Naprawa DNA

1 Naprawa DNA Wykład 8 Źródła uszkodzeń DNA • Endogenne uszkodzenia DNA: błędy powstające w czasie  replikacji DNA, stres oksydacyjny (metabolizm tlenowy,  reaktywne formy tlenu, peroksydacja lipidów)  • Czyniki środowiskowe - egzogenne: promieniowanie  ultrafioletowe, promieniowanie jonizujące gamma i X,  mutageny chemiczne (zanieczyszczenie środowiska, palenie  tytoniu Następstwa uszkodzeń DNA • Zmiany w sekwencjach kodujących i regulacyjnych prowadzą do  powstania białek nieaktywnych, o zmienionej aktywności lub  braku białka. • Akumulacja mutacji w wyniku dużego natężenia czynnika  mutagennego lub obniżenia aktywności systemów naprawy DNA  prowadzi do nowotworów i starzenia organizmu. • Mutacje w komórkach linii zarodkowej są dziedziczone i się  rozprzestrzeniają; powstają dziedziczne choroby genetyczne. • Uszkodzenie DNA na dużą skalę prowadzą od razu do śmierci;  choroba popromienna. Unikanie uszkodzeń DNA • Mechanizmy usuwające reaktywne formy tlenu • Enzym dUTPaza, która uniemożliwia wprowadzanie dUMP do DNA • Melanina w skórze jako ekran ochronny przeciwko UV 2 Dawka UV S/S o 1.0 0.1 0.01 0.0001 0.001 Krzywa przeżywalności nie jest liniowa: przy niskich dawkach UV przeżywalność  jest wysoka, a przy wyższych dawkach w pewnym momencie przeżywalność  gwałtownie spada; przy bardzo wysokich dawkach pojawiają się komórki bardziej  oporne. Częstość mutacji natomiast najpierw wzrasta, a potem maleje. Jak  interpretować takie krzywe? Częstość mutacji Dowód na istnienie naprawy DNA Przeżywalność po UV = S Przeżywalność = So Dawka UV S/S o 1.0 0.1 0.01 0.0001 0.001 Uszkodzenia DNA są wydajnie naprawiane i tylko niektóre uszkodzenia są mutagenne, ale wraz ze wzrastającą dawką rośnie liczba mutantów Uszkodzeń jest zbyt dużo, aby mogły być naprawione; mutanty również zaczynają być zabijane Rzadkie mutanty, które są oporne  na UV ~100 Mutant bez naprawy DNA Częstość mutacji Przeżywalność po UV = S Przeżywalność = So Rodzaje uszkodzeń DNA Zablokowane widełki  replikacyjne Dimery TT Jednoniciowe fragmenty DNA Dwuniciowe złamania DNA Jednoniciowe pęknięcia Alkilacja DNA • Aktywność egzonukleolityczna w kierunku 3’-5’ polimerazy DNA • Bezpośrednia naprawa uszkodzeń  (reversion repair, RR) • Naprawa niedopasowanych nukleotydów (Mismatch Repair, MR) • Naprawa przez wycinanie zasad (Base Excision Repair, BER) • Naprawa przez wycinanie nukleotydów (Nucleotide Excision Repair, NER) • Niehomologiczne łączenie końców (Non-Homologous End Joining, NHEJ) • Homologiczna rekombinacja (Homologous Recombination, HR)

(…)

…: zwielokrotnienie miejsc
przyłączenia dla Rad9 w obrębie
uszkodzenia DNA: fosforylacja H2A i
odsłonięcie zmetylowanej lizyny 79
histonu H3)
Naprawa DNA Cykl komórkowy
a.
b.
c.
d.
Przyłączenie ATM i fosforylacja H2AX
Do ufosforylowanego H2A przyłączają się kompleksy
przebudowujące chromatynę, a przyłączona kinaza ATR
fosforyluje dalej H2AX oraz białka adaptorowe
Histony w pobliżu złamania DNA są usuwane przez kompleksy
przebudowujące chromatynę, które być może odsłaniają
zmetylowaną resztę K79 histonu H3
Ufosforylowana seryna H2A zmetylowana lizyna H3 są
miejscami przyłączenia białek adaptorowych, które wzmacniają
sygnał o uszkodzeniu DNA
7
…
… się w pirymidyny, a
elektron powraca do FADH.
Dimer cyklobutylowy
pomiędzy sąsiadującymi
pirymidynowymi zasadami
•
Mechanizm ten naprawia błędy zrobione
przez polimerazę DNA (stąd wynika
różnica między częstością mutacji
wprowadzanych przez polimerazę DNA in
vitro i in vivo) oraz powstałe w wyniku
deaminacji, oksydacji i metylacji zasad
(zmiany we właściwościach parowania
zasad)
Metylowane są reszty adeniny na N6…
… się z adeniną
zamiast z guaniną)
•
N-alkilowane puryny są podatne na spontaniczną hydrolizę wiązania Nglikozylowego, co powoduje odłączenie puryny i powstanie miejsca
apurynowego AP
Translokacja kompleksu oraz
przyłączenie ekzonukleazy I
Zdegradowana nić wraz z
mylnie wstawionym
nukleotydem jest odtwarzana
przez polimerazę δ
Mutacje w MSH2, PMS2 i MLH1 powodują dziedzicznego niepolipowatego raka jelita grubego…
... zobacz całą notatkę