BIOL MOL 4

Mutacja co to

dziedziczne stałe zmiany w sekwencji zasad DNA.

Czy może być mutacja punktowa? (przykład)

tranzycją (GC -> AT) lub transwersją (GC -> TA)

Co może powodować przesunięcie ramki odczytu kodu genetycznego?

Delefecje i insercje

Mutacje ciche, co robią

Nie wywołują zmiany fenotypowej

Mtacje missensowe co robią?

Zmieniają sens kodonów

Od czego zależy wysoka precyzja replikacji DNA?

od właściwego tworzenia par zasad nici matrycowej i napływających nukleotydów w miejscu aktywnym polimerazy DNA, sprawdzania i korekty włączanych zasad przez egzonukleazę 3'->5' i od fuunkcjowania aparatu naprawy

Co rozumiemy przez wysoką precyzję replikacji DNA?

1 błąd na 10^10 wbudowanych zasad

Głowne produkty naświetlania DNA promieniami Uv?

dimery pirymidynowe

Mutacje chemiczne- co to

Analogi zasad, które mogą ulec niewłaściwemu sprowaniu podczas replikacji DNA

co powoduje kwas azotawy?

deaminację cytozyny i adeniny

Co robią czynniki alkilujące i arylujące?

Wytwarzają zw. addycyjne, które mogę blokować tranksrypcję i replikację oraz powodować mutacje przez bezpośrednią lub pośrednią mutagenezę

Jaka jest większość mutagenów chemicznych?

kancerogenna

Jak jest naprawiana większość uszkodzeń w DNA?

przez mechanizmy naprawy przed przejsciem widelek replikacyjnych

Co jeżeli nie nastąpi naprawa przed przejściem widełek replikacyjnych?

Może dojść do błędnej syntezy DNA z udziałem wyspecjalizowanej polimerazy DNA i 1 lub wiecej niewlasciwych zasad zostanie wbudowana naprzeciw uszkodzenia (mutageneza pośrednia)

mutacja punktowa na czym polega

na zmianie pojedyńczej zasady

Mutacja cicha, co to?

mutacja występująca w niekodującej lub nieregulatorowej części DNA albo w trzeciej pozycji kodonu

Mutacja missensowna

Wynikiem mutacji jest zmiana aminokwasu w produkcie białkowym genu

Mutacje nonsensowne

Mutacje, które powodują powstanie nowych kodonów stop

Co powodują mutacje nonsensowne?

Skracanie produktów białkowych

Co mogą powodować insercje i delecje?

Przesunięcie ramki odczytu

Kiedy może powstać polimorfizm genetyczny?

Kiedy nagromadzi się wiele cichych i nieletalnych mutacji w populacjach

Jakie mutacje mogą prowadzić do nowotworzenia?

Mutacje działające na procesy wzrostu i śmierci komórki

Podstawowy proces przekształcenia leków do nieaktywnych form

to acetylacja i utlenianie

U człowieka najczesta polimorfizmy dotyczą

idoform cytochromu P-450 tj CYP2D6, CYP2C19 lub N-acetylotransferazy

CYP1A1

na chromosiomie 15; mała zmienność genetyczna; wykazują aktywność w keratynocytach (zainteresowanie w leczeniu chorób skóry

!!!); mutacja genu m1 lub m1 i m2 - cyp1a1, u kogo

często u osób z trądziiem pospolitym

mutacja m2 - cp1a1

rak sutka i endometrium;

Udział związków egzogennych - cp1a1, co sprawia?

udział związków egzogennych zwiększa ryzyko raka płuc, przełyku i gruczołu krokowego przez upośledzenie metabolizmy karcynogenów

CYP1A2*1C

zmiejszona aktywność enzymów;

CYP1A2*1F

prowokuje zmiejszenie indukcji genu; kliniczne róznice u Azjatów i Afrykanów

CYP1A2

na chromosomie 15; odpowiada za wątrobowy metabolizm np. paracetamol, teofilina czy neuroleptyki;`Choroby nowotworowe tj rak jądra, trzustki

CYP1B1

– na krótkim ramieniu chromosomu 2; udział w hydroksulacji estrogenów i metabolizmie prokarcynogenów; nowotwory estrogenozależne; zwiększa ryzyko wystąpienia jaskry z otwartą kątem przesączania

CYP2A6

częstość wystąpienia zmutowanych alleli to 3%; zlokalozowany na chromosomie 19; odpowiedzialny za metabolizm np. kumaryny, halotan, disulfiram. nikotynę i inne składniki dymu papierosowego; nie ma powinowactwa z rakiem płuc

CYP2B6

na chromosomie 19; nieprawidłowy alle *5 u 11-14%, a 7* u 3%; odpowiedzialny za metabolizm wątrobowy fenobarbitalu, klotrymazolu i cyklofosfamidy; inhibitorem dla klopidogrelu

znanymi lekami zwiększającymi aktywność enzmymów cyp1a2

fenytoina, omeprazol i karbamazepina;

znanymi lekami zmniejszającymi aktywność enzmymów cyp1a2

cymetydyna i cyprofloksacyna.

CYP2C8

za metabolizm wątrobowy cytostatyków, niesteroidowych lekór przeciwzapalnych, a także antyarytmiczne jak amiodaron; przemiana wąsów aracgudonowego; zaburzenie funkcji tego enzymów powoduje np. nadicninie tętnicze i ostre zespół wieńcowy

CYP2C9

metabolizm leków doustnych antykoagulantów, leki przecwicukrzyczowe, niesteroidowe leki przeciwzapalne czy sartany(losartan; walsartan; irbesartan- metabolizowane; kandesartan eprosartan; olmesartan; telmiartan- niemetabolizowane)

CYP2C18-

zwiększa efektywność omeprazolu,

CYP2C19

omeprazol go inhibituje; działa hamująco na esomeprazol; fluwoksamina, fluksetyna, moklobemid, worykonazol, flukonazol, tyklopidyna

cyp3a4

działą na statyny i kropidofrel; leki metabolizowane: atorwastatyna, lowastatyna i simwastatyna; niemetabolizowane - -rawastatyna i fluwastatyna. Klopidogren aktywowany przez ten cyp wraz z CYP2C19;

genetyczne uwarunkowana wrażliwość na chlorek suksametonium

ten chlorek jest depolaryzującym lekiem zwiotczającym m. szkieletowe; ma bardzo krótki czas działania; najpierw twarza, krtani, miedzyzebrowe, przepona, i pozostałe; działanie po 1min a działąnie 3-6 min;

hipertemia złośliwa

– nie spowodowa działaniem jednego leku, temp ciała 43-44 stopni; mutacja genu 19q13.1 jest przyczyna; zmutowana forma uwalnia wapni do cytoplazmy; co powoduje napiecie mieśni, drżenia mięśniowe; dziedziczona autosomalnie dominująco

jakie leki - hipertermia złośliwa

wyzwalają ją anestetyki wziewne (halotan, izofluran, enfluran, eter dwuetylowy); anestetyki dożylne (ketamina), leki zwiotczające (suksametonium, deksametonium, galamina), glikozydy naparstnicy;

akatalazemia (choroba Takahary) i hipokatalazemia

gen zlokalizowany na krótkim ramieniu 11 (11p13); dziedziczony autosomalnie recesywnie!!!; obajwy: owrzodzenie śluzówek jamy ustnej, owrzodzenie podudzia i skłonność do wczesnego wypadania zębów

metabolizm alkoholu etylowego - I etap

pierwszy etap utleniania etanolu jest katalozowany przez ADH 1 i ADH2 (objawy zaczerwienie skóry; bóle głowy; psabienie, nudnośći, bóle brzucha i hipotonia);

metabolizm alkoholu etylowego - II etap

drugi etap zachodzi przy dehydrogenazie aldehydowej cytoplazmatycznej (ALDH1) i mitochondrialnej (ALDH2); produktem jest kw octowy który przechodzi do acetylokoenzymu A;

porfilie

jest wątrobowa i erytropoetyczna; ostra porfilia przerywana (OPP)- dziedzczona autosomalnie dominująco

krzywizna oporna na wit D3-

mutacja genu VDR odpowiada za powstawanie krzywicy opornej na wit d3 i jest dziedziczona dominująco z sprzężeniu z chromosmie X!!!; inna przyczyna może być niedobór hydroksylaz odpowiedzialnych za proces aktywacji wit d3

ekogenetyka

– jedna z dziedzin jest nutrgenomika – zajmują się uwarunkowanymi genetycznie reakcjiami organizmu na obecne w diecie składniki pokarmowe

niedobór dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej- G6PD odpowiedzialny za...

powstawanie głownego czynnika redukującego w komórkach czyli NADPH;

niedobór dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej- G6PD: gdzie, co robi

zlokalizowany na X (Xq28); skróca czas przeżycia erytrocytów; obajwami są żółtkaczka u niemowląt i ostra lub przewleka żółtaczka hemolityczna; spożycie bobu (VICIA faba) i innych strączkowych mogą to powodować;

niedobór α-1-antytrypsyny

jest głownym osoczowym enzymem o aktywnośći antyproteazowej; gen PI kodujący syntezę α-1-antytrypsyny jest zlokalizowany na 14 (14q32.1);

niedobór α-1-antytrypsyny, a homozygoty recesywne

homozygoty recesywane są narażone na działąnie enzymów proteolitycznych pochodzących z własnego ukłądu odpornościowego, jak i uwalnianych przez bakterie w obrebie dolnych dróg oddechowych

niedobór paraoksonazy, jaki gen

gen PON1 zlokalizowany na 7 (7q22) i jest sprzężony z genem CFTR (7q31-q32) odpowiedzialny za syntezę błonowego kanału chlorkowego, którego mutacja prowadzi do mukowiscydozy!!!. w enzymie o niskiej aktwynosci w pozycji 191 argininę zastępuje glutamina

niedobór paraoksonazy

w wyniku zatrucia obajwy związane z nadmiarem ilością acetylocholiny (silna stymulacja ukł przywspółczulnego); objawy to ślinotok, nadmierna produkacja śluzu w drzewie oskrzelowym, bradykardia, drżenie i skurcze mięśniowe;

hemochromatoza

dziedzczona autosomalnie recesywnie!!!; gen HFE lokalizacja na chromosmie 6 (6p21.3); w wyniku mutacji zwiększa się wchłanianie żelaza z pożywki;

hipolaktazja (niedobór laktazy)

kontrolowana przez 3 allele (L- całe życie; l1 – brak w okresie dorosłym; l2 – wgl nie ma)

Fenyloketonuria

dziedzicozna autosomalnie recesywnie (12q24.1); przyczyną jest uszkodzenie genu kodującego hydroksylaże fenyloalaniny przekształcającej fenyloalaninę w tyrozynę; nieleczenie powoduje ciężkie upośledzenie umysłowe

wrażliwość smaku na fenylotiomocznik

występuje w wielu jarzynach; warunkuje tą wrażliwość gen dominujący T; homozygota recestwna nie będzie odczuwać tego smaku; osoby odczuwające gorzki smak PTU wykazują mniejszą skłonność do palenia papierosów i picia napojów alkoholowych

celiakia-

wywołana brakiem swoistej aminopeptydazy; gliadyna jeden ze składników glutenu nie zostaje rozkładana do aminokwasów; w efekcie zanikają kosmki, pojawiają się nacieki komórek plazmatycznych, a w dalszej kolejności obajwy zespołu złęgo wchłaniania

stosowanie węglanu litu może prowadzić do

powstania wad serca, w tym koarktacji aorty i zespołu Ebsteina

jakie leki - atak porfirii

lekami króre mogą powodować ten atak to: barbiturany, sulfonamidy, leki przecwibólowe, antybiotyki, alkaloidy sporyszu, etanol, doustne środki antykoncepcyjne;

Transpozony

(sekw. ruchome) - fragmenty DNA zdolne do przemieszczania się w obrębie genomu, bezpośrednia transpozycja (bez etapu RNA), sekw. ruchome

retrotranspozony

przemieszczają się w genomie nie tylko w obrębie jednej komórki, sekw. ulegają odwrotnej transkrypcji i w postaci DNA integrują się z genomem w nowym miejscu

retropozony

przemieszczają się w genomie w obrębie komórki, mechanizm ten sam jak u retrotranspozonów

Satelitarny DNA

podczas ultrawirowania w gradiencie gęstości CsCl bardzo lekki lub bardzo cięzki 3 frakcje satelitarne: satelitarny I - lekki, ↑ A+T satelitarny II, satelitarny III - ciężki, ↑ G+C

Satelitarny DNA, gr I

heterogenna grupa powtórzeń 5 pz., głw. skł. frakcji II i III (np. w heterochromatynie ramion q chromosomu Y)

Satelitarny DNA, gr II

↑ A+T, głw. skł. frakcji I, grupa powtórzeń 17 pz (typ A) lub 25 pz (typ B) (np. ramiona q chromosomu Y)

satelitarny DNa, gr III

↑ G+C, grupa powtórzeń 70 pz lub 140 pz, ok. 4000 kopii

Satelitarny DNA, gr IV

regiony centromerowe wszystkich chromosomów, 3% genomu człowieka

Satelitarny DNA, gr V

grupa powtórzeń 2400 pz, ramiona q chromosomu Y

minisatelity

sekw. satelitarne o ↓ liczbie powtórzeń, np. intron genu mioglobiny (4 powtórzenia sekw. 33 pz)

Izochory

długie liczące ponad 300 000 pz regiony DNA o homogennym składzie zasad azotowych

rodziny izochor

podział ze względu na zawartość i sumę par G+C oraz gęstość (wykazaną w wirowaniu z Cs 2 SO 4 w obecności soli Ag)

L1 i L2, izochor

62% genomu człowieka - rodziny izochor lekkich (↓ G+C), niska gęstość genów

H1 i H2, izochor

31% genomu człowieka - rodziny izochor ciężkich (↑ G+C)

izochor h3

3-4% genomu człowieka - rodziny izochor ciężkich (↑↑↑ G+C), najwyższa zawartość genów (20x większa), „rdzeń genomu”

wyspy CpG

rejony niezmetylowane, wielkość 1 kb, występuje deoksycytydyna i deoksyguanozyna - dinukleotydy CpG, ↑ wrażliwe na restryktazy, G+C = 65% prawdopodobnie regiony promotorowe, oddziałują z czynnikami transkrypcyjnymi, głównie w cytogenetycznych prążkach R

Zawartość poszczególnych rodzin izochor a prążki chromosomalne - g

głównie z L1 i L2

Zawartość poszczególnych rodzin izochor a prążki chromosomalne -r

prążki T zbudowane z H2 i H3, prążki R’ głównie H1, podklasy: T’ głównie H3 i H2, R” brak H3 i H2

Zawartość poszczególnych rodzin izochor a prążki chromosomalne - t

46-58% genomu człowieka, ↑ aktywność transkrypcyjna, ↑ wysp CpG

mtDNA dziecka (matka ojciec)

99,9% mtDNA matki + 0,1% mtDNA ojca

mitochondrium, a dna

śr. 1000 mitochondriów w pojedynczej kom. Somatycznej, najwięcej w kom. włókien mięśniowych, nerek

mtDNA

nie ulega rekombinacji, trudno go naprawić, ok. 10x więcej mutacji w mtDNA niż w jądrowym (głw. mutagen to wolne rodniki tlenowe), dwuniciowy, kolisty, 16 569 pz

region intercistronowy

87 pz, reszta genów leży bez przerw (duża oszczędność)

overlap/nadpisanie jednaj zasady

ostatnia zasada jednego genu jest również pierwszą kolejnego

ile genow koduje RNA?

22

sekwencjonowanie dubeltówkowe

pocięcie badanego DNA na ↑↑↑ fragmentów, sekwencjonowane, dopasowywanie „tekstów” poszczególnych fragmentów przeprowadzane komputerowo, metoda jest szybsza

Mapowanie genomu

przypisanie konkretnym genom określonych pozycji na chromosomach

mapa genetyczna

pomiar tendencji dwóch nieallelicznych genów do wspólnego segregowania podczas mejozy (identyfikacja sprzężeń)

mapa cytogenetyczna

odzwierciedlają pasmowy ukł. prążków w zależności od stosowanej metody wybarwiania, np. FISH (dokładność ok. 100 tys. pz)

mapa fizyczna

ukazują położenie genu w specyficznym miejscu na chromosomie, wymagają bezpośredniego badania DNA, mają różną rozdzielczość

co wykorzystują mapy genetyczne?

wykorzystują markery genetyczne (np. RFLP, SSLP, SNP) do identyfikacji locus częstość z jaką dwa geny są rekombinowane jest wprost proporcjonalna do ich odległości na chromosomie

Krzyżówki wielopunktowe

przeprowadzane w mapowaniu genetycznym, jeśli jest możliwość eksperymentów hodowlanych umożliwia ustalić pojedynczy i podwójny crossing-over częstość podwójnych crossing-over jest iloczynem pojedynczych crossing-over dwóch sąsiednich obszarów chromosomu

współczynnik koincydencji

(K) - stosunek częstotliwości wykrytych podwójnych crossing-over do częstości obliczonej z ww. iloczynu (oczekiwana częstość) K< 1 koincydencja pozytywna, K> 1 koincydencja negatywna, interferencja całkowita - podwójny crossing-over nie zachodzi K=0

logarytm ilorazu szans (lod score)

metoda oparta na pomiarze serii prawdopodobieństw, czy geny są sprzężone

Mapy fizyczne

11. Mapy fizyczne jednostka mapowania fizycznego - para zasad (bp) zazwyczaj wstępny etap do sekwencjonowania genomu najczęściej stosowane: mapowanie restrykcyjne, mapowanie STS

Mapowanie restrykcyjne

stosowanie enzymów restrykcyjnych (najczęściej dwóch), cięcie nici DNA w określonych miejscach układ miejsc restrykcyjnych jest unikatowy - ich obraz jest charakterystycznym znakiem danego odcinka genomu

Mapowanie miejsc zaznaczonych sekwencyjnie (STS)

przypisywanie określonym odcinkom genomu sekw. unikatowych (zazwyczaj 100-150 bp, VNTR/STS)

est

unikatowa sekwencja, która znajdzie się w analizowanym genomie

Rekombinacja homologiczna u e coli

Homologiczna (HR) - za nią odpowiada crossing-over kontrolowana u E. coli przez białka - kompleks RecBCD (helikaza i nukleaza), przygotowuje DNA do rekombinacji, rozplątuje, oddziela nici SSB stabilizuje ssDNA DNA łączy się z RecA

Rekombinacja niehomologiczna

mikrohomologia, homologiczne fragmenty 1-6 pz, blisko miejsca pęknięcia ułatwia łączenie wolnych końców

Rekombinacja zlokalizowana

dotyczy wymiany niehomologicznych, ale specyficznych fragmentów katalizowana przez białka rozpoznające specyficzne sekw. zasad

Rekombinacja transpozycyjna

proces z wykorzystaniem zasad rekombinacji, prowadzi do przeniesienia fragmentu DNA (transpozonu) w inne miejsce. transpozony DNA przenoszone replikatywnie lub konserwatywnie

transpozony złożone

para elementów IS, zawierają gen kodujący np. oporność na antybiotyk np. tetracyklinę

transpozony RNA

(retroelementy) przenoszą się za pośrednictwem kopii RNA, tylko u eukariotów 2 typy: mające długie powtórzenia końcowe (LTR), nie mające LTR

Mutacje genowe

zmiana sekw. nukleotydów

tranzycja

puryna → puryna, pirymidyna → puryna

transwersja

puryna → pirymidyna, pirymidyna → puryna

Mutacje chromosomowe

zmiana struktury chromosomów

delecja

utrata fragmentu chromosomu, terminalna/interstycjalna miejsca kruche: 2q13, 10q25.2, Xq27.3 rodzaje: konstytutywne (powszechne), dziedziczne (rzadkie)

translokacja

przemieszczenie fragmentu chromosomu, np. robertsonowskie (dot. chromosomów akrocentrycznych: 13, 14, 15, 21, 22) chłoniak Burkitta, wzajemne

anueploidie

zwiększenie/zmniejszenie liczby chromosomów o pojedyncze chromosomy

euploidie (poliploidie)

euploidie (poliploidie)

Czynniki mutagenne

indukują powstawanie mutacji spontanicznych

Fizyczne

promieniowanie jonizujące: X, α, β, γ, kosmiczne, protony i neutrony emitowane przy rozpadzie promieniotwórczym

trwałe stosowanie małych dawek, a czynniki mutagenne

liczba indukowanych mutacji jest mniejsza niż przy jednorazowym napromieniowaniu

Czynniki mutagenne fizyczne

promieniowanie jonizujące: X, α, β, γ, kosmiczne, protony i neutrony emitowane przy rozpadzie promieniotwórczym

Czynniki mutagenne chemiczne deaminujące

pochodne HNO 2 , dwusiarczan sodowy, hydroksylamina (NH 2 OH)

