УДК 575.111+616-092-056.7

Геномная нестабильность и нарушение репарации ДНК как 

факторы наследственной и соматической патологии человека /
Р. И. Гончарова [и др.] ; под общ. ред. Р. И. Гончаровой. – Минск : 
Беларуская навука, 2015. – 282 с. – ISBN 978-985-08-1859-1.

Книга посвящена исследованию целостности генома и функциональных 

изменений процесса репарации ДНК в лимфоцитах периферической крови 
человека в связи с наследственной и соматической патологией. Обсуждается 
проблема индуцированной геномной нестабильности, охарактеризованы кри-
терии и признаки этого явления, дана оценка онкологического риска при воз-
действии низких доз радиации и проанализирован вклад индуцированной ге-
номной нестабильности в общую заболеваемость населения. Освещены пути 
и функции репарации ДНК, связь мутаций и полиморфизма соответствующих 
генов с синдромами хромосомной нестабильности и микроделеций, канцеро-
генезом и другими патологическими состояниями. Основная часть книги со-
держит оригинальные результаты оценки целостности и стабильности генома 
лимфоцитов с помощью метода ДНК-комет при определенных условиях экспе-
римента in vitro. Описаны и обсуждены данные диагностики геномной неста-
бильности в различных группах риска. Охарактеризована популяция Беларуси 
по полиморфизму четырех генов эксцизионной репарации ДНК, а также дана 
оценка его вклада в риск развития рака мочевого пузыря. Полученные данные 
проанализированы в свете классических представлений и последних достиже-
ний. Книга предназначается для специалистов в области общей, молекулярной 
и медицинской генетики, а также может представлять интерес для аспирантов, 
магистрантов и студентов, обучающихся по специальностям биологического 
и медицинского профиля.

Табл. 39. Ил. 36. Библиогр.: 724 назв.

А в т о р ы:

Р. И. Гончарова, Т. Д. Кужир, Н. В. Савина, Н. В. Никитченко 

Р е ц е н з е н т ы:

доктор биологических наук, профессор, 

член-корреспондент НАН Беларуси Е. И. Слобожанина

профессор, член корреспондент НАН Беларуси О. Г. Давыденко

кандидат биологических наук, доцент Н. Г. Даниленко

ISBN 978-985-08-1859-1
© Институт генетики и цитологии 
    НАН Беларуси, 2015
© Оформление. РУП «Издательский дом 
   «Беларуская навука», 2015

ВВЕДЕНИЕ

На фоне интенсивного техногенного загрязнения биосферы 

происходит накопление мутагенов, которые сами или через актив-
ные метаболиты взаимодействуют с ДНК, индуцируя мутации 
в половых и соматических клетках. При этом ускоряется мутаци-
онный процесс и увеличивается мутационный груз в популяциях 
растений, животных и человека. Повреждения ДНК и возникшие 
на их основе генные и хромосомные мутации вносят существен-
ный вклад в этиологию и патогенез различных заболеваний. Це-
лостность и стабильность генома клеток поддерживается благо-
даря эволюционно сложившимся защитным механизмам, которые 
противостоят мутагенному давлению окружающей среды. Важное 
место среди них занимают репарационные системы, которые эли-
минируют первичные повреждения ДНК еще до их превращения 
в мутационные события. Поэтому одним из основных факторов 
дестабилизации генома, приводящей в конечном итоге к разви-
тию патологических состояний, является мутационная измен-
чивость генов, контролирующих репарацию ДНК.

Наиболее очевидна связь геномной нестабильности с патоло-

гией при некоторых наследственных синдромах. Ряд аутосомно-
рецессивных болезней, к которым относятся анемия Фанкони, син-
дромы Луи-Бар, Ниймеген, пигментная ксеродерма и др., несмотря 
на различия в клинической картине, имеют общие особенности, 
главная из которых – синдром хромосомной нестабильности (СХН) 
[Taylor, 2001]. СХН возникает в результате дефектов в системах 
репарации ДНК и проявляется повышенным уровнем спонтанных 
аберраций хромосом, гиперчувствительностью клеточного генома 

к мутагенам в сочетании с прогрессирующим иммунодефици-
том и предрасположенностью к злокачественным новообразова-
ниям. Частота мутаций, детерминирующих эти наследственные 
болезни, неодинакова в различных странах и этнических группах. 
Так, мажорная мутация, вызывающая синдром Ниймеген, чаще 
встречается в славянских популяциях Чехии, Украины и Польши, 
где гетерозиготное носительство регистрируется с частотой 1:177 
[Varon et al., 2000], что в пять раз превосходит ее распростране-
ние (1:866) в Германии [Carlomagno et al., 1999]. Частота гетеро-
зиготного носительства мутаций, ассоциированных с анемией Фан-
кони, варьирует от 1:90 в популяциях Ашкенази, до 1:300 в стра-
нах Западной Европы и США [Peleg et al., 2002; Kook, 2005]. 
У гетерозиготных носителей этих мутаций также повышен риск 
возникновения рака [Seemanová et al., 2006; Berwick, 2007; di Masi, 
Antoccia, 2008].

