Метод фотосенсибилизации имеет то преимущество, что, регулируя дозу облучения, можно точно контролировать количество высвободившихся лизосомных ферментов и, таким образом, степень последующих повреждений. Д. Пэтон и автор обнаружили, что при высвобождении умеренного количества ферментов в клетках человека наблюдаются разрывы и перестройки хромосом (смотрите рисунок ниже).
Хромосомы человека в которых видны разрывы,
причиненные ферментами
Хромосомы человека (X 2000), в которых видны разрывы, причиненные ферментами, высвободившимися из лизосом, поврежденных путем фотосенсибилизации. Виден простой разрыв (Л) и разрыв с последующим перемещением (Б).
Мы пришли к выводу, что в этом случае цепи дезоксирибонуклеиновой кислоты (генетического материала клетки) разрушаются под действием фермента дезоксирибонуклеазы (ДНК-азы), высвободившейся из лизосом.
Лизосомная ДНК-аза интенсивно изучалась Бернарди и другими исследователями. Оказалось, что она обладает довольно интересными свойствами. Молекула этого фермента имеет два активных центра и поэтому может взаимодействовать одновременно с двумя цепями ДНК (смотрите рисунок ниже).
Двойная спираль ДНК полностью разрывается молекулой лизосомной ДНК-азы;
молекула фермента имеет два активных центра и атакует сразу обе цепи ДНК (вверху)
Остов ДНК состоит из молекул сахара (пятиугольники), связанных через фосфатные группы. Фермент разрывает связь между фосфатной группой и пятым атомом углерода сахара. ДНК-аза из поджелудочной железы разрывает только одну цепь ДНК (внизу), расщепляя связь между фосфатной группой и третьим атомом углерода сахара.
Известно, что разрывы в одной цепи двойной спирали ДНК эффективно восстанавливаются. В противоположность этому разрывы, вызванные действием лизосомной ДНК-азы, не восстанавливаются совсем. (Хотя лизосомный фермент лучше всего действует в кислой среде, он сохраняет заметную активность и при физиологических концентрациях водородных ионов, если не слишком высока концентрация солей.)
Мы ставили опыты с изолированными хромосомами. В присутствии лизосомной ДНК-азы в хромосомах наблюдались разрывы (смотрите рисунок ниже); при обработке ферментами, разрушающими белок или рибонуклеиновую кислоту, хромосомы теряли часть своего материала, но разрывов не было.
Хромосома личинки Chironomus
Гигантскую хромосому личинки Chironomus подвергали воздействию высокоочищенной лизосомной дезоксирибонуклеазы (ДНК-азы). Этот фермент действует на наиболее уязвимые участки ДНК и в течение 15 мин разрывает хромосому в двух местах.
Очевидно, линейная целостность хромосом определяется спиралью ДНК. У нас нет прямых доказательств того, что лизосомная ДНК-аза может проникать в ядро и разрушать хромосомы в живых клетках, но, вероятно, это так и происходит, о чем свидетельствуют и результаты недавно сделанных нами наблюдений.
«Молекулы и клетки», под ред. акад. Г.М.Франка