Czynniki mutagenne chemiczne alkilujące

metylosulfonian metylu (MMS), sulfonian dietylowy, sulfonian etylometylowy, iperyt azotowy, etylonitrylozomocznik

chemiczne analogi zasad azotowych czynniki mutagenne

2-aminopuryna, 5-bromouracyl

czynniki mutagenne chemiczne czynniki interkalujące

akrydyna, oranż akrydynowy, akryflawina - prowadzą do nieprawidłowej replikacji i delecji/insercji

reaktywne formy tlenu i wolne rodniki czyniki mutagenne

rodnik hydroksylowy, nadtlenek wodoru

chemiczne czynniki mutagenne policykliczne węglowodory aromatyczne

benzo[a]piren - powstają z kreatyniny, cukru i aminokwasu pod wpływem ↑ temp. (smażenie mięsa)

chemiczne czynniki mutagenne leki stosowane w chemioterapii

bulsulfan, cyklofosfamid, aminopteryna, aktynomycyna C i D

produkty pirolizy aminokwasów, chemiczne czynniki mutagenne

mikotoksyny (np. aflatoksyny), środki konserwujące (np. azotyn sodowy)

Czyniki biologiczne mutagenne

wirusy: DNA - Herpes virus, Papilloma virus, wirusy: RNA - retrowirusy

Mechanizmy naprawy DNA naprawa DNA:

kompletna, niekompletna (wtedy powstają mutacje genowe lub aberracje chromosomowe)

najważniejsze enzymy: mechanizmy naprawy DNA

polimerazy DNA, glikozylazy DNA, topoizomerazy, helikazy, endonukleazy apurynowe/apirymidynowe, ligazy DNA, fosfatazy DNA

Dna łącznikowe czy rdzeniowe szybciej się regneruje?

dna łącznikowy

Bezpośrednia rewersja (odwrócenie reakcji) uszkodzenia

jednoetapowo: bezpośrednia rewersja i/lub rekombinacja dwuetapowo: wycięcie zepsutego i synteza naprawcza

metylotransferaza MGMT

bezpośrednia naprawa DNA, katalizuje przeniesienie gr. alkilowej z at. O 6 guaniny na cysteinę

alkilotransferaza

pobrana gr. alkilowa przeniesiona na enzym inaktywuje go najwyższy poziom ekspresji: kom. wątroby, najniższy: kom. prekursorowe szpiku u E. coli wprowadzone gr. alkilowe usuwa enzym Ada

fotoreaktywacja przez fotoliazy (50-55 kDa)

rozłączanie dimerów pirymidynowych przy udziale światła 400-500 nm

fotoliazy zawiera dwa chromofory, np?

np. FADH -, metylonylo-tetrahydrofolian (MTHF), 8-hydroksy- deazoflawina (8-HDF) - absorbcja kwantów

Usuwanie błędnie sparowanej zasady

identyfikacja poprawnie zsyntezowanej nici. u e. coli->stopień metylacji DNA, u euk. przerwy w ciągłości nici potomnej

MutS

rozpoznaje błędnie sparowanej zasady, insercja i delecja do 4 nukleotydów

geny mutatorowe

kodują białka uczestniczące w rozpoznaniu i naprawie

MutL

stabilizuje kompleks MutS-DNA, odpowiada za połączenie z białkiem MutH

MutH

przyłącza się naprzeciw najbliższej zmetylowanej adeniny w nici rodzicielskiej, nacina potomną

UvrD

helikaza II, rozkręca nić

egzonukleaza

wycina zły fragment

Pol DNA III

dosyntetyzowuje odpowiedni fragment

Naprawa przez wycinanie zasad azotowych (BER)

podlegają zasady poddane: deaminacji - uracyl, hipoksantyna utlenieniu - glikol tyminy, 8-hydroksyguanina alkilacji - 3-metyloadenina, 7-metyloguanina lub niesparowane

N-glikozylazy monofunkcyjne i dwufunkcyjne

rozpoznają uszkodzone zasady i usuwają je, powstają miejsca AP (apurynowe/apirymidynowe) endonukleaza działa na miejsca AP i poszerza lukę, uzupełniana przez polimerazę

Naprawa przez wycinanie nukleotydów (NER)

bardziej złożony od BER, wymaga ATP mogą być usunięte: fotodimery pirymidyn, objętościowe addukty, uszkodzenia zaburzające konformacje DNA

Naprawa wiązań krzyżowych

U E. coli - NER + rekombinacja homologiczna U ssaków: nukleaza XPF∙ERCC1 w obecności RPA trawi jedną z poprzecznych nici 3’→5’ (powstaje: wewnątrzniciowy dwunukleotydowy zw. addycyjny i dwuniciowe pęknięcie)

Odpowiedź SOS

prokarioty, uruchamiany po powstaniu ↑ uszkodzeń, które blokują działanie kompleksu replikacyjnego bierze udział ok. 20 genów. jest systemem mutagennym - po naprawie może pozostawić błędy. kompleks UmuD-UmuC - polimeraza DNA V

RecA

aktywator odpowiedzi SOS, pokrywa uszkodzony jednoniciowy DNA, umożliwia działanie ww. kompleksowi

polimeraza DNA III

kontynuuje replikację po ominięciu uszkodzonego fragmentu

Xeroderma pigmentosum (XP)

autosomalna recesywna, wrażliwość na światło ☼, wadliwy mechanizm NER,

XP-V

podobny klinicznie do XP, NER działa prawidłowo, uszkodzenie genu kodującego polimerazę η (prawidłowa wbudowuje dAMP naprzeciwko T-T)

SNP

zmiany polegające na modyfikacji 1 nukleotydu w danym miejscu genowym u niespokrewnionych osob, dotyczy głownie genów niekodujących (ich wpływ na fenotyp jest znikomy lub żaden)

zmienność fluktuacyjna

daje się określić w jednostkach miary (wzrost, waga, IQ, liczba erytrocytów, pigmentacja skóry, włosów)

Kiedy dochodzi do rekombinacji?

dochodzi w momencie pęknięcia nici DNA i wymiany frag miedzy cząsteczkami DNA lub chromosomami homologicznymi • rekombinanty mogą pojawiać się po mitozie, mejozie i w procesie koniugacji u bakterii

Rekombinacja homologiczna (HR)

=ogólna –gdy rekombinujące cząsteczki mają identyczną lub b. podobną sekwencję nukleotydową

Rekombinacja a allele

rekombinacje nie prowadząc do powstawania nowych alleli genów, ale do ich tasowania i powstawania nowych kombinacji

Rekombinacja Prokariota

u Prokariota rekombinacja następuje w wyniku: losowego doboru koniugatów; rekombinacji zlokalizowanej, transpozycyjnej i homologicznej w czasie koniugacji

Eukariota rekombinacja

może zajść w wyniku: losowego doboru osobników rodzicielskich; losowej segregacji chromosomów w spermatogenezie i oogenezie; losowego łączenia się gamet; rekombinacji homologicznej (crossing-over), zlokalizowanej i transpozycyjnej

rekombinacja homologiczna

zachodzi pomiędzy homologicznymi cz. DNA (fragmenty na ch. homologicznych) albo 2 częściami pojedynczego chromosomu

rekombinacja nieuprawniona-

crossing-over miedzy cząsteczkami niehomologicznymi

znaczenie rekombinacji u Eukariota

:usuwanie dwuniciowych pęknięć DNA, utrzymanie stabilności widełek replikacyjnych, mejotyczna segregacja chromosomów, zachowanie telomerów

rekombinacja homologiczna u E. coli

katalizowana jest przez białka kodowane w genach rec

kompleks białkowy RecBCD

odpowiada za przygotowanie niezbędnego do rekombinacji jednoniciowego DNA (ssDNA)

kompleks RecBCD

ma aktywność helikazy i nukleazy dlatego może rozcinać i napinać dwuniciowy DNA (sdDNA)

proces rozplatania DNA

dzięki hydrolizie ATP jest szybszy niż ponowne łączenie się nici

miejsce χ(chi)

zawiera sekwencję 5’-GCTGGTGG-3’ – w tym miejscu dochodzi do nacięcia nici i powstania ssDNA

kolejny etap to przyłaczanie białka SSB

stabilizuje ssDNA i zabezpiecza przed tworzeniem się struktur „spinki do włosów” przed zawiązaniem się RecA

związanie białka RecA

powoduje wytworzenie filamentu, spiralnie zwiniętego 1-niciowego DNA

kompleks ssDNA-RecA

ma zdolnośc do wiązania się z sdDNA -> dzięki temu możliwe jest szukanie w sdDNA miejsc homologicznych

podczas owijania się jednej nici wokół drugiej tworza się

napięcia torsyjne, które znosi topoizomeraza I

RuvA i RuvB

proces wzajemnego przemieszczania się nici katalizują bialka

struktury typu Hollidaya

rozcina białko RuvC, następnie ligaza łączy wolne końce

ssbDNA

pekniecie jednej nici.

dsbDNA

pekniecie obydu nici

białka biorące udział w HR

RAD 52 (RAD50, RAD51, RAD52, RAD54, RAD57, RAD59, RDH54 I XRS2) – białka te należa do rodziny białek SMC; nukleazy (Mre11, Exo1, Sae2, Rad1-Rad10), helikazy Sgs1 i Srs2, topoizomeraza III. polimeraza Pol32 i ligazy

inne mediatory w kom eukariotycznych

białka BRCA1 i BRCA2

w rekombinacji niehomologicznej obróbką wolnych końców zajmują się

Nbs1 Mre11 Rad50,

rozpoznawaniem wolnych końców dwuniciowego pęknięcia DNA zajmują się

Ku70 i Ku80

kompleks Ku70/Ku80, jaka budowa

kompleks ten jest heterodimerem i wchodzi w skład zależnej od DNA serynowo – treoinowej kinazy białek DNA-PK

kompleks ku70/ku80 co robi

który zabezpiecza wolne końce przed działaniem nukleaz oraz przyciąganiem kolejnych białek biorących udział w NHEJ

kompleks białka RAD50

rekombinazy wykazujące zdolności ATPazy: MRE11 – egzonukleaza ukierunkowana 3’-> 5’ oraz białko NBS1 – łaczy DNA; kompleks ten ulatwia wiązanie obu końców nici DNA

Rekombinacja zlokalizowana

dotyczy wymiany niehomolohicznych, ale specyficznych fragmentow • katalizowana przez białka rozpoznające specyficzne sekwencje zasad

zmienne rejony genów lancucha lekkiego immunoglobulin

powstają w wyniku polaczenia genów V i J, a łańcuch ciezki V, D i J -

plazmidy

są replikonami i mogą podlegać replikacji niezależnie od zachodzenia tego procesu w DNA gospodarza

Rekombinacja transpozycyjna

nie jest to rodzaj rekombinacji tylko proces, który wykorzystuje rekombinacje do przenoszenia fragmentow DNA z jednego miejsca w genomie w inne

transpozony DNA które przenosza się replikatywnie

– pierwotny transpozon pozostaje na swoim miejscu a jego nowa kopia pojawia się w innym miejscu w genomie

transpozony DNA, które przenoszą się konserwatywnie

transpozycja niereplikacyjna – pierwotny transpozon przemieszcza się na nowe miejsce w procesie wycięcia i wklejenia

transpozony RNA – retroelemnty,

przenoszą się za pośrednictwem kopii RNA – są cechą charakterystyczna Eukariota i nie odkryto ich u Prokariota – dziela się na majace długie powtorzenia LTR i LTR bez powtorzen

najprostszy przykład transpozonów DNA

sekwencje insercyjne IS u Prokariota np. u E. coli – kodują enzym transpotazę, która katalizuje transpozycję

transpozony złożone

są parą elementów IS – zwykle zawierają geny o odporności na antybiotyki np. tetracyklinę

u człowiek transpozycji podlegają geny

krótkie rozproszone elemnty SINE, długie rozporoszone elemnty LINE, retroelementy LTR i transpozony DNA

mutacje nienaprawione

są przekazywane potomstwu

mutacje spontaniczne

bledy wymykające się spod kontroli polimeraz DNA syntetyzujących nowe lancuchy polinukleotydowe; najczescie powodowane bledami podczas replikacji lub samorzutna modyfikacją zasad azotowych

mutacje indukowane

w wyniku działania mutagenu na czDNA

hemonoglobinopatie

(Hb M-Boston: alfa 58His-> Tyr, Hb Koln: beta 89Wal-> Met, Hb S: beta 6Glu-> Wal, HbC: beta 6Glu-> Liz)

Translokacje

to przemieszczenie fragmentu z jednego chromosomu do drugiego • najczęściej przebiegają miedzy 2chromosomami, ale może być ich więcej • translokacja miedzy chromosomami niehomologicznymi = wzajemna – najczęściej dotycza dwóch, rzadziej trzech chromosomow

typem translokacji wzajemnych są t. robertsonowskie

typu fuzji – mogą być zrownowazone i niezrownowazone

translokacje robertsonowskie

u człowieka dotyczą chromosomów akrocentrycznych grupy D (13,14,15) i G(21,22)

chłonniak Burkitta

spowodowany translokacją wzajemną między chromosomami 8 i 14 t(8;14)

zespół Downa

wynika z translokacji niezrównoważonej obejmującej chromosom pary 21

w t. robertsonowskich zrównoważonych

nie zmienia się ilość materialu genetycznego tylko jego lokalizacja -> człowiek w wyniku takiej translokacji ma 45 chromosomów i brak objawow fenotypowych

u nosicieli t. wzajemnych zrównoważonych

(obejmujących ch. akrocentryczne jak i pozostale pary) mogą powstawać gamety z niezrownowazonym materialem, które będą przekazywane potomstwu

w t. niezrowonowazonej

ilość mat. genet. jest powiekszona o dodatkowa kopie translokowanego chromosomu chociaż liczba chromosomow wynosi 46; dochodzi do zaburzen fenotypowych

niektóre miejsca chromosomu maja szczególna łamliwość, JAKIE?

miejsca kruche genomu: 2q13 , 10q25.2 , Xq27.3 , chromosomy: 6, 9, 12, 20 – miejsca szczególnie wrażliwe na działanie mutagenów i karcerogenow

Chromosom dicentryczny

zawiera 2 centromery • podczas mitozy rozrywa się na 2 czesci do komorek potomnych • chromosomy dicentryczne w kom. somatycznych człowieka sa wynikiem narazenia na silne mutageny chemiczne

Mutagenne działanie związków chemicznych

np. deaminacja adeniny prowadzi do wytworzenia hipoksantyny, która łączy się z cytozyna - > prowadzi do zamiany w czasie 2 cykli replikacyjnych pary AT na GC

deaminacja cytozyny

prowadzi do powstania uracylu -> prowadzi do zamiany par CG na AT

hydroksylamina NH2OH

reaguje z cytozyna zamieniając ja na uracyl co prowadzi do tranzycji C->T

związki alkilujące

powodują najczęściej alkilacje guaniny w pozycji N7 i adeniny w N3 -> powoduje to osłabienie wiązania z pentozą i depurynizajcę DNA -> może w tym miejscu dojść do tranzycji albo transwersji

barwniki akrydynowe

wnikają miedzy pary zasad azotowych-> deformują strukturę- > prowadzą do delecji lub insercji

dlugotrwale gotowanie/smażenie miesa w temp pow 150stopni

-> piroliza aminkowasow -

nitrozaminy

powstają w reakcjach II i IIIrz amin z azotynami glownie przez N2O3; czynnikiem hamującym jest kwas askorbinowy

Mutagenne działanie czynników fizycznych

reaktywne formy tlenu i wolnych rodników: nadtlenek wodoru, anionorodnik ponadtlenkowy, rodnik hydroksylowy, nadtlenkowy rodnik lipidowy (LOO), nadltenkowy rodnik azotowy (NOO), tlenki arenów

promieniowanie UV powoduje zmiany w

w pirymidynach – glownie wytwarzanie dimerow pirymidynowych T-T i C-C i C-T, glownie powoduje tez tranzycie i transwersje

Usuwanie błednie sparowanej zasady czego dotyczy

dotyczy usuwania błędów replikacyjnych, których nie usunęły polimerazy; błędów z replikacji; błędów przez działanie zw. chem.

