Альтруистичная ДНК

Как следует из вышеизложенного, стабильность генетической информации любого организма обеспечивается двумя различными путями. Прежде всего, системы детоксикации ксенобиотиков и эндогенных мутагенов осуществляют блокирование токсического потенциала таких соединений путем их химических модификаций, обеспечивающих эффективное выведение из клетки и организма. С другой стороны, если генотоксические агенты, прорвав этот барьер, все-таки модифицируют ДНК, начинает функционировать многокомпонентная система репарации поврежденных генов.

Анализ структуры генома эукариот показывает, что для соматических клеток многоклеточного организма остается еще один путь защиты своего генома от мутагенов экзогенного и эндогенного происхождения – разбавление кодирующих последовательностей нуклеотидов некодирующими таким образом, чтобы последние выступали в роли ловушек мутагенов, будь то химические мутагены, непосредственно взаимодействующие с ДНК, или же модифицированные нуклеотиды с измененной специфичностью спаривания, ошибочно включаемые ДНК-полимеразами в ДНК из внутриклеточного пула модифицированных предшественников в процессе репликации. В живом организме, обеспечивающем поддержание внутриклеточного гомеостаза, внутриядерная среда соматических и половых клеток, включающая низкомолекулярные метаболиты, на протяжении больших промежутков времени (соизмеримых со временами клеточного цикла или даже продолжительности жизни самого организма) должна находиться в стационарном состоянии. Можно полагать, что в обычных экологических условиях, к которым организм адаптирован, внутриядерные мутагены, поступающие из цитоплазмы или образующиеся в самом ядре, находятся в стехиометрическом недостатке по отношению к потенциальным мишеням, способным их акцептировать, в том числе и азотистым основаниям геномной ДНК. Кроме того, в первом приближении можно считать, что расположенные по соседству кодирующие и некодирующие последовательности нуклеотидов ДНК в равной степени доступны действию на них внутриядерных мутагенов. В таких условиях вероятность образования аддуктов внутриядерных мутагенов с кодирующими последовательностями нуклеотидов геномной ДНК будет прямо пропорциональна их суммарной длине (доле) в геномной ДНК или обратно пропорциональна " разбавлению" этих последовательностей некодирующими последовательностями нуклеотидов. Такое разбавление могло бы произойти в результате эволюционных преобразований генома-предшественника путем включения в него некодирующих избыточных последовательностей при участии разных молекулярных механизмов.

Вовлечение систем репарации повреждений ДНК в поддержание генетической стабильности информационных макромолекул клетки является вынужденной мерой, указывающей на то, что действие всех остальных систем защиты не обеспечивает полной сохранности нативного состояния генома. Тем не менее, любая генетическая система будет функционировать надежнее в том случае, если наиболее важные в обеспечении жизнедеятельности генетические локусы будут дополнительно защищены от действия химических мутагенов. Действительно, с точки зрения защиты информации гораздо большего эффекта можно достичь путем создания дополнительных препятствий на пути генотоксических агентов к таким локусам, чем репарацией поврежденных генов, так как в последнем случае не всегда повреждение может быть исправлено и исходная первичная структура ДНК восстановлена. Как следует из дальнейшего изложения, любому, и особенно эукариотическому, геному свойственна дифференциальная защита индивидуальных генетических локусов с помощью очень простого механизма. Необходимость дополнительной защиты генетической информации особенно актуальна для многоклеточных организмов в связи с тем, что у них существует опасность накопления соматических мутаций во время онтогенетического развития, когда создаются гигантские клоны высококооперированных и специализированных соматических клеток.