Молекулярная биология, 2024, № 1

СОДЕРЖАНИЕ
Том 58, номер 1, 2024
ОБЗОРЫ
Фотохимические процессы повреждения клеточной ДНК УФ-излучением разных длин волн:  
биологические последствия
Г. Я. Фрайкин, Н. С. Беленикина, А. Б. Рубин 
3
Методы прайм-редактирования геномов и программы дизайна гидовых РНК
Е. В. Михайлова, Б. Р. Кулуев, Г. А. Геращенков, Д. А. Чемерис Р. Р. Гарафутдинов, А. Р. Кулуев,  
Ан. Х. Баймиев, Ал. Х. Баймиев, А. В. Чемерис 
22
ГЕНОМИКА. ТРАНСКРИПТОМИКА
Длинные некодирующие РНК MEG3, TUG1 и hsa-miR-21-3p как потенциальные диагностические 
биомаркеры ишемической болезни сердца
M. Abdelgawad, H. Y. Abdallah, A. Fareed, A. E. Ahmed 
40
Целостность генома Bacillus velezensis после двухлетнего экспонирования в открытом космосе
С. В. Фиалкина, Е. А. Дешевая, А. Л. Ракитин, О. И. Орлов 
43
Структура и эволюция ДНК-транспозонов надсемейства L31 двустворчатых моллюсков
М. В. Пузаков, Л. В. Пузакова 
54
Кладспецифическая изменчивость белковых повторов у птиц
S. Sharma, L. Teekas, N. Vijay 
73
Экспрессия гена Fos и некоторых связанных с ним генов в гипоталамусе гипертензивных крыс НИСАГ 
(ISIAN) при воздействии рестрикционного стресса
Ю. В. Маковка, Л. А. Федосеева, Д. Ю. Ощепков, А. Л. Маркель, О. Е. Редина 
78
Группа новых гиперметилируемых генов длинных некодирующих РНК, ассоциированных с развитием 
и прогрессией рака молочной железы
Е. А. Филиппова, В. И. Логинов, С. С. Лукина, А. М. Бурдённый, И. В. Пронина,  
Т. П. Казубская, Э. А. Брага  
88
Регуляция экспрессии ретротранспозонов в соматических тканях Drosophila melanogaster
П. А. Миляева, И. В. Кукушкина, А. Р. Лавренов, И. В. Кузьмин, А. И. Ким, Л. Н. Нефедова 
99
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ
Повышенная экспрессия генов системы процессинга антигенов главного комплекса 
гистосовместимости (MHC) класса I в клетках рака молочной железы под действием трихостатина А
A. H. Murtadha, N. A. Sharudin, I. I. M. Azahar, A. T. Che Has, N. F. Mokhtar 
121
Взаимодействие SENP6 с PINK1 способствует резистентности клеток нейроглиомы к темозоломиду 
через индукцию митофагии
Y. W. Wang, K. G. Jia, H. J. Xing, Y. Pan, C. S. Zeng, L. Chen, Q. J. Su, W. T. Shen, J. Chen, C. Chen,  
Q. Cao, Y. Y. Wang 
126
Взаимосвязь уровней мРНК генов Cxcl12, Tweak, Notch1, Yap, в молекулярных механизмах  
фиброгенеза печени
Е. И. Лебедева, А. Т. Щастный, А. С. Бабенко, Д. А. Зиновкин 
130
Мелатонин усиливает действие АВТ-737 в клетках острого моноцитарного лейкоза THP-1
А. И. Ломовский, Ю. Л. Бабурина, Р. С. Фадеев, М. И. Кобякова, Я. В. Ломовская, Р. Р. Крестинин, 
Л. Д. Сотникова, О. В. Крестинина 
141
1

Низкая экспрессия вирусных микроРНК в макрофагах и незрелых B-клетках при латентной инфекции 
гигромицинустойчивого гаммагерпесвируса-68 мыши
M. Kara  
154
Разработка высокоспецифичных и эффективных вариантов эндонуклеазы SpCas9 на основе  
hh-теории
G. H. Wang, C. M. Wang, X. J. Wu, T. Chu, D. W. Huang, J. Li 
157
Изучение стохастической упаковки белков Cas  в экзосомы
Н. И. Пономарева, С. А. Брезгин, А. П. Костюшева, О. В. Слатинская, Е. О. Баюрова, И. В. Гордейчук, 
Г. В. Максимов, Д. В. Соколова, Г. Бабаева, И. И. Хан, В. С. Покровский, А. С. Лукашев, В. П. Чуланов, 
Д. С. Костюшев 
160
БИОИНФОРМАТИКА
Биоинформатический метод идентификации протеаз человека, активных относительно 
гликопротеинов оболочки вирусов, на примере белка шипа коронавируса SARS-CoV-2
Е. В. Матвеев, Г. В. Пономарев, М. Д. Казанов 
171
ПРОТЕОМИКА
Протеом внеклеточных мембранных везикул Bacillus pumilus 3-19
У. Курди, П. В. Зеленихин, Г. Ю. Яковлева, М. Н. Синягина, А. И. Колпаков, О. Н. Ильинская 
178
2

МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, 2024, том 58, № 1, с. 3–21
ОБЗОРЫ
УДК 577.344.2
ФОТОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ КЛЕТОЧНОЙ 
ДНК УФ-ИЗЛУЧЕНИЕМ РАЗНЫХ ДЛИН ВОЛН:  
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ
© 2024 г. Г. Я. Фрайкина, *, Н. С. Беленикинаа, А. Б. Рубина
аБиологический факультет, Московский государственный университет 
им. М.В. Ломоносова, Москва, 119991 Россия 
*e-mail: GFraikin@yandex.ru
Поступила в редакцию 27.04.2023 г.
После доработки 01.06.2023 г.
Принята к публикации 02.06.2023 г.
УФ-излучение солнца индуцирует в ДНК клеток разных организмов фотохимические реакции, 
которые могут приводить к развитию ряда биологических ответов на возникающие повреждения, включая апоптоз, мутагенез и канцерогенез. Химическая природа и количество повреждений 
в ДНК зависят от длины волны УФ-излучения. УФ-излучение В-области (УФВ, 290–320 нм) вызывает образование двух главных дефектов –циклобутановых пиримидиновых димеров и с меньшим выходом пиримидин-(6-4)-пиримидоновых фотопродуктов; они формируются в результате 
прямого поглощения фотонов УФВ основаниями ДНК. УФ-излучение А-области (УФА, 320–400 
нм), в отличие от УФВ, индуцирует с малым выходом формирование только циклобутановых димеров – наиболее вероятно путем триплет-триплетного переноса энергии от клеточных хромофоров 
к основаниям тимина ДНК. Вместе с тем УФА намного эффективнее по сравнению с УФВ в сенсибилизированном окислительном образовании дефектов в ДНК, таких как одноцепочечные разрывы и окисленные основания; из них наиболее часто встречается 8-оксодигидрогуанин, поскольку 
он может образовываться в нескольких окислительных процессах. За последнее время опубликовано много работ с новой, более детальной информацией о молекулярных механизмах фотохимических реакций, лежащих в основе формирования различных повреждений в ДНК. В настоящем 
обзоре обобщены и проанализированы в основном данные, содержащиеся в этих публикациях. 
Особое внимание уделено окислительным реакциям, которые инициируются активными формами 
кислорода и радикалами, генерируемыми потенциальными эндогенными фотосенсибилизаторами, такими как птерины, рибофлавин, протопорфирин IX, NADH и меланин. Обсуждается роль 
конкретных фотопродуктов ДНК в генотоксических процессах, индуцируемых в живых системах 
УФ-излучением разной длины волны, включая канцерогенез кожи человека.
Ключевые слова: УФ-излучение, фотохимия ДНК, реакции фотоокисления, клеточные сенсибилизаторы, повреждения ДНК, биологические последствия
DOI: 10.31857/S0026898424010019, EDN: OHVEXS
ВВЕДЕНИЕ
УФ-диапазон электромагнитного излучения солнца принято подразделять на три области: УФС (200–280 нм), УФВ (290–320 нм) 
и УФА (320–400 нм), которая включает УФА1 
(340–400 нм) и УФА2 (320–340 нм). Фотоны 
УФС поглощаются кислородом и озоном стратосферы и в биосфере не присутствуют. УФВ 
фильтруется стратосферным озоном, поэтому 
только малая его часть (1.5%) проникает в биосферу. УФА, фотоны которого не поглощаются 
озоновым слоем, полностью достигает земной 
Сокращения: УФВ/УФА – ультрафиолет В-области (290–320 нм)/ультрафиолет А-области (320–400 нм); CPD 
(cyclobutane pyrimidine dimer) – циклобутановый пиримидиновый димер; (6-4)PP (pyrimidine 6-4 pyrimidone 
photoproduct) – (6-4)-фотопродукт; 8-oxodG (8-oxo-dihydroguanine) – 8-оксодигидрогуанин; Ptr (pterin) – птерин; 
Fop (6-formylpterin) – 6-формилптерин; Cap (6-carboxypterin) – 6-карбоксиптерин; Nep (neopterin) – неоптерин; Bip(biopterin) – биоптерин; H2Bip(7,8-dihydrobiopterin) – 7,8-дигидробиоптерин; H4Bip (5,6,7,8-tetrahydrobiopterin) – 
5,6,7,8-тетрагидробиоптерин; ПКС – программированная клеточная смерть; АФК – активные формы кислорода; 
TTET (triplet-triplet energy transfer) – триплет-триплетный перенос энергии.
3

ФРАЙКИН и др.
УФВ, а именно пиримидин-(6-4)-пиримидоновые фотопродукты (pyrimidine 6-4 pyrimidone 
photoproducts, 6-4PP) [7, 8]. Быстрая репарация 
6-4PP обусловлена тем, что они в большей степени, чем CPD, нарушают структуру двойной 
спирали ДНК, и поэтому легче узнаются ферментами эксцизионной репарации нуклеотидов 
и значительно эффективнее устраняются [9].
поверхности, и интенсивность этого излучения 
в 20 раз выше интенсивности излучения УФВ. 
Из двух видов “экологического” УФ-излучения 
солнца более сильное повреждающее действие 
на биологические системы оказывают высокоэнергетичные фотоны УФВ. Их значение с точки 
зрения риска индукции канцерогенеза в коже 
человека и клеточной смерти у растений возрастает в связи с повышением уровня излучения 
УФВ в биосфере вследствие расщепления стратосферного озона [1, 2]. ДНК – одна из критических молекулярных мишеней в клеточных 
структурах при облучении УФВ живых организмов. Фотоны УФВ в результате прямого поглощения основаниями ДНК эффективно индуцируют образование в ней нескольких типов 
фотопродуктов. В ответ на эти повреждения могут развиваться различные биологические ответы, такие как цитотоксичность, апоптоз и канцерогенез [3, 4]. Биологическая эффективность 
реакций повреждения клеточной ДНК при действии излучения УФА на 2–4 порядка ниже, чем 
при облучении УФВ. Однако поскольку в биосфере на долю длин волн области УФА приходится около 95% в УФ-спектре солнца, фотоны 
УФА тоже вносят вклад в гено- и цитотоксические эффекты – в основном с участием эндогенных фотосенсибилизаторов [5, 6].
К настоящему времени установлено, что 
оба компонента УФ-излучения солнца (УФВ 
и УФА) вовлекаются в развитие основных типов 
рака кожи человека. К ним относятся базально- 
и плоскоклеточный рак и меланома. Карциномы 
происходят из кератиноцитов, а меланома образуется из меланоцитов. Поскольку этиологический фактор (УФ-излучение) этих типов рака 
точно известен, они представляют собой перспективную систему для изучения разных этапов 
канцерогенеза. Особенно важно, что существует 
возможность охарактеризовать начальные процессы, происходящие в ДНК, и идентифицировать гены, которые часто и специфически подвергаются УФ-индуцированному мутагенезу.
В последующие годы накопилось достаточно информации, свидетельствующей о том, что 
УФА играет более значительную роль в процессах канцерогенеза, чем считалось ранее [10, 11]. 
Также стало все более очевидным, что УФА1 
не является фотохимически или биологически 
неактивным, прежде всего в связи с его активностью в фотосенсибилизированной генерации 
активных форм кислорода (АФК), которые, как 
полагают, играют роль в развитии рака кожи [12]. 
Излучение области УФА намного эффективнее 
УФВ в окислительном повреждении оснований 
ДНК в изолированных клетках и коже человека. 
Индуцированное УФА формирование 8-оксодигидрогуанина (8-oxo-dihydroguanine, 8-oxodG) 
обусловлено в основном селективным окислением гуанина синглетным кислородом (1O2), 
генерируемым посредством механизма фотосенсибилизации типа II. Меньший вклад в этот 
процесс вносит гидроксильный радикал (·OH), 
который может образовываться после начальной 
сенсибилизированной генерации супероксидного анион-радикала кислорода (O2
·−) по механизму фотосенсибилизации типа I. Отмеченные 
фотосенсибилизированные реакции двух типов 
строго зависят от кислорода, и их можно классифицировать как “фотодинамические реакции”. 
Помимо 8-oxodG – главного фотопродукта 
окислительных реакций в ДНК – УФА вызывает образование окисленных пиримидинов и одноцепочечных разрывов, а также независимое 
от кислорода формирование CPD, содержащих 
преимущественно основания тимина [12, 13]. 
В соответствии с таким сложным спектром повреждений спектры мутаций, индуцированных 
УФА в клеточной ДНК, представлены транзициями G →A, обусловленными, по-видимому, CPD 
и трансверсиями G→T, вызванными, вероятно, 
8-oxodG. Как отмечено выше, характерными для 
УФВ мутациями являются транзиции C→T [1]. 
Очевидно, что спектры повреждений и мутаций 
в ДНК зависят от длины волны фотонов УФ-излучения, вида клеток и эффективности действия 
их репарационных систем по устранению разных 
повреждений.
Цель данного обзора – обобщение и анализ 
основной информации о молекулярных механизмах формирования дефектов в ДНК при 
прямом поглощении фотонов УФ-излучения 
и посредством фотосенсибилизированных реВ ранних исследованиях внимание ученых 
фокусировалось преимущественно на канцерогенном действии УФВ, поскольку было твердо 
установлено, что фотоны УФВ путем прямого 
возбуждения оснований ДНК эффективно индуцируют образование фотопродуктов, провоцирующих рак кожи. Была выявлена причинная 
связь между облучением УФВ и немеланомными типами рака кожи с характерными мутационными признаками – транзициями C→T в дипиримидиновых сайтах ДНК [1]. Эти мутации 
вызваны главным образом циклобутановыми 
димерами пиримидинов (cyclobutane pyrimidine 
dimers, CPD), которые репарируются в клетках 
медленнее, чем дефекты второго типа, возникающие в дипиримидиновых сайтах при облучении 
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ том 58 № 1 2024

ФОТОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ
O
O
O
CH3CH3
CH3
OH
NH
NH
NH
5'
6'
5
6
6
O
O
O
O
N
N
N
4
N
акций. Особое внимание уделяется процессам 
окислительного повреждения ДНК, которые 
инициируются АФК, генерируемыми эндогенными сенсибилизаторами, такими как протопорфирин IX, рибофлавин, птерины, NADH. 
Обсуждается конкретная природа фотопродуктов ДНК и их относительный вклад в генотоксические и цитотоксические эффекты, вызываемые в биологических системах УФВ и УФА. 
CH3
N
3'
3'
5'
5'
6-4 фотопродукт
6-4PP: T [6-4] T
Циклобутановый
пиримидиновый
димер-CPD: T <> T
ФОТОХИМИЯ ДНК: ПРЯМЫЕ 
И ОПОСРЕДОВАННЫЕ 
СЕНСИБИЛИЗАТОРАМИ 
ДЕСТРУКТИВНЫЕ РЕАКЦИИ
Механизмы формирования CPD и 6-4PP при 
действии УФ-излучения разной длины волны
Рис. 1. УФ-индуцированные бипиримидиновые 
повреждения в ДНК на примере оснований тимина, 
расположенных в одной цепи ДНК. Фотоны УФВ 
вызывают формирование обоих типов дефектов, 
а фотоны УФА – только CPD (T<>T) с малым 
выходом.
наружено, в частности, что при прямом возбуждении фотонами УФС оснований тимина 
в TT-последовательностях формирование CPD 
происходит преимущественно через синглетное 
возбужденное состояние за 1 пс [16]. Заселение 
триплетного уровня посредством интеркомбинационной конверсии тоже может приводить к выходу CPD, но он ограничен выходом 
триплетного состояния, составляющим 0.01, 
и сравнительно малым квантовым выходом димеризации с этого состояния. В T-олигомере 
(dT)18 триплет тимина распадается за 10 нс, 
вероятно, через бирадикал со временем жизни 
60 нс, который рассматривается как интермедиат в формировании CPD через триплетный канал [17, 18].
Основными хромофорами ДНК, поглощающими фотоны УФВ, как и “неэкологического” 
УФС, являются пиримидиновые и пуриновые 
основания, однако квантовые выходы фотохимических реакций пиримидиновых оснований 
на порядок выше, чем пуриновых. Поглощение основаниями ДНК УФ-фотонов приводит 
к образованию их электронно-возбужденных 
синглетных и триплетных состояний, в которых они вступают в различные фотохимические 
реакции. Из них наибольший квантовый выход 
имеют реакции образования CPD и 6-4PP. Оба 
типа дефектов образуются соседними основаниями пиримидинов в одной цепи ДНК (рис. 1). 
В CPD циклобутановое кольцо формируется 
за 1 пс вследствие разрыва 5-6 двойных связей 
оснований. Формированию в 6-4PP одинарной 
связи предшествует стадия циклизации между связью С5–C6 пиримидина и карбонильной 
группы С4 тимина или иминогруппы цитозина, 
а далее образующиеся нестабильные продукты 
циклизации реорганизуются в 6-4PP. Сложный 
механизм данного процесса требует более длительного времени (4 мс) для его завершения. 
Кроме того, квантовый выход 6-4PP примерно 
в 7 раз меньше квантового выхода CPD. 6-4PP, 
в отличие от CPD, поглощает фотоны в области 
УФА и это вызывает переход 6-4PP при воздействии УФА в Dewar-изомер в быстрой (130 пс) 
реакции циклизации между N3 и C6 в структуре 
пиримидонового кольца 6-4PP [3]. 
В экспериментальных и теоретических исследованиях последних лет удалось изучить 
большинство фотофизических и фотохимических процессов, которые происходят после 
фотовозбуждения оснований тимина во всех 
T-последовательностях. Они вовлекают дезактивацию возбужденных состояний, включая 
возникновение состояний с переносом заряда и экситона и последующее формирование 
отмеченных выше дефектов ДНК [14, 15]. ОбПо сравнению с процессами УФ-индуцированного формирования дефектов ДНК в TTпоследовательностях, фотофизика и фотохимия 
которых хорошо изучены, о механизмах процессов формирования намного более мутагенных 
повреждений в дипиримидиновых сайтах, содержащих цитозин, до недавнего времени известно 
было мало. Как и в TT-последовательностях, 
дефекты в последовательностях TC и CT могут 
формироваться либо путем прямого поглощения фотонов УФС/УФВ, либо вследствие процессов, происходящих после поглощения фотонов УФА другими хромофорами [14]. Если 
такие хромофоры находятся в непосредственной близости к генетическому материалу, они 
могут индуцировать триплетные состояния 
в ДНК через триплет-триплетный перенос энергии (triplet–triplet energy transfer, TTET) с последующим образованием CPD, но не 6-4PP [3, 19]. 
На основании данных о распределении CPD 
в молекулах ДНК с различными композициями 
оснований предположили, что механизм TTET 
не может объясняться возбуждением только отМОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ том 58 № 1 2024

ФРАЙКИН и др.
дельных T-оснований, он вовлекает динуклеотиды как минимальные мишени в этой фотосенсибилизированной реакции [19]. Возможная 
роль делокализации электронно-возбужденного состояния минимум по двум динуклеотидам 
показана и при прямом поглощении фотонов 
УФ-излучения основаниями ДНК [20, 21].
любое химическое соединение с более высокой 
энергией триплетного состояния можно рассматривать как потенциальный триплетный сенсибилизатор. В качестве фотосенсибилизаторов 
могут действовать различные соединения, включая ароматические кетоны, например ацетофенон и бензофенон, у которого квантовый выход 
в триплет близок к единице, а энергия триплетного уровня составляет 290 кДж моль−1 [22]. 
Модель фотосенсибилизированной ацетофеноном димеризации Т-оснований в ДНК иллюстрирует схема, приведенная на рис. 2.
Известно, что формирование фотосенсибилизированных повреждений в ДНК инициируется реакциями при T-основаниях, так как 
у T-основания энергетически самый низкий 
триплетный уровень (270 кДж моль−1), поэтому 
260 нм
1S
350 нм
1S*
420 нм
3T*
TTET
T
(T <> T)
CPD
440 нм
hQ
3T*
S0
S0
Ацетофенон
Тимин ДНК
Рис. 2. Модель фотосенсибилизированного ацетофеноном формирования в ДНК CPD (T<>T). Значения уровней 
энергии на схеме приведены в длинах волн квантов соответствующей энергии. При поглощении фотона УФА 
с длиной волны 350 нм (hX) ацетофенон переходит в синглетное возбужденное состояние (1S*), а затем путем 
интеркомбинационной конверсии в триплетное состояние (3T*). В процессе фотосенсибилизации происходит 
триплет-триплетный перенос энергии (triplet-triplet energy transfer, TTET) на триплетный уровень тимина (T), 
который в возбужденном состоянии (3T*) взаимодействует с соседним T-основанием, формируя CPD (T<>T).
Процессы эффективного переноса энергии, 
запускаемые хромофорами либо вне, либо внутри ДНК, приводят к преимущественному заселению возбужденных состояний T-оснований. 
Это лежит в основе повреждений ДНК, возникающих в сайтах TpT, CpT и TpC. Из них 
особенно мутагенны дефекты, формируемые 
в C-содержащих сайтах, что обусловлено реакциями гидролитического дезаминирования, которые превращают C-образуемую часть повреждения (CPD) в CPD, содержащий урацил (U). 
Впоследствии U-содержащие дефекты реплицируются в TpT-сайты, и такая C→T-конверсия 
является главной причиной высокой мутагенности УФ-излучения [28].
