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.
 


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах