No7 reparaciya dnk
-
Upload
bioinformaticsinstitute -
Category
Documents
-
view
69 -
download
1
Transcript of No7 reparaciya dnk
![Page 1: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/1.jpg)
Молекулярная биология для биоинформатиков
• Академический университет
• Ефимова Ольга Алексеевна
В презентации выборочно использованы слайды из курса «Мутационный процесс» СПбГУ
![Page 2: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/2.jpg)
Лекция №7 Репарация ДНК
Как ДНК сохраняет стабильность?
Причины ошибок:•Химические агенты•Излучение•Ошибки репликации
Системы репарации в клетке (исправление ошибок в ДНК)
Восстановление поврежденной цепи по неповрежденной матрице
![Page 3: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/3.jpg)
Повреждения ДНК приводят к нарушению Уотсон-Криковской структуры, локальной денатурации,
блокированию репликации
системы репарации
Контрольные точки check-points
![Page 4: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/4.jpg)
Сигналы для репарации ДНК:
Непосредственно повреждение ДНК
События в цитоплазме, например окислительный стресс
Репарация поврежденной ДНК – часть общей адаптивной реакции клетки на повреждающие воздействия
![Page 5: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/5.jpg)
Системы репарации– Прямая репарация (фотореактивация)– Эксцизионная репарация
Mismatch repair
Base excision repair (BER)
Nucleotide excision repair (NER) – Пострепликативная (рекомбинационная)
репарация – SOS-репарация
![Page 6: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/6.jpg)
Фотореактивация
UV-A (320–400 nm)UV-B (290–320 nm)UV-C (100–290 nm)
6
![Page 7: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/7.jpg)
УФ излучение
7
![Page 8: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/8.jpg)
8
![Page 9: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/9.jpg)
Фотореактивация (прямая репарация)
![Page 10: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/10.jpg)
75% 25%
Изгиб ДНК 7-9 ° 44°10
Повреждения ДНК из-за УФ
![Page 11: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/11.jpg)
Где чаще всего возникают фотопродукты?
Последовательности ДНК, которые облегчают изгиб и раскручивание ДНК: ssDNA, ТАТАА бокс.
Если CPD возник?
Влияние на транскрипцию• CPD и 6-4PP блокируют РНК- полимеразу II
млекопитающихРНК полимераза II остается связанной с точкой
препятствия, в результате снижается как уровень РНК полимеразы, так и блокируется транскрипция соответствующего гена.
• В основном CPD и 6-4PPs блокируют транскрипцию, и только небольшая часть приводит к мутациям.
11
![Page 12: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/12.jpg)
Фотореактивация (1963г)
• Гены PHR/PRE• Кодируют фермент фотолиазу, мономерный
флавин-зависимый фермент• Кофакторы : FADH- и 5,10-
метенилтетрагидрофолат (5,10-MTHF)• Связывается в темноте с димерами ТТ• На свету кофактор абсорбирует фотон• Используя эту энергию фотолиаза
расщепляет ТТ димер • Фотолиаза освобождает ДНК
12
![Page 13: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/13.jpg)
Фотореактивация
13
![Page 14: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/14.jpg)
Direct repair by photoreactivation.
14
![Page 15: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/15.jpg)
Фотолиазы• Принадлежат большому семейству фотолиаз-
криптохромов. • Представители этого семейства широко
распространены во всех царствах • В соответствии с их функцией:
– CPD-фотолиазы - репарируют CPDs,
– (6-4)PP- фотолиазы – репарируют (6-4) фотопродукты
– Криптохромы. Не участвуют в репарации ДНК, происходят от фотолиаз. У растений криптохромы регулируют рост, регулируемый синим светом, а у животных – циркадные ритмы.
15
![Page 16: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/16.jpg)
Фотолиазы имеют два типа хромофоров
• FADH (флавинадениндинуклеотид) и MTHF (метенилтетрагидрофолат) .
• Каталитический кофактор FADH –непосредственно взаимодействует с субстратом –(ТТ димером) в фоторепарирующей реакции.
• Светоуловитель MTHF– действует как антенна, улавливает энергию и передает ее каталитическому ко-фактору.
16
![Page 18: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/18.jpg)
Системы репарации– Фотореактивация (прямая репарация)– Эксцизионная репарация
Mismatch repair
Base excision repair (BER)
Nucleotide excision repair (NER) – Пострепликативная (рекомбинационная)
репарация – SOS-репарация
![Page 19: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/19.jpg)
Mismatch repair
(MMR)
![Page 20: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/20.jpg)
20
![Page 21: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/21.jpg)
Последствия появления ММ
21
![Page 22: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/22.jpg)
If the tautomeric shift isslow, DNA polymerasemoves on and a mismatchis incorporated into the DNA
22
![Page 23: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/23.jpg)
Deamination of Cytosine creates a G-U mismatchEasy to tell that U is wrong
Deamination of 5-methyl cytosine creates a G-T mismatchNot easy to tell which base is the mutation.
В 50% случаев G “исправляется” на A, чтоприводит к мутации
23
![Page 24: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/24.jpg)
Пути коррекции ошибочно спаренных оснований (ММ)
1. Коррекция с помощью 3’5’ экзонуклеазной активности полимераз
2. Мисмэтч репарация: выявляет некомплементарную пару только на дочерней цепи ДНК и производит замену неправильного основания только на дочерней цепи.
