Математическое моделирование индуцированного мутационного процесса в клетках Escherichia coli при действии ультрафиолетового излучения

• Автор: Белов, Олег Валерьевич
• Шифр специальности: 03.01.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 134 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. МЕХАНИЗМ БОБ-ОТВЕТА

1.1 Схема генетической регуляции БОБ-ответа

1.2 Центральная роль 1ехА~, гесА-, итиС-, итиБ-генов в регуляции БОБ-ответа Е

1.3 Процесс активации продукта гена итиВ

1.4 Процесс деградации мутагенной активности белковых продуктов БОБ-системы

ГЛАВА II. ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РЕГУЛЯЦИИ БОБ-ОТВЕТА

2.1 Модель динамики 1ехА-гесА-системы

2.2 Модель динамики концентраций продуктов итиБ- и итиС-генов

2.3 Модель динамики концентрций димеризованных продуктов гена итиВ

2.4 Модель динамики концентраций регуляторных белковых комплексов БОБ-системы
2.5 Параметры динамической модели регуляции БОБ-ответа
2.6 Нормированные уравнения модели регуляции БОБ-ответа
ГЛАВА III. РЕШЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РЕГУЛЯЦИИ БОБ-ОТВЕТА
3.1 Расчёт динамики концентраций регуляторных белков 1ехА-гесА-системы
3.2 Расчёт динамики концентраций продуктов итиВ- и итиС-генов
3.3 Расчёт динамики концентраций димеризованных продуктов гена итиБ
3.4 Расчёт динамики концентраций регуляторных комплексов
SOS-системы
ГЛАВА IV. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ЧАСТОТЫ МУТИРОВАНИЯ В LACI-ЖЖУСЕ БАКТЕРИАЛЬНЫХ КЛЕТОК E
4.1 Роль ДНК-полимеразы V в процессе TLS
4.2 Математическая модель translesion-синтеза
4.2.1 Определение параметра распределения Пуассона
4.2.2 Параметры математической модели translesion-синтеза
4.2.3 Решения математической модели translesion-синтеза
4.3 Исследование мутагенеза в регуляторном /ас/-локусе лактозного оперона E
4.3.1 lacI-генЕ
4.3.2 Типы дозовой зависимости частоты мутирования
4.3.3 Расчёт зависимости NJNQF)
4.3.4 Исследование модели при различных значениях Р(Х)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования
Фундаментальными свойствами живых систем являются факторы наследственности и изменчивости. Мутационный процесс (скачкообразное изменение наследуемых свойств живых систем) является важнейшим механизмом реализации изменчивости живых организмов. Изучение мутагенеза, индуцированного излучениями с разными физическими характеристиками в клетках различных организмов, является одной из актуальных задач современной радиобиологии.
Среди традиционных биологических объектов, с использованием которых изучаются фундаментальные механизмы индуцированного мутагенеза, важное место занимают бактерии Escherichia coli — клетки кишечной палочки. На этом объекте детально изучена структурнофункциональная организация генетического аппарата, биохимические механизмы, контролирующие мутационный процесс. В последние годы выяснен ключевой механизм формирования мутаций из первичных повреждений ДНК, который получил название translesion-синтеза (TLS) /Wang, 2001/. Показано, что этот механизм реализуется не только у прокариот, но и в клетках млекопитающих и человека /Yang et al., 2003; Chiapperino et al., 2005/.
Известно, что воздействие разных агентов, задерживающих репликацию ДНК, вызывает в клетке сложную цепь реакций, проявляющихся в виде повышения частоты мутирования, задержке клеточного деления, синтезе различных ферментов, в том числе синтезе RecA-белка, UmuDC-белков, изменения W-реактивации и W-мутагенеза, индукции лямбдоидных профагов. В настоящее время все эти реакции клеток рассматриваются как неспецифический ответ на повреждение ДНК, ингибирующий её репликацию. Ответ клетки на эти воздействия получил название SOS-ответа,

3. Скорость прироста концентрации белка ИтиС определяется одним процессом, а именно синтезом белка ИтиС. Скорость синтеза пропорциональна доле заполненного оператора гена итиС. Получим следующее выражение для функции У5+:
= —-Л* (2.9)

где А5 - коэффициент пропорциональности, /5 - равновесная константа диссоциации мономера продукта 1ехА при связывании с операторными областями гена итиС, - доля заполненного оператора гена итиС.
4. Скорость убывания концентрации продукта гена итиС определяется четырьмя процессами: образованием комплексов итиВ2С, иппЮ'2С и итиОБС при взаимодействии белка итиС с димерами иши02, 1ГтиБ'2, ШиЛХ)' соответственно, а также естественной деградацией продукта гена итиС посредством взаимодействия с молекулами Ьоп-протеазы. Вклад спонтанного распада молекул пренебрежимо мал из-за значительно большего времени полураспада. Перечисленные процессы имеют первый порядок по концентрациям. Функция скорости убывания для продукта гена итиС записывается следующим образом:
= о1Х2Х5 + а2Х%Х5 + а2ХдХ5 + 35Х5, (2.10)
где параметры а,, а2 и а3 обозначают константы скорости в реакциях взаимодействия белка ИтиС с димерами итиБ2, итиБ'2 и итиОВ' соответственно.
5. Выделим три основных процесса, определяющие скорость прироста белка ШиЮ'. Увеличение внутриклеточной концентрации белка 11тиВ' определяется, во-первых, расщеплением нормального продукта гена итиБ