Выявление модификаций первичной структуры ДНК, возникших под действием аналога азотистых оснований 6-n-гидроксиламинопурина, в альфа-тесте у дрожжей saccharomyces cerevisiae

Обложка
  • Авторы: Жук А.С.1, Степченкова Е.И.1,2, Инге-Вечтомов С.Г.1,2
  • Учреждения:
    1. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет ИТМО»
    2. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук, Санкт-Петербургский филиал
  • Выпуск: Том 18, № 3 (2020)
  • Страницы: 357-366
  • Раздел: Генетическая токсикология
  • URL: https://journals.rcsi.science/ecolgenet/article/view/34581
  • DOI: https://doi.org/10.17816/ecogen34581
  • ID: 34581

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Альфа-тест позволяет выявлять активность различных генотоксических факторов, вызывающих как наследуемые (мутационные и рекомбинационные), так и ненаследуемые (модификационные) изменения генетического материала. Уникальной особенностью альфа-теста является то, что он позволяет изучать фенотипическое проявление первичных повреждений генетического материала еще до их «безошибочного» устранения системами репарации. Альфа-тест основан на использовании системы генетической регуляции клеточного типа и особенностей переключения типа спаривания у гетероталличных дрожжей Saccharomyces cerevisiae. В этой работе с использованием мутагенного аналога оснований 6-N-гидроксиламинопурина (ГАП) мы оценили эффективность альфа-теста для выявления таких повреждений генетического материала, как модификации оснований ДНК, а также изучили способность повреждений ДНК, вызванных ГАП, проявляться фенотипически. Альфа-тест проводили в двух взаимодополняющих вариантах: «незаконной» гибридизации и «незаконной» цитодукции, что позволило оценить частоту наследуемых и ненаследуемых изменений, индуцированных ГАП. Мы показали, что обработка клеток ГАП повышает частоту не только точечных мутаций, но и временных повреждений генетического материала, учитываемых в альфа-тесте. Полученные результаты указывают на то, что модификации оснований могут иметь собственное фенотипическое проявление, а альфа-тест обладает достаточной чувствительностью для выявления модификаций оснований ДНК.

Об авторах

Анна Сергеевна Жук

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет ИТМО»

Автор, ответственный за переписку.
Email: ania.zhuk@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8926-8238
SPIN-код: 2223-5306
Scopus Author ID: 54953157500
ResearcherId: N-5270-2015

канд. биол. наук, научный сотрудник, научно-образовательный центр геномного разнообразия международного научного центра компьютерных технологий

Россия, Санкт-Петербург

Елена Игоревна Степченкова

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет ИТМО»; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук, Санкт-Петербургский филиал

Email: stepchenkova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5854-8701
SPIN-код: 9121-7483
Scopus Author ID: 8862552900
ResearcherId: F-9931-2014

канд. биол. наук, заведующая лабораторией мутагенеза и генетической токсикологии; ассистент, кафедра генетики и биотехнологии

Россия, Санкт-Петербург

Сергей Георгиевич Инге-Вечтомов

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет ИТМО»; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук, Санкт-Петербургский филиал

