Förändringar i genomet -mutationer och rekombination
Molekylärbiologi, T3 Ht-11
Biomedicinska analytikerprogrammetKarolinska Institutet
Annica Nordvall Bodell
Kunskapsmål för detta avsnitt
Från kursplan:
• på ett övergripande sätt förklara de mekanismer som ligger bakom förändringar i genomet och dra slutsatser av vad detta kan få för konsekvenser för celler och individer
Lite mer utförligt:•Olika typer av mutationer och hur de benämns
•Hur DNA-skador kan uppstå och hur dessa skador kan ge upphov till mutationer
•Vilka konsekvenser mutationer kan få för celler och individer
•Vilka reparationssystem som är viktiga för våra celler, samt principen för hur dessa fungerar
•Varför mutationer är vanligare i mitokondrie-DNA
•Terminologi (nonsense- missense- silent-mutationer, substitution, deletion, insertion/addition, transition/transversion, frameshift m.m.)
•Huvudtyperna av rekombination; homolog, platsspecifik och transposition
•Principerna för respektive rekombination.
•Exempel på var och när dessa typer av rekombination sker.
•Att rekombination kan användas inom gentekniken.
Vad är en mutation?
Olika typer av mutationer• Små mutationer
– De flesta mutationer är små mutationer– Punktmutationer – Transition/Transversion
– Frameshift mutationer – Insertion/deletion
• Strukturella kromosomförändringar– Deletioner ( DE / )
– Duplikationer– Translokationer– Inversioner
• Numeriska förändringar– Aneuploidier– Polyploidier
Olika typer av punktmutationer
Olika typer av punktmutationer forts.
Hur uppstår en mutation?
Ex på anledningar till spontana skador
• Replikationsmisstag
• Deaminering av baser– Ex C U , Cmet T
• Depurinering/depyrimidering– Ca 10 000 AP-sites / dag och human cell
Spontana skador på DNA
Deaminering
Depurinering
Ex på kemiska faktorer som kan inducera DNA-skada
• Interkalerande ämnen– Ex EtBr – DNA sträcks ut, extra nt kan sättas in
• Ämnen som ändrar basers struktur och förmåga att baspara korrekt– Ex alkylering, epoxider, DNA addukter
Interkalerande ämnen
Examples of DNA base Damage
Induced by Chemicals
Benzo-(a)pyrene
Strålning som kan orsaka DNA-skada
• Joniserande strålning (röntgen, gamma)
Strängbrott, Crosslinking, Basförluster
• UV-strålningframförallt pyrimidindimerer
(Tymindimerer)
Damage by UV-radiation
Reparationsmekanismer
• De flesta DNA-skador repareras innan de ger upphov till mutationer
• Om reparation ej skett innan skadat DNA replikeras kan mutation uppstå
• Reparationsmekanismer kan delas upp i– Direct repair– Excision repair– Error prone repair– Recombinational repair
Direct repair of ss break in DNA
DNA ligase + ATP
Direct repair of O6-
Methylguanine
6.20
Excision repair
Base-Excision Repair (BER)
6.21
Nucleotide-Excision Repair
(NER)
Videolänk
6.22
Mismatch Repair
Error prone repair (E.coli)
Repair of double strand break
Recombinational repair
Varför rekombination?
• Rekombination innebär omlagring i genomet till skillnad från mutationer som introducerar ny information i genomet
• Viktigt för – Variabilitet– Reparation– Immunförsvaret
Olika typer av rekombination
• Homolog/generell rekombination
• Platsspecifik rekombination
• Transposition
Homolog rekombination
• Kräver längre homologa sekvenser för rekombination
• Sker reciprokt – ömsesidigt utbyte
• Sker tex vid– Meiosen (spermatogenes och oogenes)– Recombination repair– Omlagring av repetitiva sekvenser– Mellan homologa bakteriekromosomer
Homolog rekombination under meiosen
The Cell 16.34
Första steget i homolog rekombinationenligt Holliday modellen
The Cell 6.30
Mest studerad i E.coli
1. Rec BCD särar på DNA strängen och introducerar nick
2. Rec A binder ssDNA och underlättar rekombination
Branch migration
3. Ruv A,B,C möjliggör ”branch migration” och klyver de överkorsade strängarna
Isomerisering och upplösning av Holliday modellen
videolänk
Översikt homolog
rekombination
http://www.nature.com/nrm/journal/v2/n6/images/nrm0601_433a_i1.gif
Rekombinationen initieras förmodligen av ds brott i en av strängarna
Vad blir resultatet av homolog rekombination
• vid equal cross over?
• vid unequal crossover?
Unequal cross over
Platsspecifik rekombination
•Sker vid specifika sekvenser – ofta korta homologa sekvenser
•Medieras av proteiner som binder till de specifika sekvenserna
•Mest studerat är lambdas integrering i E.coil kromosomen
•Ex. i humana celler ; Ig-genernas rearrangering
Rearrangering av antikropps-gener
VDJ-rekombination
The Cell 6.40
Transposition
• Förflyttning av transposoner (transposabla element) kräver ingen sekvenshomologi
• DNA transposoner förflyttar sig som DNA (vanligt i bakterier, har tidigare under evolutionen även skett i humana genomet)
• Retrotransposoner förflyttar sig via en RNA kopia (vanligt i högre eukaryoter)
Transposition av DNA-tranposon i bakterier
Modell för retrotransposition i eukaryoter
Hur kan rekombination utnyttjas inom gentekniken – några exempel
• Transgena djur– Slumpmässigt införande av ny gen– Utslagning av en specifik gen (”knock
out”)– Utbyte av en gen mot en annan
(”knock in”)
• Genterapi?
Vad kan förändringar i genomet innebära
• för en gen?
• för en cell?
• för en individ?
Transgena möss – slumpmässig integrering av ny gen i kromosom
Specifik integrering (tex ”knock out möss”) kräver att man kan screena
odlade ES-celler
Top Related