С применением ИК-спектроскопии временного разрешения проведено детальное изучение триплетного пути фотосенсибилизированного 2′-метоксиацетофеноном формирования 
CPD в последовательностях CpT и TpC. Показано, что триплетное состояние сначала образуется у T-основания, но оно распадается 
за 30 нс вследствие перехода в бирадикальное 
состояние, которое распространяется на оба основания дипиримидинов и в котором одна связь 
циклобутанового кольца уже сформирована. Далее это состояние либо возвращается в основное 
Помимо внешних сенсибилизаторов, недавно выявлены хромофоры внутри самой 
молекулы ДНК, обладающие фотосенсибилизирующими свойствами, в том числе 5-формилурацил – основной продукт окислительного 
повреждения тимина [23, 24]. Его фотосенсибилизирующая активность установлена в экспериментах по облучению УФА сверхспиральной 
ДНК, а возможность интеркомбинационной 
конверсии в триплетное состояние и переноса 
энергии на тимин подтверждена в недавнем теоретическом исследовании [25]. На основании 
данных модельных экспериментов предполагалось, что в качестве внутреннего фотосенсибилизатора может действовать и пиримидоновая 
субъединица фотопродукта 6-4PP, которая после 
фотовозбуждения в триплетное состояние передает энергию на триплетный уровень соседнего 
тимина с последующим формированием CPD 
[26]. Однако выяснение роли этой фотосенсибилизированной реакции в дцДНК показало, 
что опосредованный 6-4PP триплет-триплетный перенос энергии вносит очень малый вклад 
в индуцированное УФА повреждение ДНК [27]. 
Это объясняется весьма эффективной фотоизомеризацией 6-4PP в Dewar-изомер – главной 
индуцированной УФА реакцией после образования в ДНК 6-4PP под действием УФВ [3].
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ том 58 № 1 2024

ФОТОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ
электронное состояние за 100 нс, либо из него 
формируется CPD [28]. Недавно выявлен новый 
путь формирования CPD в ДНК, содержащей 
5-метилцитозин. Как установлено, стабилизация триплетного бирадикального интермедиата 
5-метилцитозина посредством его метильной 
группы повышает выход CPD [29]. 
Фотосенсибилизированные реакции 
окислительного повреждения ДНК
Эти реакции, в отличие от рассмотренных 
выше фотосенсибилизированных реакций, 
строго зависят от кислорода. В фотосенсибилизированном окислении молекул биосубстрата 
кислород может реагировать с электронно-возбужденным сенсибилизатором или участвовать 
на вторичных стадиях в реакциях с радикалами, 
возникающими от фотосенсибилизатора либо 
субстрата (рис. 3). По механизму первичного 
процесса реакции фотосенсибилизированного 
окисления разделяют на два типа – I и II [30].
(4)
S + Ox/HOx
2
2
O2
O2
M
Sx/SHx + Mx+/Mx
MOK (1)
к формированию катион-радикала S·+ или его 
депротонированной формы S· и супероксидного анион-радикала O2
·− и его протонированной 
формы HO·
2 (рис. 3, реакция 2). Супероксидный анион-радикал – это ион молекулы кислорода с одним неспаренным электроном. После первичного одноэлектронного окисления 
молекулы биосубстрата (рис. 3, реакция 1) оба 
формируемых радикала участвуют в нескольких 
последующих реакциях. Так, анион-радикал 
фотосенсибилизатора реагирует с O2, вследствие 
чего происходит регенерация сенсибилизатора 
и образуется O2
·− (рис. 3, реакция 4). Считается, что этот процесс является главным источником O2
·− в фотосенсибилизированных реакциях, 
и он намного более значим, чем прямое восстановление O2 возбужденным сенсибилизатором 
(рис. 3, реакция 2). O2
·− находится в равновесии 
(pKa = 3.6) со своей протонированной формой 
HO·
2 и может подвергаться спонтанной или ферментативной дисмутации в пероксид водорода 
(H2O2) – еще одну АФК, обладающую малой 
реакционной способностью. Как и O2
·−/HO·
2, 
H2O2 не проявляет значительной реакционной 
активности в отношении большинства биомолекул [31]. Однако H2O2 может мигрировать 
по всей клетке и вызывать в присутствии Fe2+ 
протекание реакции Фентона – одной из двух 
реакций Хабера–Вайса:
Тип I
S*
O2
·− + Fe3+ → O2 + Fe2+ 
M
O2
Sx+/Sx + Ox/HOx
2
2
MOK (2)
H2O2 + Fe2+ → ·OH + OH− + Fe3+ (реакция Фентона).
O2
(3)
Тип II
S + 1O2
MO2
M
Рис. 3. Начальные стадии сенсибилизированных 
окислительных реакций типа I и типа II в молекулах 
биосубстрата (M). S* – фотовозбужденный 
сенсибилизатор; Mok – продукт окисления 
молекулы.