UvrD

helikaza II; rozkreca nic DNA od miejsac rozcięcia przez MutH do miejsca blednego sparowania

u człowieka homologami bakteryjnych:

MutSalfa i MutSbeta sa białka hMSH2, hMSH3, hMSH6 a MutL – hMLH1. hPMS2, hPMS1

Naprawa przez wycinanie zasad azotowych

naprawie tej podlegają zasady azotowe uszkodzone w procesie alkliacji, deaminacji, utleniania lub zasady niesparowane • jest to naprawa przez wycinanie zasad BER

glikozylazy DNA

wyciagaja uszkodzona zasade i wbudowują do centrum aktywnego enzymu

komórki ssaków czynniki naprawcze

RPA, XPA, XPC WFIIH, XPG, XPF ERCC1)

Zespół Cockayne’a

CS • dziedziczona autosomalnie recesywnie • spowodowany mutacją w genie ERCC8 zlokalizowanym na chromosomie 5 - 5q11, gen ten koduje 8 białek do naprawy w systemie NER (CS-A); mutacja w genie ERCC6 na chromosomie 10 10q11 – CS-B

Zespół Blooma = BS

dziedziczony autosomalnie recesywnie • występuje najczęściej u Żydów aszkenazyjskich

Zespół Wernera

dziedziczony autosomalnie recesywnie • spowodowany mutacja w genie WRN – w chromosomie 8 – 8p12-p11.2; gen ten koduje bialko WRN zbudowane z 1432 aminokwasów • komórki bardziej podatne na mutacje, więcej uszkodzonych miejsc

Ataksja – teleangiektazja = zespół Louise-Bar

dziedziczona autosomalnie recesywnie • mutacja w genie ATM na chromosomie 11 – 11q22-23, którego produktem jest kinaza ATM - serynowo-treoninowa

Zespół Nijmegen = NBS

dziedziczona autosomalnie recesywnie; objaw mutacji w genie NBS1 zlokalizowanym na ch. 8 – 8q21 • gen ten koduje bialko nibrynę, która wchodzi w skład kompleksu dwuniciowych pekniec DNA powstałych glownie w wyniku promieniowania jonizującego

Kompleks białkowy REC BCD wykazuje aktywność... i dzieki temu

helikazy i nukleazy, dzięki czemu może rozplatać i nacinać dwuniciwoy DNA (dsDNA_

Proces rozplatania dsDNA zachodzi dzięki

hydrolizie ATP

Po spotkaniu miejsca chi przez recBCD

dochodzi do nacięcia nici w pobliżu tego miejsca i powstania fragmentu ssDNA

SSB stabilizuje

1-niciowy DNA

Białko SSB zabezpiecza... przed...

ssDNA przed tworzeniem struktur typu spinka do włosów do czasu związania z RecA

Związanie białka RecA z ssDNA powoduje

wytworzenie filamentu, spiralnie zwiniętego 1-niciowego DNA

Kompleks ssDNA-RecA ma zdolność

parowania z 2niciowym DNA

Dzieki kompleksowi ssDNA-RecA możliwe jest

przeszukiwanie 2niciowego DNa w celu znalezienia miejsc homologicznych

ssDNA-RecA po odnalezieniu sekwencji komplementarnych

nić dokonująca inwazji wypiera stara nić i powstaje pętla D. Do tego procesu jest wykorzystywana energia z hydrolizy ATP.

Podczas owijania się jednej nici DNA wokoł drugiej powstają

napięcia torsyjne, które znosi enzym topoizomeraza I

Proces wzajmnego przemieszczania się nici katalizuj

białka RuvA i RuvB, wykorzystujące energię z ATP

Połączenia typu Hollidaya rozcina

nukleaza RuvC; następnie ligaza DNA odpowiednio łączy wolne końce

Model Hollidaya to inaczej

Model rekombinacji homologicznej, model Meselona-Raddinga

Zasadniczym elementem modelu Hollidaya/Messelsona-raddinga jest

tworzenie się heterodupleksu w wyniku wymiany fragmentów polinukleotydowych między dwiema homologicznymi cz. DNA

Transpozony DNA, które przenoszą się replikatywnie

pierwotny transpozon pozostaje na miejscu, a jego nowa kopia pojawia się w innym miejscu w genomie

Transpozony DNA, które przenoszą się konserwatywnie (transpozy. niereplikacyjna)

Pierwotny transpozon przemieszcza się w nowe miejsce w procesie wycięcie i wklejenia

Transpozony RNA

przenoszą sięza pośrednictwem kopii RNA

Transpozony RNA są cechą charakterystyczną

genów eukar., nie zostały odkryte u prokariotów.

Kategorie transpozonów RNA

a) mające długie potwórzenia końcowe (LTR), b) niemające powtórzeń końcowych

Usuwanie błędnej sparowanej zasady; jakie sekwecje u e. coli?

5'GATC3' ->6metyloadenina, 5'CCAGG3' -> 5metylocytozyna

Usuwanie błędnej sparowanej zasady; u e. coli, w nowo syntetyzowanej nici

nie będzie zmetylowanych sekwencji

Usuwanie błędnej sparowanej zasady u eukariota:

Przerwy między fragm. Okazaki na nici opóźnionej i między miejscami starterowymi w nici prowadzącej

Polimeraza DNA V

2 Umud + 1 Umuc

Na każdym końcu elementu IS znajduje się

para odwróconych powtórzeń długości 9-41 pz.