Не подлежит сомнению и роль дефектов репарации ДНК в кан-

церогенезе. Установлено, что мутации в генах BRCA1 и BRCA2, 
участвующих в репарации двунитевых разрывов ДНК, обуслов-
ливают предрасположенность к раку молочной железы и яичника 
[Tutt, Ashworth, 2002; Turner et al., 2005], а мутации в генах hMSH2, 
hMLH1 и hPMS2, ответственных за репарацию неспаренных ос-
нований, приводят к развитию наследственного неполипозного 
колоректального рака [Peltomäki, 2001; Белев, 2004]. Однако не 
только мутационная изменчивость, но и полиморфизм генов ре-
парации ДНК, модифицирующий активность репарационных фер-
ментов, может быть существенным фактором опухолеобразова-
ния. В последнее время обнаружена ассоциация полиморфных 
аллелей ряда генов репарации с риском развития рака в различ-
ных органах и тканях [Goode et al., 2002], но эта проблема далека 
от окончательного разрешения. 

Мутации в генах, вовлеченных в клеточный ответ на гено-

токсический стресс, подавляют защитные функции, в результа-
те чего повышается чувствительность наследственных структур 
к последующему мутагенному воздействию и развивается инду-
цированная геномная нестабильность. Открытие этого феномена 
стало впечатляющим достижением биологии конца прошлого – 

начала нынешнего века. Индуцированная геномная нестабиль-
ность проявляется в виде разнообразных генетических, морфо-
логических и функциональных нарушений в отдаленные сроки по-
сле контакта с мутагеном или даже в последующих поколениях 
[Mothersill et al., 2000; Dubrova, 2000; Vorobtsova, 2000; Воробцова, 
2006; Nomura, 2006; Ryabokon, Goncharova, 2006]. Она способст-
вует злокачественной трансформации клеток [Копнин, 2007; Streffer, 
2010], влияет на состояние здоровья и качество жизни [Ингель, 2005; 
Сусков и др., 2006], что делает актуальным выявление этого фе-
номена у населения и требует новых подходов к охране здоровья 
человека в изменяющихся экологических условиях. Так, при оцен-
ке последствий острого и хронического воздействия мутагенных 
факторов среды на популяции необходимо учитывать возмож-
ный вклад индуцированной геномной нестабильности в патоге-
нез соматических болезней, а обнаружение признаков геномной 
нестабильности в группах или у отдельных лиц может способ-
ствовать снижению заболеваемости вследствие проведения ран-
них профилактических мероприятий.

Таким образом, вырисовывается цепь молекулярно-генети-

ческих событий и взаимосвязей: индукция первичных поврежде-
ний ДНК мутагенными факторами внешней и внутренней среды, 
активация клеточного ответа на эти повреждения, трансформа-
ция нерепарированных повреждений ДНК в генные и хромосом-
ные мутации, накопление которых служит признаком дестаби-
лизации генома. При определенных условиях мутации в сомати-
ческих клетках могут инициировать патологические процессы, 
включая канцерогенез. Отдельные звенья этой цепи еще скрыты 
от глаз исследователя, но уже ясно их фундаментальное значение, 
с одной стороны, для нормального функционирования клеток 
и организма, а с другой, – для появления патологических изме-
нений, приводящих к болезням. 

В монографии на основе собственных и имеющихся в лите-

ратуре данных сделана попытка оценить роль геномной неста-
бильности и нарушений репарационной способности клеток в на-
следственной и соматической патологии человека. Подытожены 
результаты исследований целостности генома лимфоцитов пери-

ферической крови с помощью метода ДНК-комет в различных 
группах детского и взрослого населения Беларуси, а также пред-
ставлены данные изучения полиморфизма генов эксцизионной 
репарации ДНК в группе пациентов с онкологической патологи-
ей по сравнению со здоровым населением. Результаты получены 
при выполнении заданий ГП «Инновационные биотехнологии»
(2007–2011 гг.) и ГПНИ «Фундаментальные основы биотехнологий»
(2011–2013 гг.) в лаборатории генетической безопасности Инсти-
тута генетики и цитологии Национальной академии наук Бела-
руси при участии  сотрудников Республиканского научно-прак-
тического центра «Мать и дитя» и Республиканского научно-
практического центра онкологии и медицинской радиологии 
им. Н. Н. Александрова.

