Репарация ДНК играет ключевую роль в поддержании стабильности генома. В соответствии с теорией соматических мутаций предполагается, что накопление с возрастом повреждений ДНК в соматических клетках является одним из ключевых механизмов старения (Bernstein, Bernstein, 1991; Vijg, 2000; Анисимов, Соловьев, 1999). Типы повреждений ДНК весьма разнообразны, среди них - спонтанная потеря пуриновых и пиримидиновых оснований, одно- и двухцепочечные разрывы ДНК, алкилирование гуанина в О6 позиции, образование аддуктов глюкозы и глюкозо-6-фосфата, окислительные повреждения (образование гликолов тимина и тимидина, оксиметилурацила, 8-оксидезоксигуанозина, метилированных аддуктов, перекрестных сшивок) (Bernstein, Bernstein, 1991).
При пигментной ксеродерме, обусловленной дефектом эксцизионной репарации ДНК, в 1000 раз увеличен риск развития рака кожи (Benhamou, Sarasin, 2000). Недавно были получены две модели мышей с дефектами в одном из генов эксцизионной репарации ДНК (XPD и CSB), у которых наблюдали отчетливые симптомы преждевременного старения (de Boer et al., 1999). Однако данные о случаях возникновения опухолей у этих мышей авторы не представили. Первичные эмбриональные фибробласты, полученные от мышей с дефицитом гена пигментной ксеродермы (XP-G), подвергались преждевременному старению in vitro, и в них наблюдали признаки раннего начала иммортализации и накопления р53 (Harada et al., 1999). У мышей с пигментной ксеродермой, обусловленной дефицитом гена А(ХРА) имеет место почти полное отсутствие эксцизионной репарации ДНК, однако только у 15 % мышей старше 1.5 лет развивались спонтанные опухоли (гепатоцеллюлярные аденомы) (Van Steeg et al., 1998). Вместе с тем мыши ХРА-/- были очень чувствительны к радиации и к различным химическим канцерогенам (Van Steeg et al., 1998, 2000).
Структурно-специфический эндонуклазный комплекс ERCC/XFF состоит из двух субъединиц - ERCC и XPF, вовлекаемых в репарацию двух различных типов повреждений ДНК: эксцизионную и репарацию нуклеотидов. У нокаутных по гену ERCC1 мышей выявлены замедление роста и карликовость, нарушения ядер гепатоцитов, отсутствие подкожного жира, раннее отложение ферритина в селезенке, почечная недостаточность, значительные нарушения плоидности и цитоплазмические инвагинации в ядрах печени и почек, значительное уменьшение продолжительности жизни (Weeda et al., 1997). Мутантные по гену ERCC1 клетки подвергаются преждевременному репликационному старению in vitro в отличие от клеток мышей, имеющих дефект только эксцизионной репарации.
Дефекты репарации и фиксация повреждений ДНК в качестве мутаций в конечном счете ведут к клеточной трансформации и канцерогенезу. В ответ на повреждения ДНК активируется внутриядерный фермент поли(АДФ-рибоза) полимераза (Раrр), которая поли(АДФ)рибозилирует различные ядерные белки, используя НАД в качестве субстрата. Раrр вовлекает в процесс эксцизионную репарацию нуклеотидов, репарацию разрывов цепей ДНК (Dantzer et al., 1999) и процесс индукции апоптоза (Berger et al., 1997). Нокаутные мыши Parp (Parp-/-) были получены путем разрыва экзонов 1, 2 или 4 в гене Раrр у мышей линий 129Sv/C57BL6 или 129 Sv/ICR (Masutani et al., 2000). Изучение продолжительности жизни частоты развития спонтанных опухолей у мышей Раrр-/- представляет значительный интерес, однако такие данные в литературе пока отсутствуют.
Кu-86 - белок, играющий существенную роль в репарации двухцепочечных разрывов ДНК негомологичным белком Ku70. Myтантные мыши (ku86-/-) по сравнению с диким типом быстрее стареют, что проявляется остеопенией, атрофией кожи и волосяных фолликулов, дегенерацией гепатоцитов, развитием гиперпластических узелков в печени и повышенной смертностью (Vogel et al., 1999). Повышенная частота развития рака и, возможно, сепсиса (связанного с реактивным иммунным ответом), по-видимому, основная причина повышенной смертности у этих мышей. Следует отметить, что повышение смертности у мышей ku-/- начинается вскоре после полового созревания, приводя к снижению плодовитости, in vitro мышиные клетки с дефицитом Ku80 имеют заметно увеличенную частоту хромосомных аберраций, включая разрывы, транслокации и анеуплоидию (Difilippantonio et al., 2000). Частота возникновения рака у мышей ku-/- в 13 раз ниже, чем в контроле, однако у мутантных мышей опухоли развиваются раньше (Vogel et al., 1999). В то же время у нокаутных мышей ku70-/-, имеющих тот же генетический фон (129SvxC57BL/5) и также укороченную продолжительность жизни, имеет место высокая частота CD4+ - CD8+ Т-клеточных лимфом, развивающихся в среднем в возрасте 6 месяцев (Gu et al., 1997; Li et al., 1998). Эти наблюдения позволяют предполагать, что один или оба этих белка функционируют независимо. Известно, что белок р53 контролирует хромосомные повреждения и останавливает клеточный цикл либо запускает апоптоз в клетках с нерепарированными повреждениями. Для изучения вопроса о включении р53 в прекращение роста у Ku80-/- мышей были выведены мыши с двойной мутацией Ku80-/- p53-/- (Difilippantonio et al., 2000). Хотя мыши развивались нормально, все они умерли до 12-недельного возраста от диссеминированной В-клеточной лимфомы. Напротив, у нокаутных мышей p53-/- развивались лимфомы тимуса (Jacks et al., 1997), которые развивались медленнее, чем В-клеточные лимфомы у Ku80-/- р53-/- мышей, тогда как у мышей Ku80-/- Т-клеточные лимфомы только изредка развивались в возрасте старше 7 месяцев (Vogel et al., 1999). Можно сделать вывод, что Ku80-/- является геном, который поддерживает интеграцию генома путем включения механизма супрессии хромосомных перестроек (Difilippantonio et aL, 2000).
См. также:
6.4.1. Трансгенные мыши с суперэкспрессией гормона роста
6.4.2. Мыши с генетическим ожирением
6.4.3. Мыши с ускоренным старением (SAM)
6.4.4. Мыши с мутацией гена klotho
6.4.6. Трансгенные мыши с суперэкспрессией гена Си, Zn-супероксид дисмутазы
6.4.7. Мутационные и трансгенные модели иммуностарения
6.4.8. Трансгенные модели возрастных нейродегенеративных заболеваний
6.4.9. Мыши с нокаутным геном белка р53
6.4.10. Регуляция межклеточного взаимодействия и трансгенные модели
6.4.11. Теломераза: трансгенные и нокаутные мыши
...
Обсудить на форуме
