DNA reparasjon

Seter i DNA som kan modifiseres kjemisk

Spontan hydrolyse

Angrep av reaktive oksygenmolekyler (ROS)

* Nukleofile sentere som lett reagerer med eksogene

og endogene elektrofile forbindelser, f. eks. alkyleringsmidler

DNA skader

1. Base-endringer. Deamineringer, alkyleringer, dimeriseringer

2. Trådbrudd.Enkle og doble brudd i fosfodiester-kjeden

3. Kryssbindinger.

4. Mismatches.Inkorporering av feil nukleotid ved replikasjonEndring av en base (se punkt 1.)

1. Base-endringer.

- Basen faller ut pga. angrep på den glykosidiske bindingentil sukkeret (AP-seter). Spontan og svært hyppig.

- Deaminering (C U).

- Oksydative skader (8-oxo-G)

- Alkylering (3-metyl-A, O6-metyl-G)

- Strålingsinduserte (TT-dimerer)

G C

O6met-G T

Metylering av Guanin i O6-posisjoner mutagent

Induction of thymine dimers by ultraviolet light

2. DNA Trådbrudd

- Enzymatisk (ved reparasjon, replikasjon, rekombinasjon)

-Ytre påvirkning (kjemikalier, ioniserende stråling).

3. Kryssbindinger

Innen samme tråd (intrastrand)

Mellom to tråder (interstrand)

Eller addukter til andre molekyler.

Induseres av kjemikalier og av

kjemikalier + lys.

4. Mismatches

To baser som ikke baseparer.

Utfordringen er å finne hvilken som er feil

og fjerne den.

Introduction of a mismatch

Metoder til å reparere base-skader

Fjerne et addukt

Fjerne den skadde basen

Fjerne en lengre sekvens

Mekanismer for DNA reparasjon

1. Direkte reversering

Et enzym – fotolyase – binder seg til

tymin-dimeren og splitter den.

Energi: absorbert synlig lys.

Et addukt (typisk en metylering) overføres

til et reparasjons -”enzym”.

Ada – et selvmordsenzym

Ada-proteinet (E. coli) gjenkjenner metylerte baser

(3-metyl-adenin) og overfører metyl-gruppen

til seg selv. Proteinet kan da IKKE brukes om igjen,

og er strengt tatt ikke et enzym.

Ada som en sensor for alkyleringsskader

2. Nucleotide excision repair

Substrater for UvrABC endonuklease i E. coli

Excision repair in higher eukaryotes

Xeroderma Pigmentosum

En sykdom der pasientene har en genetisk defekt

i Excision Repair.

Symptomer:

Nevrologiske problemer, ekstrem følsomhet forlys,

høy frekvens av kreft.

Excision repair er mest effektiv på den trådensom blir transkribert.(’transcription-coupled repair’)

Grunn: RNA polymerase bidrar til markeringav DNA-skader.Reparasjonen er trådspesifikk og genspesifikk.

Base Excision Repair(BER)

Fjerning av endrede baser: Glykosylaser

DNA-lesjoner som repareres ved base excision repair

Mismatch repair.

Når feil nukleotid blir satt inn ved replikasjon,

vil vanligvis polymerasen selv fjerne den

(’proofreading’).

Hvis det IKKE skjer, kan nukleotidet fjernes

med Mismatch Repair.

Mismatch repair in E. coli

(GATC)

Mismatch repair i E. coli1. MutS bindes til DNA som

inneholder en mismatch

2. MutL bindes og stabiliserer. Nødvendig for aktivering av

3. MutH, en ss nuklease som gjenkjenner og kutter den ikkemetylerte tråden i hemimetylerte GATC-seter.

4. Det påfølgende utkuttingstrinnet krever UvrD, en ATP-avhengig helikase, og en ss eksonuklease (Exo I, Exo VII eller RecJ) for fjerning av DNA-tråden med skaden.

5. En ny tråd syntetiseres av DNA pol III

Mismatch repair in higher eukaryotes

Reparasjon av mismatch med 8-oxoguanine

(Nature, februar 2004)

Deaminering av cytosin

??

Uracil i DNA blir gjenkjent og fjernet.

Uracil DNA glycosylase kodes av genet ung.

Enzymet flipper uracil ut av DNA-helixen

før den kutter det glykosidiske båndet.

Dette er sannsynligvis mekanismen for alle

DNA glykosylaser.

Enkelttrådbrudd i DNA repareres via en slags excision repair,

for en tråd er uskadd.

Men hva med dobbelttråd-brudd?

Et eksempel på mislykket rekombinasjon.Resultat: Kreft

Sykdommer forbundet med feil i reparasjonssystemene

Recombinasjon som ”reparasjon”

DNA skade

DNA reparasjon

Aktivering avtranskripsjon

Apoptose

Skade-toleranse

Regulering avcellsyklus

SOS-responsen i E. coli

SOS-responsen gir mutasjoner

HomologRekombinasjon

Dannelse ogresolusjon avHolliday junctions

IMMUNGLOBULIN GENREARRANGERING

CH2

CH3

CH4

CH1

VH

VH (1-N) Cµ

( )D(1-N) JH (1-N)

) )((

D-JH

VH-DJH

Gener for

tung kjede

µ

TRANSPOSONER

flytter seg rundt på genomet, både i eukaryoter og prokaryoter.Flankert av inverterte, repeterte sekvenser.

1. Insertion sequences (IS) koder for en transposaseog inneholder ikke så mye mer (<2kb)

2. Komplekse transposoner inneholder gjerneEt gen for antibiotika-resistens (2-5kb)

3. Sammensatte transposoner inneholder mange generflankert av to IS-enheter