Email: ingevechtomov@gmail.com
SPIN-код: 3743-7626
Scopus Author ID: 23473232500

д-р биол. наук, директор института; профессор, кафедра генетики и биотехнологии

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Repnevskaya MV, Karpova TS, Inge-Vechtomov SG. Hybridization and cytoduction among yeast cells of the same mating type. Current Genetics. 1987;12(7): 511-517. https://doi.org/10.1007/Bf00419560.
  2. Степченкова Е.И., Коченова О.В., Инге-Вечтомов С.Г. «Незаконная» гибридизация и «незаконная» цитодукция у гетероталличных дрожжей Saccharomyces cerevisiae как система для анализа генетической активности экзогенных и эндогенных факторов в «альфа-тесте» // Вестник Санкт-Петербургского государственного университета. Серия 3. Биология. – 2009. – № 4. – C. 129–139. [Stepchenkova EI, Kochenova OV, Inge-Vechtomov SG. “Illegitimate” mating and “illegitimate” cytoduction in heterothallic yeast Saccharomyces cerevisiae as a system for analysis of genetic activity of exogenic and endogenic factors in “alfa-test”. Vestnik of St. Petersburg University. Series 3. Biology. 2009;(4):129-139. (In Russ.)]
  3. Inge-Vechtomov SG, Repnevskaya MV. Phenotypic expression of primary lesions of genetic material in Saccharomyces yeasts. Genome. 1989;31(2): 497-502. https://doi.org/10.1139/g89-097.
  4. Lee CS, Haber JE. Mating-type Gene Switching in Saccharomyces cerevisiae. Microbiol Spectr. 2015;3(2): MDNA3-0013-2014. https://doi.org/10.1128/microbiolspec.MDNA3-0013-2014.
  5. Степченкова Е.И., Коченова О.В., Жук А.С., и др. Фенотипическое проявление и взаимопревращение первичных повреждений генетического материала, учитываемых в альфа-тесте, у дрожжей Saccharomyces cerevisiae // Гигиена и санитария. – 2011. – T. 6. – C. 64–69. [Stepchenkova EI, Kochenova OV, Zhuk AS, et al. Phenotypic manifestation and transmutations of primary genetic material damages considered in the alpha-test on the yeast Saccharomyces cerevisiae. Hygiene & Sanitation. 2011;(6):64-69. (In Russ.)]
  6. Коченова О.В., Сошкина Ю.В., Степченкова Е.И., и др. Участие ДНК-полимераз репликативного обхода повреждений в поддержании целостности хромосом у дрожжей Saccharomyces cerevisiae // Биохимия. – 2011. – T. 76. – № 1. – C. 62–75. [Kochenova OV, Soshkina JV, Stepchenkova EI, et al. Participation of translesion synthesis DNA polymerases in the maintenance of chromosome integrity in yeast Saccharomyces cerevisiae. Biochemistry (Mosc). 2011;76(1):49-60. (In Russ.)]. https://doi.org/10.1134/s000629791101007x.
  7. Жук А.С., Ширяева А.А., Коченова О.В., и др. Альфа-тест — система для оценки генетически активных факторов // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. – 2013. – T. 11. – № 1. – C. 54–60. [Zhuk AS, Shiriaeva AA, Kochenova OV, et al. Alpha-test as a system to assessment of genetic activity factors. Actual problems of the humanities and the natural sciences. 2013;11(1):54-60. (In Russ.)]
  8. Жук А.С., Задорский С.П., Ширяева А.А., и др. Идентификация мутации kar1-1, приводящей к повышению частоты цитодукции и снижению частоты гибридизации у дрожжей Saccharomyces cerevisiae // Генетика. – 2018. – T. 54. – № 13. – C. 18–21. [Zhuk AS, Zadorsky SP, Shiriaeva AA, et al. Identification of the kar1-1 mutation, leading to increase of cytoduction frequency and decrease of hybridization frequency in yeast Saccharomyces cerevisiae. Genetika. 2018;54(13):18-21. (In Russ.)]
  9. Inge-Vechtomov SG, Pavlov YI, Noskov VN, et al. Tests for genetic activity in the yeast Saccharomyces cerevisiae: study of forward and reverse mutation, mitotic recombination and illegitimate mating induction. In: Ashby J, de Serres FJ, Draper M, et al. Progress in Mutation Research. Vol. 5. Evaluation of Short-Term Tests for Carcinogens. Report of the International Programme on Chemical Safety’s Collaborative Study on in vitro assays. Amsterdam, Elsevier Science; 1985. Р. 243-255.
  10. Shcherbakova PV, Noskov VN, Pshenichnov MR, et al. Base analog 6-N-hydroxylaminopurine mutagenesis in the yeast Saccharomyces cerevisiae is controlled by replicative DNA polymerases. Mutat Res. 1996;369(1-2):33-44. https://doi.org/10.1016/s0165-1218(96)90045-2.
  11. Shcherbakova PV, Pavlov YI. 3'—>5' exonucleases of DNA polymerases epsilon and delta correct base analog induced DNA replication errors on opposite DNA strands in Saccharomyces cerevisiae. Genetics. 1996;142(3):717-726.
  12. Lada AG, Stepchenkova EI, Waisertreiger IS, et al. Genome-wide mutation avalanches induced in diploid yeast cells by a base analog or an APOBEC deaminase. PLoS Genet. 2013; 9(9):e1003736. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1003736.
  13. Barrett JC. Induction of gene mutation in and cell transformation of mammalian cells by modified purines: 2-aminopurine and 6-N-hydroxylaminopurine. Proc Natl Acad Sci USA. 1981;78(9):5685-9. https://doi.org/10.1073/pnas.78.9.5685.
  14. Pavlov YI, Noskov VN, Lange EK, et al. The genetic activity of N6-hydroxyadenine and 2-amino-N6-hydroxyadenine in Escherichia coli, Salmonella typhimurium and Saccharomyces cerevisiae. Mutat Res. 1991;253(1):33-46. https://doi.org/10.1016/0165-1161(91)90343-7.
  15. Stepchenkova EI, Koz’min SG, Alenin VV, et al. [Genetic control of metabolism of mutagenic purine base analogs 6-hydroxylaminopurine and 2-amino-6-hydroxylaminopurine in yeast Saccharomyces cerevisiae. (In Russ.)]. Genetika. 2009;45(4):471-477.
  16. Williams TM, Fabbri RM, Reeves JW, et al. A new reversion assay for measuring all possible base pair substitutions in Saccharomyces cerevisiae. Genetics. 2005;170(3):1423-1426. https://doi.org/10.1534/genetics.105.042697.
  17. Kozmin SG, Schaaper RM, Shcherbakova PV, et al. Multiple antimutagenesis mechanisms affect mutagenic activity and specificity of the base analog 6-N-hydroxylaminopurine in bacteria and yeast. Mutat Res. 1998;402(1-2): 41-50. https://doi.org/10.1016/s0027-5107(97) 00280-7.
  18. Stepchenkova EI, Kozmin SG, Alenin VV, et al. Genome-wide screening for genes whose deletions confer sensitivity to mutagenic purine base analogs in yeast. BMC Genet. 2005;6:31. https://doi.org/10.1186/1471-2156-6-31.
  19. Shcherbakova PV, Pavlov YI. Mutagenic specificity of the base analog 6-N-hydroxylaminopurine in the URA3 gene of the yeast Saccharomyces cerevisiae. Mutagenesis. 1993;8(5):417-421. https://doi.org/10.1093/mutage/8.5.417.
  20. Kulikov VV, Derkatch IL, Noskov VN, et al. Mutagenic specificity of the base analog 6-N-hydroxylaminopurine in the LYS2 gene of yeast Saccharomyces cerevisiae. Mutat Res. 2001;473(2):151-161. https://doi.org/10.1016/s0027-5107(00)00142-1.
  21. Pavlov YI, Newlon CS, Kunkel TA. Yeast origins establish a strand bias for replicational mutagenesis. Mol Cell. 2002;10(1):207-213. https://doi.org/10.1016/s1097-2765(02)00567-1.
  22. Rose MD, Winston F, Hieter P. Methods in yeast genetics, a laboratory course manual. Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory; 1990. 198 p.
  23. Гланц C. Медико-биологическая статистика / пер. с англ. под ред. Н.Е. Бузикашвили, Д.В. Самойлова. – М.: Практика, 1999. – 459 с. [Glantz S. Primer of biostatistics. New York: McGraw-Hill Inc.; 1996. Translated from English ed. by N.E. Buzikashvili, D.V. Samoylov. Moscow: Praktika; 1999. 459 p. (In Russ.)]
  24. Vollset SE. Confidence intervals for a binomial proportion. Stat Med. 1993;12(9):809-824. https://doi.org/10.1002/sim.4780120902.
  25. Warren CD, Eckley DM, Lee MS, et al. S-phase checkpoint genes safeguard high-fidelity sister chromatid cohesion. Mol Biol Cell. 2004;15(4):1724-1735. https://doi.org/10. 1091/mbc.E03-09-0637.
  26. Yuen KW, Warren CD, Chen O, et al. Systematic genome instability screens in yeast and their potential relevance to cancer. Proc Natl Acad Sci USA. 2007;104(10):3925-3930. https://doi.org/10.1073/pnas.0610642104.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Генетические события, выявляемые в альфа-тесте в системах «незаконной» гибридизации и цитодукции.