Авторы высоко оценивают научный вклад соисполнителей 

научно-исследовательской работы из РНПЦ «Мать и дитя»: кан-
дидатов биологических наук А. Д. Политыко и О. М. Хурс, млад-
шего научного сотрудника Т. М. Егоровой, проводивших цитоге-
нетическое обследование пациентов. Авторы искренне благодарны 
ведущему научному сотруднику этого центра, кандидату меди-
цинских наук А. А. Ершовой-Павловой, а также главному врачу 
Центра гигиены и эпидемиологии Заводского района г. Минска 
И. Г. Першину и заведующему отделом гигиены труда Н. П. Куд-
рейко за помощь в организации исследований на базе медсанчас-
ти ОАО «Минский автомобильный завод». Выражаем свою при-
знательность коллективу медсанчасти ОАО МАЗ, возглавляемому 
В. С. Савочкиным, и персонально заместителю главного врача 
по лечебной работе Л. П. Юревич и заведующей отделением про-
филактики О. П. Ломако за содействие в формировании групп 
обследования из числа добровольцев – рабочих этого предприя-
тия и предоставление образцов крови.

Авторы благодарны заместителю директора РНПЦ онкологии 

и медицинской радиологии имени Н. Н. Александрова доктору 
медицинских наук, профессору, член-корреспонденту НАН Бела-
руси С. А. Красному, кандидатам медицинских наук А. И. Роле-
вичу и С. Л. Полякову за плодотворное сотрудничество в области 
онкогенетики и предоставление образцов биологического матери-

ала для молекулярно-генетических исследований, а также глав-
ному терапевту Отдела первичной медико-санитарной помощи 
Министерства здравоохранения Республики Беларусь кандидату 
медицинских наук В. Э. Сушинскому за помощь в формировании 
группы обследования на базе кафедры геронтологии и гериа-
трии Белорусской медицинской академии последипломного об-
разования. 

Необходимо отметить весомый вклад ведущего научного со-

трудника лаборатории генетической безопасности, кандидата 
биологических наук Н. И. Рябоконь в изучение генетических по-
следствий Чернобыльской катастрофы в популяциях диких гры-
зунов, населяющих загрязненные районы Беларуси. Авторы ис-
кренне благодарны Надежде Ивановне за помощь в освоении 
метода определения ДНК-комет и разработке технологии диа-
гностики геномной нестабильности в лимфоцитах крови челове-
ка на основе этого метода. Заслуживают благодарности молодые 
сотрудники лаборатории М. П. Смаль и О. П. Романюк, прини-
мавшие участие в экспериментальной работе по исследованию 
проблем геномной нестабильности и полиморфизма генов репа-
рации ДНК. Выражаем глубокую признательность соавторам ра-
нее опубликованных работ, которые упоминались в данной мо-
нографии.

Хотелось бы отдельно поблагодарить зарубежных коллег: 
профессора Ирэну Шумель (Институт ядерной химии и тех-

нологии, Варшава, Польша) за организацию стажировок сотруд-
ников лаборатории в Центре радиобиологии и биологической до-
зиметрии этого института с целью обучения новым методам кле-
точной и молекулярной биологии, за регулярные консультации 
и обмен научной информацией;

профессора Аксану Николаевну Кучер (Научно-исследова-

тельский институт медицинской генетики Сибирского отделения 
Российской академии медицинских наук, Томск, Россия) за по-
лезное обсуждение полученных результатов, что сыграло поло-
жительную роль при их опубликовании в международных и зару-
бежных изданиях.

Г л а в а  1 

ИНДУЦИРОВАННАЯ ГЕНОМНАЯ 
НЕСТАБИЛЬНОСТЬ: 
ПАТОГЕНЕТИЧЕСКАЯ РОЛЬ

Загрязнение окружающей среды как следствие технического 

прогресса и интенсивной хозяйственной деятельности приводит 
к накоплению мутагенных факторов, способных повреждать ДНК 
и вызывать мутации в соматических и половых клетках чело-
века. Ускорение мутационного процесса влечет за собой злока-
чественную трансформацию клеток и тканей, увеличивает часто-
ту наследственных болезней и врожденных пороков развития, 
снижает качество и продолжительность жизни отдельных инди-
видов, уменьшает приспособленность целых групп населения. 
Республика Беларусь испытывает воздействие комплекса мута-
генных факторов, включая «чернобыльские» радионуклиды и вы-
бросы химической промышленности. В этой ситуации остро 
встает проблема оценки реальной генетической опасности и вли-
яния загрязнения биосферы на здоровье человека.

Мутации, возникающие в генах, ответственных за ответ кле-

ток на генотоксический стресс, подавляют защитные механизмы, 
повышая чувствительность генома к последующим мутагенным 
воздействиям и вызывая развитие индуцированной геномной не-
стабильности – явления, которое привлекает пристальное внима-
ние исследователей в связи с выраженными патогенетическими 
эффектами. Прежде чем анализировать механизмы и характерные 
особенности индуцированной геномной нестабильности, остано-
вимся на внешних причинах – мутагенных эффектах загрязни-
телей среды.