Высокореакционноспособный ˙OH-радикал, 
образующийся в ходе этой реакции, способен 
реагировать в месте генерации с биомолекулами посредством присоединения к двойным связям и/или отрыва атома водорода. Обе реакции 
приводят к образованию нейтральных радикалов 
молекул (M˙) – вероятных предшественников 
пероксильных радикалов (MOO˙), возникающих 
при взаимодействии M˙ с O2. Процесс завершается окислительным повреждением молекул. Катион-радикал молекулы субстрата (M·+), который 
формируется в реакции 1 (рис. 3), после депротонирования может подвергаться гидратации с образованием M˙-OH. В дальнейшей реакции этой 
формы с O2 путем присоединения либо одноэлектронного окисления образуются окисленные 
и/или оксигенированные продукты (Mok)[32].
Общая характеристика фотосенсибилизированных окислительных реакций типа I и типа II. 
Механизм типа I инициируется реакцией переноса электрона между фотовозбужденным сенсибилизатором (S*) и молекулой биосубстрата 
(M), в результате чего образуется пара радикалов: анион-радикал S·−или его протонированная форма SH· и катион-радикал M·+ или его 
депротонированная форма M· (рис. 3, реакция 
1). В альтернативной первичной бимолекулярной реакции, которая может инициировать 
механизм типа I, фотовозбужденный сенсибилизатор восстанавливает O2, что приводит 
В отличие от радикального механизма реакций типа I первичный механизм реакций типа 
II вовлекает перенос энергии от возбужденного 
в триплетное состояние сенсибилизатора к растворенному кислороду, который находится в основном триплетном состоянии (O2) (рис. 3, реакМОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ том 58 № 1 2024

ФРАЙКИН и др.
ция 3). Это приводит к образованию синглетного 
молекулярного кислорода (1O2) в результате обращения спина одного из двух неспаренных электронов у O2. Разница энергий между основным 
(триплетным) и синглетным состояниями кислорода составляет 94.2 кДж моль−1 и соответствует 
переходу в инфракрасной области (около 1270 
нм). Перенос энергии от триплетного сенсибилизатора на кислород с переводом его в синглетное возбужденное состояние показан прямым 
методом измерения фотосенсибилизированной 
люминесценции 1O2 при 1270 нм [33]. Молекулярный кислород в активированном (синглетном) состоянии намного реакционноспособнее, 
чем в основном состоянии. Вместе с тем 1O2 – 
более селективный окислитель по сравнению 
с ·OH; он также имеет существенно меньшее 
время жизни, а его переход в основное состояние 
является физическим процессом. 
Формирование окисленных G-оснований ДНК 
в реакциях типа I и типа II. 
жет реагировать со многими богатыми электронами биомолекулами, включая ДНК, но из всех 
пиримидиновых и пуриновых оснований ДНК 
только гуанин восприимчив к 1O2 в водных 
растворах [34]. Эта селективная реакционная 
активность 1O2, предложенная на основе данных о наивысшей скорости его химического 
тушения у гуанина, получила дальнейшее подтверждение в теоретических исследованиях [35]. 
Во многих работах с использованием различных 
фотосенсибилизаторов показано, что конечным 
продуктом окисления гуанина синглетным кислородом является 8-oxodG. Процесс, инициирующий его формирование, состоит в присоединении 1O2 к имидазольному кольцу посредством 
реакции циклизации “[2 + 4] Diels-Alder”, сопровождаемой образованием 4,8-эндопероксида 
гуанина (рис. 4). Формирование исключительно 
8-oxodG в ДНК объясняется реорганизацией 
эндопероксида преимущественно в 8-гидропероксигуанин с последующей конверсией этого 
нестабильного интермедиата в 8-гидроксигуанин, который находится в динамическом равновесии с 8-oxodG – более стабильным таутомером в растворе [36].
Окисление гуанина синглетным кислородом 
по механизму типа II. 1O2, как электрофил, моГуанин
Гидроксигуанин
8-oxodG
O
O
O
HN
N
HN
N
OH
O
HN
N
H2N
H2N
N
N
dR
H2N
N
N
dR
N
N
dR
1O2
O
O
HN
N
HN
N
OOH
H2N
N
N
dR
H2N
N
N
dR
O
O
Эндопероксид
гуанина
Гидропероксигуанин
Рис. 4. Реакция окисления синглетным кислородом гуанина в ДНК. Первый продукт реакции, формируемый 
присоединением 1O2 к имидазольному кольцу гуанина (эндопероксид), подвергается реорганизации с образованием 
гидропероксигуанина, который восстанавливается в гидроксигуанин, находящийся в динамическом равновесии 
с наиболее стабильным конечным продуктом окисления 8-oxodG. 