Скачать (305KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Включение 6-N-гидроксиламинопурина (ГАП) в ДНК при репликации и механизм возникновения генных мутаций (транзиций): а — замен GC → АТ; b — замен AT → GC

Скачать (111KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Распределение классов генетических событий, выявляемых в тесте на «незаконную» гибридизацию, возникших спонтанно и при воздействии ГАП, в процентном соотношении (а) и частота спонтанных и индуцированных ГАП мутаций и временных повреждений в тесте на «незаконную» гибридизацию (b). На графике представлена медиана для частот и ее доверительный интервал. ПХ — потеря хромосомы III; ППХ — потеря правого плеча хромосомы III; МВП — мутации и временные повреждения в локусе MATα; Рек — реципрокная рекомбинация между локусом MATα и кассетой HMRa; Конв. — конверсия кассеты HMRa в локус MATα. * Значения статистически значимо отличаются от частоты тех же событий, возникающих спонтанно, по критерию Манна – Уитни (p < 0,0001). Подчеркиванием отмечено статистически значимое изменение доли соответствующего класса генетических событий после обработки ГАП по сравнению со спонтанным уровнем по Z-критерию

Скачать (258KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Распределение классов генетических событий, выявляемых в тесте на «незаконную» цитодукцию, в процентом соотношении, возникших спонтанно и при воздействии ГАП (а) и частота спонтанных и индуцированных ГАП наследуемых и ненаследуемых изменений генетического материала в тесте на «незаконную» цитодукцию (b). ВП — временные повреждения в локусе MATα (одновременно в MATα1 и MATα2, или в двустороннем промоторе); Конв. — конверсия кассеты HMRa в локус MATα; Мут а* — мутации одновременно в MATα1 и MATα2, или в двустороннем промоторе, делеции MATα); Мут. n/m — мутации в MATα1 или MATα2; * — значения статистически значимо отличаются от частоты тех же событий, возникающих спонтанно, по критерию Манна – Уитни (p < 0,0001). Подчеркиванием отмечено статистически значимое изменение доли класса генетических событий после обработки ГАП по сравнению с соответствующей долей спонтанных событий по Z-критерию

Скачать (174KB)
Метаданные

© Жук А.С., Степченкова Е.И., Инге-Вечтомов С.Г., 2020

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».