Формамидопиримидины и окисленные производные аденина
Помимо 8-Оксогуанина , окисление пуриновых оснований в ДНК приводит к появлению некоторых других биологически важных поврежденных оснований [ von Sonntag 2006 ]. При действии АФК на Ade может возникать 8-оксо-7,8-дигидроаденин (8-oxoAde) по тем же механизмам, что и 8-oxoGua. Кроме того, в зависимости от присутствия окислителей или восстановителей в растворе, 8-гидроксигуаниловый и 8-гидроксиадениловый радикалы - промежуточные продукты при образовании 8-оксопуринов после атаки OH могут не только окисляться до 8-оксопуринов, но и восстанавливаться до формамидопиримидиновых производных Gua и Ade, 2,4-диамино-6-оксо-1,6- дигидропиримидин-5-илформамида (Fapy-Gua) и 4,6-диаминопиримидин-5- илформамида (Fapy-Ade) соответственно. В среднем выход Fapy-производных при разных видах окисления ДНК примерно того же порядка, что и 8- оксопуринов, что делает их с точки зрения биологических последствий не менее важными поврежденными основаниями, чем 8-oxoGua. Также в клеточной ДНК и мононуклеотидах после облучения ионизирующей радиацией или обработки оксидантами обнаруживается в достаточном количестве еще одно производное Ade - 2-гидроксиаденин (2-OH-Ade).
Исследование физико-химических и биологических свойств Fapy- производных до недавнего времени затруднялось отсутствием методов синтеза их предшественников для введения в ОДН или получения dNTP, что объясняется легкой изомеризацией мономеров Fapy-производных в пиранозную форму и эпимеризацией Fapy-дезоксинуклеозидов даже в составе ДНК [ Greenberg, ea 2001 ]. После разработки синтетических методов для Fapy-производных, а также их b-C-нуклеозидных и карбоциклических аналогов [ Greenberg, ea 2001 ] стало возможно непосредственное сравнение этих поврежденных оснований с соответствующими 8-оксопуринами.
До сих пор известно очень немногое о структуре и таутомерных формах Fapy-производных в ДНК. Компьютерное моделирование показывает, что как Fapy-dGuo, так и Fapy-dAdo должны существовать в анти- конформации [ Cysewski, ea 1999 , Ober, ea 2005 ]. При этом Fapy-Ade в составе ДНК образует наиболее стабильные пары с Thy, в то время как Fapy-Gua в зависимости от таутомерного состояния центра O4-N6 может образовывать пары с Cyt, Gua и Thy [ Cysewski, ea 1999 ]. Fapy-Gua сильно термодинамически дестабилизирует двуцепочечную ДНК, но пары с Cyt и Thy дестабилизируются в наименьшей степени [ Ober, ea 2005 ]. Несмотря на потенциальную легкость аномеризации Fapy-дезоксинуклеозидов, селективное расщепление a-аномеров Fapy-dAdo и Fapy-dGuo эндонуклеазой IV показывает, что в двуцепочечной ДНК Fapy-производные существуют на 90-95% в виде b-аномеров, как и обычные дезоксинуклеозиды [ Patro, ea 2004 ]. Для других окисленных производных Ade показано, что 8-oxodAdo, так же, как и 8-oxodGuo, существует преимущественно в виде 8-кето-таутомера и принимает анти-конформацию в паре с Thy [65], а 2-OH-Ade находится в равновесии между кето- и енольным таутомером при O2-N1, которое смещено в сторону енольного таутомера при физиологических условиях [ Robinson, ea 1998 ]. Это позволяет 2-OH-Ade образовывать пару уотсон-криковского типа с Thy, кроме того, между этими основаниями в ДНК эффективно образуются пары типа "качания" при существовании 2-OH-Ade в виде кето-таутомера [ Robinson, ea 1998 ].
Включение dNMP ДНК-полимеразами напротив описанных поврежденных звеньев далеко не всегда проходит в соответствии со стабильностью соответствующих пар оснований. Например, Fapy-Gua в ДНК-матрице оказывает мутагенное действие, поскольку ДНК-полимеразы способны со значительной частотой включать напротив него, как и напротив 8-oxoGua, dAMP, образуя самую нестабильную из возможных пар [ Wiederholt, ea 2002 ]. С другой стороны, транслезионная ДНК-полимераза-ню включает напротив этого поврежденного основания исключительно dCMP [ Ober, ea 2005 ]. Fapy-Ade и 8-oxoAde в ДНК-матрице слабо или умеренно блокируют действие ДНК-полимераз, и напротив них преимущественно включается немутагенный TMP, однако в ограниченном количестве 8-oxoAde может вызывать включение dGMP и однонуклеотидные делеции [ Guschlbauer, ea 1991 ], а Fapy-Ade - включение dAMP и dGMP [ Delaney, ea 2002 ]. 2-OH-Ade вызывает включение TMP, dAMP и dGMP [ Kamiya, ea 1995 ]; относительная эффективность включения, по-видимому, коррелирует с термодинамической стабильностью соответствующей пары оснований на конце праймера [ Kawakami, ea 2001 ]. Транслезионные ДНК-полимеразы напротив 2-OH-Ade преимущественно включают предмутагенные dNMP [ Barone, ea 2007 ].
Мутационные спектры окисленных пуриновых оснований in vivo в основном совпадают с ожидаемыми по данным in vitro [ Kamiya, ea 2003 ]. В клетках млекопитающих Fapy-Gua приводит к трансверсиям G-T с частотой 8-30% [ Kalam, ea 2006 ]. В отличие от него, Fapy-Ade и 8-oxoAde слабомутагенны (<1%) и преимущественно вызывают трансверсии A-C [ Kalam, ea 2006 ].
ДНК-полимеразы используют Fapy-dGTP заметно хуже, чем dGTP, но все же с эффективностью, достаточной для появления Fapy-Gua в ДНК при включении поврежденного dGMP, особенно учитывая то, что Fapy-dGTP слабо гидролизуется MutT [ Imoto, ea 2006 ]. 2-OH-dATP служит субстратом для ДНК-полимераз, причем некоторые из них (фрагмент Кленова) включают его только напротив Thy, а другие (ДНК- полимераза-a) - и напротив Cyt [ Kamiya, ea 2003 ]. Биологическое действие 2-OH-dATP показывает синергичность с 8-oxodGTP за счет ингибирования деградации последнего в клетках млекопитающих [ Satou, ea 2007 ].
8-oxoAde и 2-OH-Ade в ДНК-матрице блокируют синтез эукариотической РНК-полимеразой II [ Kuraoka, ea 2007 ]. Как 8-oxoATP, так и 2-OH-ATP ингибируют РНК-полимеразы и индуцируют возникновение несоответствий РНК-транскрипта и ДНК-матрицы [ Курявый ea 1987 , Kamiya, ea 2007 ]. Так же, как 8-oxoGua, 8-oxoAde ингибирует экзонуклеазную активность белка WRN [ Machwe, ea 2000 ].
