Большинство химических мутагенов, являются веществами, чужеродными для организма (ксенобиотиками). Попадая в организм, преодолев покровные ткани, мутаген должен быть доставлен к клеткам-мишеням, в которых он может вызывать мутации. На: всем пути проникновения мутаген претерпевает целый комплекс метаболических превращений, приводящих к образованию как более, так и менее биологически активных метаболитов, по сравнению с исходными веществами. В' первом случае, когда из биологически малоактивных веществ в организме могут образовываться высокотоксичные соединения, индуцирующие мутагенез, или другие биологические эффекты, говорят о метаболической активации. Мутагены, нуждающиеся в подобной активации, называют непрямыми. Метаболическая активация; это ферментативный процесс, который эволюционно сформировался как: система детоксикации ксенобиотиков, попадающих в организм (Абилев, 1986). Эта система представляет собой многоступенчатый процесс, включающий комплекс ферментов, которые вначале окисляют вещество, переводя его в высокоактивные соединения, а затем, соединяя их друг с другом или с другими веществами, превращают в безвредные, легко выводимые из организма. На первом этапе детоксикации особая роль принадлежит монооксигеназам смешанных функций, локализованных в эндоплазматическом ретикулюме (ЭПР). При чрезмерном поступлении, ксенобиотиков в организм, изменении активности монооксигеназ смешанных функций, нарушении работы ферментов, осуществляющих

второй этап детоксикации, может произойти сбой в работе системы, заключающийся в нарушении равновесия между процессами первого и второго этапов. И тогда высокоактивные метаболиты (эпоксиды, свободные радикалы, хиноны), не успев разрушиться; взаимодействуют с ДНК, вызывая ее мутационные изменения. Прямые мутагены не нуждаются в метаболической активации, но являясь ксенобиотиками, также подвергаются, в организме воздействию монооксигеназной системы и, в частности цитохрома Р-450. Но в данном случае система работает по своему прямому назначению, то есть осуществляет детоксикацию и таким образом снижает выход мутаций. (Порошенко, Абилев, 1988).

Нитрофураны, нитроимидазолы, продукты пиролиза белков и ¦. другие химические соединения, превращаются в высокореакционноспособные вещества при восстановлении. Поэтому при определении их мутагенности" для метаболической активации; используют фракцию S9 печени; крыс, так как она проявляет нитроредуктазную активность. Восстановление нитрогрупп в печени млекопитающих обусловлено действием таких ферментов, как НАДФН-цитохром С-редуктаза, ксантиноксидаза и адьдегидоксидаза; (Шарма, 1989). Реакции, катализируемые монооксигеназной системой, включают ароматическое: или алифатическое гидроксилирование, образование окислов аренов и алкенов, окислительное N-, О- и - S-деалкилирование, окислительное дезаминирование,. десульфилирование и дегалогенирирование (Арчаков, 1975).

Завершающим этапом активации соединений может быть синтез коньюгатов. В организме млекопитающих многие активные метаболиты образуют коньюгаты с глюкуроновой кислотой, ацетилом, сульфатом, глицином, и в таком состоянии выводятся из печени i с желчью. Но в кишечнике коньюгаты под действием микробиоты расщепляются. И мутагенный агент может быть реабсорбирован (Абилев, 1986).

Как прямые мутагены, так и продукты метаболической активации промутагенов, достигнув ДНК в клеточном ядре, вызывают в ней первичные изменения (табл. 1.3) • (Порошенко, Абилев, 1986), которые могут реализоваться в истинные мутации или быть полностью устранены. Судьба этих первичных изменений; ДНК зависит от работы ферментных систем репарации ДНК, функционирующих в каждой клетке.

Точная репарация первоначальной структуры ДНК практически > не - оказывает влияния ; на функционирование биологической системы. Наличие нерепарированных участков в ДНК или ошибочная репарация приводят к нарушениям многих физиологических процессов. Например, при этом происходят нарушения роста и деления клеток, наблюдаются ошибки в механизмах репликации, транскрипции, увеличиваются злокачественная трансформация клеток и смертность.

