DeMarini D.M. Complex frameshift mutations mediated by plasmid pKM101: mutational mechanisms deduced from 4-aminobiphenyl-induced mutation spectra in Salmonella. Genetics, 1994, vol. 136, pp. 731-746. Horsfall M.J., Borden A., Lawrence C.W. Mutagenic properties of the T-C cyclobutane dimer. J. Bacteriol., 1997, vol. 179, pp. 2835-2839. Horsfall M.J., Borden A., Lawrence C.W. Mutagenic properties of the T-C cyclobutane dimer. J. Bacteriol., 1997, vol. 179, pp. 2835-2839. Kunz B.A., Glickman B.W. The role of pyrimidine dimers as premutagenic lesions: a study of targeted vs. untargeted mutagenesis in the lacI gene of Escherichia coli. Genetics, 1984, vol. 106, pp. 347-364. Kunz B.A., Glickman B.W. The role of pyrimidine dimers as premutagenic lesions: a study of targeted vs. untargeted mutagenesis in the lacI gene of Escherichia coli. Genetics, 1984, vol. 106, pp. 347-364. Гребнева Е.А. Механизмы образования потенциальных мутаций при формировании цитозиновых димеров в результате облучения двухцепочечной ДНК ультрафиолетовым светом. Доклады НАН Украины, 2001, № 7, с. 165-169. [Grebneva H.A. Mechanisms of formation of potential mutations under cytosine dimers formation in result irradiation double-stranded DNA by ultraviolet light. Dopovidi NAN Ukraine, 2001, no. 7, pp. 165-169. (In Russ.)] Grebneva E.A. Mehanizmy obrazovaniya potencial'nyh mutaciy pri formirovanii citozinovyh dimerov v rezul'tate oblucheniya dvuhcepochechnoy DNK ul'trafioletovym svetom. Doklady NAN Ukrainy, 2001, № 7, s. 165-169. [Grebneva H.A. Mechanisms of formation of potential mutations under cytosine dimers formation in result irradiation double-stranded DNA by ultraviolet light. Dopovidi NAN Ukraine, 2001, no. 7, pp. 165-169. (In Russ.)] Grebneva H.A. Nature and possible mechanisms formation of potential mutations arising at emerging of thymine dimers after irradiation of double-stranded DNA by ultraviolet light. J. Mol. Struct., 2003, vol. 645, pp. 133-143. Grebneva H.A. Nature and possible mechanisms formation of potential mutations arising at emerging of thymine dimers after irradiation of double-stranded DNA by ultraviolet light. J. Mol. Struct., 2003, vol. 645, pp. 133-143. Гребнева Е.А. Мишенный мутагенез, вызванный цитозиновыми димерами и механизм образования мутаций замены оснований при SOS-репликации после облучения двухцепочечной ДНК ультрафиолетовым светом. Доклады НАН Украины, 2001, № 8, c. 183-189. [Grebneva H.A. Targeted mutagenesis caused by cytosine dimers and mechanism substitution mutation formation under SOS-replication after irradiation double-stranded DNA by ultraviolet light. Dopovidi NAN Ukraine, 2001, no. 8, pp. 183-189. (In Russ.)] Grebneva E.A. Mishennyy mutagenez, vyzvannyy citozinovymi dimerami i mehanizm obrazovaniya mutaciy zameny osnovaniy pri SOS-replikacii posle oblucheniya dvuhcepochechnoy DNK ul'trafioletovym svetom. Doklady NAN Ukrainy, 2001, № 8, c. 183-189. [Grebneva H.A. Targeted mutagenesis caused by cytosine dimers and mechanism substitution mutation formation under SOS-replication after irradiation double-stranded DNA by ultraviolet light. Dopovidi NAN Ukraine, 2001, no. 8, pp. 183-189. (In Russ.)] Grebneva H.A. One of mechanisms of targeted substitution mutations formation at SOS-replication of double- stranded DNA containing cis-syn cyclobutane thymine dimers. Environ. Mol. Mutagen., 2006, vol. 47, pp. 733-745. Grebneva H.A. One of mechanisms of targeted substitution mutations formation at SOS-replication of double- stranded DNA containing cis-syn cyclobutane thymine dimers. Environ. Mol. Mutagen., 2006, vol. 47, pp. 733-745. Гребнева Е.А. Механизмы мишенных мутаций сдвига рамки считывания - появление инсерций при склонном к ошибкам или SOS синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые тиминовые димеры. Молекулярная биология, 2014, т. 48, с. 531-542. [Grebneva H.A. Mechanisms of targeted frameshift mutations - insertion formation under error-prone or SOS synthesis of DNA containing cis-syn cyclobutane thymine dimers. Mol. Biol. (Mosk.), 2014, vol. 48, no. 4, pp. 457-467. (In Russ.)] Grebneva E.A. Mehanizmy mishennyh mutaciy sdviga ramki schityvaniya - poyavlenie inserciy pri sklonnom k oshibkam ili SOS sinteze molekuly DNK, soderzhaschey cis-sin ciklobutanovye timinovye dimery. Molekulyarnaya biologiya, 2014, t. 48, s. 531-542. [Grebneva H.A. Mechanisms of targeted frameshift mutations - insertion formation under error-prone or SOS synthesis of DNA containing cis-syn cyclobutane thymine dimers. Mol. Biol. (Mosk.), 2014, vol. 48, no. 4, pp. 457-467. (In Russ.)] Гребнева Е.