24
![Page 25: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/25.jpg)
Основные белки метил-направляемой MMR в E. coli
• Mut S и Mut L узнают ММ
• Mut H - – Узнает
полуметилированный сайт GATC и делает
надрез
• MutU (UvrD) –геликаза II раскручивает дуплекс и освобождает надрезанную область
25
![Page 26: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/26.jpg)
A closer look at mismatch repair
26
![Page 28: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/28.jpg)
E.coli S.cerevisiae S.pombe C.elegans D.melanogaster A.Thaliana Human
MutS MSH2MSH3MSH6
-
MSH2SWI4MSH6
-
MSH2-
MSH6-
SPEL1-
MSH6-
MSH2MSH3
MSH6 MSH7
MSH2MSH3MSH6
-
MutL MLH1PMS1MLH2MLH3
-
MLH1PMS1---
MLH1PMS1
----
MLH1PMS2---
MLH1PMS1-MLH3-
MLH1PMS2-MLH3PMS1
MutH Гомологов у
эукариот нетВозникли за
счет эндосимбиоти
ческих событий
-EXO1
-EXO1
--
-TOSCA
-Q9C7N8
AAK91436
-EXO1
Гомологи генов MutS, MutL у эукариот
28
![Page 29: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/29.jpg)
MMR у человека
PCNA
29
![Page 30: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/30.jpg)
30
![Page 31: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/31.jpg)
Нуклеозид Нуклеотид (монофосфат)
Эксцизионная репарация оснований (BER) и нуклеотидов (NER)
![Page 32: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/32.jpg)
основание нуклеозид нуклеотид НК
Аденин Аденозин
(А)
Адениловая кислота (АMP)
ДНК, РНК
Гуанин Гуанозин
(G)
Гуаниловая кислота (GMP)
ДНК, РНК
Цитозин Цитидин
(С)
Цитидиловая кислота
(CMP)
ДНК, РНК
Тимин Дезокситимидин
(Т)
Дезокситимидиловая кислота
(TMP)
ДНК
Урацил Уридин
(U)
Уридиловая кислота
(UMP)
РНК
![Page 33: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/33.jpg)
Base excision repair
![Page 34: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/34.jpg)
Repairing apurinic and apyrimidinic
sites
![Page 35: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/35.jpg)
Nucleotide excision
repair
![Page 36: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/36.jpg)
У всех живых организмах NER состоит из следующих этапов:
• Узнавание повреждений• Связывание мультисубъединичного
комплекса с поврежденным сайтом • Двойное надрезание поврежденной цепи на
несколько нуклеотидов от поврежденного сайта в обоих направлениях 5' и 3'
• Освобождение олигонуклеотида, содержащего повреждение между двумя надрезами
• Заполнение образовавшейся бреши ДНК полимеразой
• Лигирование
36
![Page 37: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/37.jpg)
Mechanism of Incision by the NER Pathway
E. coli 5’ incision is 8 nuc. from lesion 3’ incision is 4 nuc. from lesion
Mammals 5’ incision is 22 nuc. from lesion 3’ incision is 6 nuc. from lesion
37
PLAY
![Page 38: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/38.jpg)
Genetics of NER in Humans
Xeroderma Pigmentosum (classical)• Occurrence: 1-4 per million population• Sensitivity: ultraviolet radiation (sunlight)• Disorder: multiple skin disorders; malignancies of the skin;
neurological and ocular abnormalities• Biochemical: defect in early step of NER• Genetic: autosomal recessive, seven genes (A-G)
Xeroderma Pigmentosum (variant)• Occurrence: same as classical• Sensitivity: same as classical• Disorder: same as classical• Biochemical: defect in translesion bypass
38
![Page 39: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/39.jpg)
Xeroderma Pigmentosum
39
![Page 40: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/40.jpg)
Genetics of NER in Humans
Cockayne’s Syndrome• Occurrence: 1 per million population• Sensitivity: ultraviolet radiation (sunlight)• Disorder: arrested development, mental retardation,
dwarfism, deafness, optic atrophy, intracranial calcifications; (no increased risk of cancer)
• Biochemical: defect in NER• Genetic: autosomal recessive, five genes (A, B and XPB, D & G)
40
![Page 41: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/41.jpg)
Cockayne’s Syndrome
41
![Page 42: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/42.jpg)
Genetics of NER in Humans
Trichothiodystrophy• Occurrence: 1-2 per million population• Sensitivity: ultraviolet radiation (sunlight) in subset of patients• Disorder: sulfur deficient brittle hair, mental and growth
retardation, peculiar face with receding chin, ichthyosis;(no increased cancer risk)
• Biochemical: defect in NER• Genetic: autosomal recessive, three genes (TTDA, XPB, XPD)
42
![Page 43: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/43.jpg)
Trichothiodystrophy
43
![Page 44: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/44.jpg)
![Page 45: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/45.jpg)
Системы репарации– Фотореактивация (прямая репарация)– Эксцизионная репарация
Mismatch repair
Base excision repair (BER)
Nucleotide excision repair (NER) – Пострепликативная (рекомбинационная)
репарация – SOS-репарация
![Page 46: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/46.jpg)
![Page 47: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/47.jpg)
Пострепликативная (рекомбинационная) репарация
![Page 48: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/48.jpg)
SOS system
![Page 49: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/49.jpg)
SOS system
![Page 50: No7 reparaciya dnk](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062307/5581f716d8b42a67508b5438/html5/thumbnails/50.jpg)
Репарация двуцепочечных разрывов