Реакции окислительной деградации гуанина, 
опосредованные ·OH и одноэлектронным окислением по механизму типа I. В соответствии с реакцией 1 (рис. 3) фотосенсибилизированное 
одноэлектронное окисление гуанина вызывает 
на первой стадии образование катион-радикала 
dG·+ (рис. 5). В последующей реакции гидратации dG·+ формируется радикал 8-гидроксидигидрогуанил, который далее может превращаться 
в 8-oxodG путем O2-опосредованного одноэлектронного окисления [37, 38]. Радикал 8-гидроксидигидрогуанил может быть индуцирован 
и ·OH посредством присоединения к C8 гуанина, а дальнейшее превращение этого радикала 
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ том 58 № 1 2024

ФОТОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ
O
HN
N
x+
O
O
e
H2N
H
HN
N
N
N
dR
OH
O
HN
N
O
xOH
H2N
e
N
N
dR
N
N
H2N
O2
dG
dR
8-oxodG
OH
HN
Nx
H2N
N
N
dR
dGx
Рис. 5. Реакции фотосенсибилизированного окисления гуанина (dG) в ДНК по механизму типа I. Показаны два 
пути образования нейтрального гидроксигуанил-радикала (dG·) – предшественника конечного продукта окисления 
гуанина. dG· может формироваться как в результате гидратации катион-радикала dG, который образуется при 
одноэлектронном окислении dG, так и вследствие присоединения ·OH к C8 dG. Последующее O2-зависимое 
одноэлектронное окисление dG· приводит к формированию 8-oxodG. 
в 8-oxodG происходит с участием O2 путем одноэлектронного окисления (рис. 5). Как показано выше, ·OH образуется в реакции Фентона 
из H2O2 – продукта дисмутации O2
·−, который 
формируется при взаимодействии анион-радикала S·− с O2 (рис. 3, реакция 4).
УФ-ИНДУЦИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ 
ПОВРЕЖДЕНИЯ КЛЕТОЧНОЙ ДНК: 
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ
Биологические последствия фотохимических деструктивных реакций в клеточной ДНК 
изучают, воздействуя УФ-излучением на микроорганизмы, растения, а также культивируемые клетки и кожу человека in vivo. В этих 
работах твердо установлено, что УФ-фотоны 
повреждают клеточную ДНК, вызывают мутации и фотоокислительный стресс [3, 4, 13, 
39]. Хотя общепринято, что УФ-повреждения 
в ДНК индуцируют цитотоксические эффекты, 
апоптоз и канцерогенез кожи, вопрос о конкретном типе фотопродуктов ДНК, которые могут быть критичными в развитии каждого из отмеченных биологических ответов, еще далек 
от окончательного решения. Одна из основных 
причин этого состоит в том, что распределение 
и квантовый выход конкретного дефекта в ДНК 
во многом зависят от длины волны УФ-света, 
природы эндогенных фотосенсибилизаторов, 
а также от активности систем репарации ДНК 
и антиоксидантов, присутствующих в различных типах клеток [13, 39].
Индуцированные УФ-излучением фотохимические реакции в ДНК клеток разных организмов могут быть результатом как прямых 
взаимодействий УФ-фотонов с основаниями 
нуклеотидов, так и фотосенсибилизированных 
процессов, запускаемых эндогенными хромофорами. Молекулярные механизмы действия УФВ 
и УФА на клеточную ДНК существенно различаются. Фотоны УФВ вызывают прямое возбуждение оснований ДНК и индуцируют независимое 
от кислорода образование двух главных типов 
фотопродуктов – CPD и 6-4PP. В ДНК клеток, 
облученных УФА, выявлены только CPD, причем в основном T-содержащие [7]. УФА намного 
эффективнее, чем УФВ, формирует в клеточной 
ДНК окислительные повреждения оснований 
и 2-дезоксирибозы [40]. Индуцированное УФА 
образование 8-oxodG обусловлено главным образом селективным окислением G-основания 
синглетным кислородом. Помимо этого, гидроксильный радикал (·OH) вносит дополнительный 
вклад в деградацию ДНК вследствие формирования окисленных оснований и одноцепочечных 
разрывов [41]. Рассматриваемые ниже фотоокислительные реакции повреждения клеточной 
ДНК в большинстве случаев опосредуются эндогенными сенсибилизаторами – потенциальными источниками АФК. Вопрос о молекулярных 
основах этих процессов обсуждается с привлечением данных детальных модельных исследований, согласно которым в этих процессах может 
участвовать синглетный кислород, гидроксильный радикал и реакции одноэлектронного окисления [35, 42–44]. 
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ том 58 № 1 2024