В животных клетках различают четыре основных типа репарации ДНК: эксцизионная или дорепликативная репарация, репарация разрывов нитей ДНК, пострепликативная репарация и фотореактивация. Первые три могут индуцироваться многими факторами, в то время как фотореактивация - только УФ-лучами. Состояние клеточного цикла (G 1 или S) и степень дифференцировки данной ткани являются главными факторами, определяющими интенсивность и механизм репарации.

1.3 Антимутагенез. Классификация антимутагенов

В природе существуют механизмы, противодействующие росту числа мутаций, как за счет выщепления и гибели мутантных особей, а также и препятствуя появлению

новых мутаций; Это так называемые процессы антимутагенеза. К механизмамам обеспечивающим антимутагенез нужно отнести двойную * структуру спирали ДНК, процессы репарации повреждений ДНК, процессы связывания и дезактивации, особенно активных продуктов! метаболизма ксенобиотиков, механизмы, регулирующие скорость процессов, метаболической активации: мутагенов, и: процессы, затрудняющие прохождение мутагенов через клеточные мембраны. В ряде случаев имеет место прямое связывание мутагена с антимутагенным"соединением и последующим выведением из организма такого комплекса.

Ингибирование процессов, формирующих спонтанные и индуцированные ¦ мутации^ называют антимутагенезом, а вещества, обладающие такими свойствами; известны как антимутагены (Шигаева, Ахматулина, 1988). Явление антимутагенеза впервые установлено в 1952 -1959 гг., когда была показана способность пуриновьгх нуклеотидов эффективно снижать уровни спонтанного и индуцированного мутирования в экспериментах паЕ. coli (Дурнев, Середенин, 1993; Novick, Szilard, 1952).

Антимутагенез как генетический процесс присущ всем живым организмам; И нет сомнения в том, что процесс этот естественный, тем более, что большинство выявленных антимутагенов - природные вещества. Функцией антимутагенеза; является обеспечение целостности и стабильности наследственных структур (Алекперов, 1984).

В 1986 году Kada Т. и др. дали следующие определения для обозначения факторов, осуществляющих процессы инактивации i мутагенов и устранения повреждений, нанесенных ими;

Дисмутагены - вещества, которые осуществляют химические, физические и биохимические модификации мутагена вне клетки до повреждения ДНК. Дисмутагены включают восстановительные агенты, антиоксиданты, процессы дисмутагенеза могут быть связаны с энзиматическими модификациями, прямой* адсорбцией мутагена. Некоторые антимутагены могут ингибировать метаболическую активацию промутагенов, проявляя опосредованное подавление мутаций.

Биоантимутагены снижают частоту мутаций, взаимодействуя с клеткой и процессами в ней уже после фиксации мутаций. Они г связывают биологически активные радикалы, возникающие в ходе таких превращений мутагена, залечивают первичные нарушения1 в генетических структурах и не позволяют реализоваться им в истинные мутации, а также затрудняют проникновение мутагена в

Более подробные данные по классификации антимутагенов представлены в таблице 1.4 (Heller and Sevag, 1966; Hayatsu et al., 1988; Hochstein, Atallah, 1988; Hocman, 1988; Kuroda, Inoue, 1988; Musatov, Anisimov et al., 1998; Порошенко, Абилев, 1988; Bala, Grover, 1989).

При комбинированном применении действие ингибиторов мутагенеза носит синергический, аддитивный или антагонический характер. Например, синергизм проявляется при использовании витаминов С и Е; действие витамина Е необходимо для протектекции витамина А. Более того, витамин Е действует аддитивно с соединениями селена (Засухина, Синелыцикова, 1993).

* Примечание. Некоторые антимутагены характеризуются более чем одним механизмом действия.

Итак, существуют следующие основные пути действия антимутагенов: нейтрализация мутагена до его взаимодействия с ДНК; предотвращение образования в процессе метаболической; активации мутагенных продуктов из нетоксичных предшественников; активация ферментных систем детоксикации, поступающих из среды загрязнителей; предотвращение в процессе репликации ДНК; активация репарации и других внутриклеточных систем поддержания целостности генетического аппарата (De Flora and Ramel; 1988).