1.1. Мутагены окружающей среды

К физическим факторам относятся ионизирующие излучения, 

биологические и генетические эффекты которых уже многие годы 
являются предметом детального изучения. Однако химическое 
загрязнение биосферы не менее опасно, чем радиационное. Хими-
ческие вещества, попадающие в атмосферу, воду и почву в резуль-
тате химизации практически всех сфер жизни и деятельности 
человека, трансформируются в окружающей среде и организме, 
при этом продукты их метаболизма зачастую оказываются более 
активными (токсичными, мутагенными, канцерогенными, тера-
тогенными), чем исходные соединения [Бочков, Чеботарев, 1989]. 
Известно, что даже очень низкие дозы загрязнителей окружаю-
щей среды, взаимодействуя сами или через метаболиты с ДНК 
клеток, образуют аддукты, модифицирующие структуру ДНК 
и трансформирующиеся в мутации [Basu, Essigman, 1995].

Многочисленные публикации подтверждают мутагенные эф-

фекты химических веществ (см. обзор в [Кужир, 1999]). Полици-
клические углеводороды являются типичными загрязнителями 
среды. Широко известен представитель этой группы – бензпи-
рен (БП). Его биотрансформация в организме приводит к образо-
ванию диоловых эпоксидов, которые являются исключительно 
мутагенными и канцерогенными продуктами [Harvey, 1991]. Мута-
генность диоловых эпоксидов БП доказана на бактериях, млеко-
питающих и клетках человека с использованием различных тест-
систем [Mazur, Glickman, 1988; Yang et al., 1987]. В большинстве 
случаев они вызывают замены оснований GC → TA [Mackay 
et al., 1992].

Ароматические амины, амиды и нитроароматические соеди-

нения также широко представлены в окружающей среде. Высоко-
температурный процесс приготовления пищи превращает трип-
тофан и глутаминовую кислоту в мутагенные гетероциклические 
ароматические амины [Sugimura, 1986]. Многие из них индуци-
руют рак у экспериментальных животных и у человека [Basu, 
Essigmann, 1995]. Метаболическая активация этих соединений про-
исходит путем их энзиматического окисления до N-гидроксиари-

ламина, который затем взаимодействует с ДНК. Преимуществен-
ный аддукт, выделяемый в большинстве случаев, – производ-
ное C8-гуанина [Basu, Essigmann, 1995]. Типичными предста-
вителями этой группы являются 2-аминофлуорен (АФ) и его аце-
топроизводное 2-ацетиламинофлуорен (ААФ). Установлено, что 
ААФ в основном индуцирует мутации сдвига рамки вблизи пар 
GC [Fuchs et al., 1981], тогда как АФ – трансверсии GC→TA 
[Bichara, Fuchs, 1985].

Большое внимание уделяется группе мутагенов окружающей 

среды, получивших общее название табако-специфических нитро-
заминов. Предполагается, что в результате метаболической акти-
вации они превращаются в генотоксичный продукт метилдиа-
зогидроксид. Канцерогенность этого соединения может быть 
обусловлена алкилированием ДНК. Например, показано, что 
O6-алкилгуанин отвечает за опухолеобразование в легких крыс 
[Hecht, Hoffmann, 1988].

Из общего пула мутагенов выделяются активные формы 

кислорода (АФК), роль которых в мутагенезе, канцерогенезе, 
других патологических процессах и старении активно изучается, 
начиная с пионерских работ Phillips (1956) и Дубинина (1959), Hart-
man (1962) и Fridovich (1978). Показано, что АФК обладают цитоток-
сическим действием и вызывают апоптоз клеток [Buttke, Sand-
strom, 1994; Sies, de Groot, 1992], вносят определенный вклад 
в развитие болезней крови [Reid, Loeb, 1992; Takeuchi, Morimoto, 1993], 
печени [Varga, 1992], почек [Weinberg, Venkatachalam, 1992], сер-
дечно-сосудистой патологии [McCord, 1993; Kumar, Das, 1993], 
некоторых инфекционных заболеваний (сепсиса [Goode, Webster, 
1993], малярии [Sarin et al., 1993], других паразитарных инфекций 
[Rosin et al., 1994] и даже ВИЧ [Muller, 1992]). В настоящее время 
связь окислительного стресса и различных патологий в основ-
ном обсуждается в контексте поиска новых терапевтических 
мишеней [Aly et al., 2011; Мартинович и др., 2012; Violi, Pignatelli, 
2014; Pastori et al., 2014; Sullivan, Chandel, 2014; Currais, 2015].

Генетические эффекты АФК стали предметом исследования 

многих авторов, особенно в связи с проблемами канцерогенеза 
и старения [Emerit, 1994; Loft, Pouksen, 1996; Cooke, 2003; Sedel-