А. Механизм образования мишенных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые цитозиновые димеры. Доклады НАН Украины, 2014, № 11, с. 156-164. [Grebneva H.A. Mechanisms targeted insertions formation under synthesis of DNA molecule containing cis-syn cyclobutane cytosine dimers. Dopovidi NAN Ukraine, 2014, no. 11, pp. 156-164. (In Russ.)] Grebneva E.A. Mehanizm obrazovaniya mishennyh inserciy pri sinteze molekuly DNK, soderzhaschey cis-sin ciklobutanovye citozinovye dimery. Doklady NAN Ukrainy, 2014, № 11, s. 156-164. [Grebneva H.A. Mechanisms targeted insertions formation under synthesis of DNA molecule containing cis-syn cyclobutane cytosine dimers. Dopovidi NAN Ukraine, 2014, no. 11, pp. 156-164. (In Russ.)] Гребнева Е.А. Три источника немишенных мутаций замены оснований, образующихся после облучения молекулы ДНК ультрафиолетовым светом димеры. Доклады НАН Украины, 2013, № 1, с. 143-150. [Grebneva H.A. Three sources of untargeted base-substitution mutations upon UV irradiation of DNA molecule. Dopovidi NAN Ukraine, 2013, no. 1, pp. 143-150. (In Russ.)] Grebneva E.A. Tri istochnika nemishennyh mutaciy zameny osnovaniy, obrazuyuschihsya posle oblucheniya molekuly DNK ul'trafioletovym svetom dimery. Doklady NAN Ukrainy, 2013, № 1, s. 143-150. [Grebneva H.A. Three sources of untargeted base-substitution mutations upon UV irradiation of DNA molecule. Dopovidi NAN Ukraine, 2013, no. 1, pp. 143-150. (In Russ.)] Гребнева Е.А. Природа и механизмы образования горячих и холодных пятен ультрафиолетового мутагенеза. Доклады НАН Украины, 2012, № 10, с. 181-187. [Grebneva H.A. The nature and mechanisms of hot and cold spots for UV mutagenesis formation. Dopovidi NAN Ukraine, 2012, no. 10, pp. 181-187. (In Russ.)] Grebneva E.A. Priroda i mehanizmy obrazovaniya goryachih i holodnyh pyaten ul'trafioletovogo mutageneza. Doklady NAN Ukrainy, 2012, № 10, s. 181-187. [Grebneva H.A. The nature and mechanisms of hot and cold spots for UV mutagenesis formation. Dopovidi NAN Ukraine, 2012, no. 10, pp. 181-187. (In Russ.)] Grebneva H.A. A polymerase - tautomeric model for targeted frameshift mutations: deletions formation during error-prone or SOS replication of double-stranded DNA containing cis-syn cyclobutane thymine dimers. J. Phot. Mat. Techn., 2015, vol. 1, pp. 19-26. Grebneva H.A. A polymerase - tautomeric model for targeted frameshift mutations: deletions formation during error-prone or SOS replication of double-stranded DNA containing cis-syn cyclobutane thymine dimers. J. Phot. Mat. Techn., 2015, vol. 1, pp. 19-26. Гребнева Е.А. Механизмы образования мишенных сложных инсерций при синтезе молекулы ДНК, содержащей цис-син циклобутановые тиминовые димеры. Доклады НАН Украины, 2015, № 5, с. 145-154. [Grebneva H.A. Mechanisms of targeted complex insertions formation under synthesis of DNA molecule containing cis- syn cyclobutane thymine dimers. Dopovidi NAN Ukraine, 2015, no. 5, pp. 145-154. (In Russ.)] Grebneva E.A. Mehanizmy obrazovaniya mishennyh slozhnyh inserciy pri sinteze molekuly DNK, soderzhaschey cis-sin ciklobutanovye timinovye dimery. Doklady NAN Ukrainy, 2015, № 5, s. 145-154. [Grebneva H.A. Mechanisms of targeted complex insertions formation under synthesis of DNA molecule containing cis- syn cyclobutane thymine dimers. Dopovidi NAN Ukraine, 2015, no. 5, pp. 145-154. (In Russ.)] Гребнева Е.А. Полимеразно-таутомерная модель механизма образования мишенных задерживающихся мутаций замены оснований при синтезе ДНК, содержащей цис-син циклобутановые тиминовые димеры. Доклады НАН Украины, 2016, № 5. [Grebneva H.A. Polymerase-tautomeric model for mechanism of targeted delayed substitution mutations formation under synthesis of DNA containing cis-syn cyclobutane thymine dimers. Dopovidi NAN Ukraine, 2016, no. 5. (In Russ.)] Grebneva E.A. Polimerazno-tautomernaya model' mehanizma obrazovaniya mishennyh zaderzhivayuschihsya mutaciy zameny osnovaniy pri sinteze DNK, soderzhaschey cis-sin ciklobutanovye timinovye dimery. Doklady NAN Ukrainy, 2016, № 5. [Grebneva H.A. Polymerase-tautomeric model for mechanism of targeted delayed substitution mutations formation under synthesis of DNA containing cis-syn cyclobutane thymine dimers. Dopovidi NAN Ukraine, 2016, no. 5. (In Russ.)] Raghunathan G., Kieber-Emmons T., Rein R., Alderfer J.L. Conformation features of DNA containing a cis-syn photodimer. J. Biomol. Struct. Dynam., 1990, vol. 7, pp. 899-913. Raghunathan G., Kieber-Emmons T., Rein R., Alderfer J.L. Conformation features of DNA containing a cis-syn photodimer. J. Biomol. Struct. Dynam., 1990, vol. 7, pp. 899-913. Shibutani S., Takeshita M., Grollman A.P. Insertion of specific bases during DNA synthesis past the oxidation- damaged base 8-oxoG. Nature, 1991, vol. 349, pp. 431-434. Shibutani S., Takeshita M., Grollman A.P. Insertion of specific bases during DNA synthesis past the oxidation- damaged base 8-oxoG. Nature, 1991, vol. 349, pp. 431-434.