Хотя обнаружено более 300 веществ, обладающих антимутагенными свойствами, однако большинство из них изучено на ограниченном числе объектов, что затрудняет их; комплексную оценку. Тем не менее, определенные закономерности выявлены. Наиболее перспективны природные антимутагены, выделенные из различных видов растений ю животных. Они, вероятно, и будут в ближайшем будущем необходимым элементом как в профилактических мероприятиях, направленных на снижение генетических последствий антропогенных воздействий, так ш при? необходимости коррекции химиотерапии, у онкологических больных, а также при лечении ряда заболеваний, этиопатогенез которых связан с: нарушением'клеточного гомеостаза, вызванного дефектом в системе защиты клеток.

1.3,1 Свойства и критерии оценки антимутагенов

При-исследовании новых антимутагенов необходимо изучить пути и механизмы; их действия. Определить способ практического использования. Для; успешного

Общим для всех антимутагенов является лишь частичное подавление мутагенеза, что в равной; мере относится: и к индуцированному мутагенезу. По степени ингибирования они довольно сильно отличаются друг от друга. Известны соединения, уменьшающие частоту мутантов на 80 и более процентов, в то время как другие - только на 20. Этот критерий предлагается использовать для определения относительной эффективности антимутагенов. Существуют два способа оценки эффективности. Первый способ предусматривает сопоставление концентраций антимутагенов, обеспечивающих уменьшение мутаций на 50%. В этом случае, чем ниже концентрация, уменьшающая наполовину мутабельность, тем эффективнее антимутаген. Вторым

способом оценивают эффективность антимутагенов по показателю отношения разницы между частотами спонтанных (исходных) и модифицированных мутаций к исходному уровню мутабельности.

Исследования показали, что действие некоторых антимутагенов избирательно -они действуют, например, на индуцированный мутагенез и не влияют на спонтанный (Порошенко, Абилев, 1988). Одни эффективны только по отношению к абберациям хромосом, другие - к генным мутациям. Известны также антимутагены, подавляющие активность только непрямых мутагенов, например катехин и ретинол. В то же время другие антимутагены больше действуют на прямые мутагены, а для подаления действия непрямых мутагенов требуются во много раз большие их концентрации. Большинтство антимутагенов обладает широким спектром действия, подавляя мутагенез , индуцированный! разными мутагенами, т.е. они универсальны. В связи с этим введено понятие индекса универасльности,за еденицу которого принимают антимутагенный эффект по каждому из мутационных тестов на разных типах объектов в условиях индукции мутаций факторами разной природы. Наиболее высокие индексы универсальности свойственны таким веществам, как аскорбиновая кислота, селенит натрия, токоферол и др. Они подавляют мутабельность бактерий, грибов, высших растений, лейкоцитов человека и животных.

Еще одна важная характеристика антимутагенов используется для оценки эффекта высоких доз препаратов. Это физиологичность их действия, отсутствие которой резко ¦ ограничивает перспективу некоторых соединений. Значение данной характеристики= можно прокомментировать емкой мыслью Парацельса: "Все есть яд и все есть лекарство! - решает лишь доза."

Среди изученных антимутагенов одни вещества были известны ранее в качестве мутагенов, другие, не числящиеся в списках мутагенов, оказались таковыми при испытании в высоких концентрациях. Это типично для аргинина, глутаминовой кислоты, стрептомицина, селенита натрия и др. Например, в связи с наличием доказательств того, что витамин А в высоких дозах может вызывать врожденные уродства у плода, органы здравоохранения Великобритании предупреждают женщин об опасности самолечения витамином А в период беременности. Эти предупреждения также относятся к любым видам пищевых добавок, содержащих витамин А, а также к препаратам рыбьего жира. Третьи антимутагенные вещества не токсичны и не мутагенны даже в больших дозах.