DNA reparation

Question 1

Celler har utvecklat olika typer reparationsmekanismer för att kunna laga olika DNA-skador och mutationer i dessa olika system orsakar flera olika ärftliga sjukdomar.

Ge exempel på 2 sjukdomar

Answer 1

Werners syndrom - premature ageing

• Har en mutation i ett enzym som är involverad i reparation av DNA.
• Detta är en ärftlig recessive sjukdom
• Personer med denna mutation dör tidigare då deras celler åldras snabbare än hos ”normala” människor

Sickelcellsanemi

• A single nucleotide change causes the disease sickle-cell anemia

Sicklecellanemi är en genetisk sjukdom där de röda blodkropparna ser ut som skäror istället för att ha normal rund form.

Sjukdomen beror på en mutation och drabbar oftast afrikaner, Den heterozygota formen ger en viss motståndskraft mot malaria, och därför har den muterade genen levt kvar bland befolkningen.

Mutationer som är farliga försvinner oftast automatiskt från populationen genom naturlig urval, genom att de som haft dem antingen dör eller har lägre fertilitet. Positiva mutationer har istället en tendens att bli kvar i populationen

Question 2

Trots att det finns flera olika reparationsvägar i cellen som arbetar för att hindra uppkomst av mutationer så ökar ändå risken för cancer dramatisk med:

Answer 2

ålder

Question 3

Ge exempel på några kemiska reaktioner som kan påverka DNA och orsaka skador?

Answer 3

• Oxidering - oxidativ skada
• Hydrolytiska attacker
• Metylering

Question 4

Vad är Pyrimidine dimers?

Answer 4

Pyrimidindimerer är molekylära lesioner som bildas från tymin- eller cytosinbaser i DNA via fotokemiska reaktioner (UV-ljus).

Ultraviolett ljus inducerar bildning av kovalenta bindningar genom reaktioner lokaliserade på C = C-dubbelbindningarna.

Vad som sker är att två pyrimidiner, som ligger bredvid varandra, basparar med varandra istället för att baspara med purinen som ligger mitt emot​

Question 5

Vilka är devanligaste spontana kemiska reaktioner som skapar farliga skador i DNA:t?

Answer 5

Deaminering - förlust av amingrupper från adenin-, guanin- och cytosinbaser.

Depurination - spontan nedbrytningen av purinbaser från DNA-strängen.

Question 6

Vad kan en deaminering resultera i om den ej lagas?

Vad kan en depurination resultera i om de ej lagas?

Answer 6

Deaminering:

Deaminering kan orsaka mutation. Genom att en aminogrupp faller bort från en kvävebas kan den omvandlas till en annan bas och baspara fel.

Depurination:

Depurinerade baser i enkelsträngat DNA som genomgår replikering kan leda till mutationer, eftersom de är frånvaro av information från den komplementära strängen.

Detta kan i sin tur leda till:

• Gradvis försämring av cellernas funktioner
• Apoptos

Question 7

Det finns tre kända excisionsreparationsmekanismer, vilka är dem?

Answer 7

1. Mismatch reparation
2. Base-excision
3. Nukleotide-excision

Dessa tre reparationsvägar finns hos både prokaryoter och eukaryoter!

Question 8

Vad är grundmekanismen i base-excision?

Answer 8

1. Skadade baser känns igen och tas bort av DNA glykosylas
2. AP-endonukleas och fosfodiesteras tar bort socker-fosfat molekylen som är kvar
3. DNA polymeras fyller ut den resulterande luckan med nya nukleotider
4. DNA-ligas lappar ihop hålet som bildades i socker-fosfat-ryggraden

Question 9

Vad är ett AP-site?

Answer 9

Ett AP-site är ett socker utan någon bas som bildas genom excision (borttagning) av en bas

Question 10

Vad är grundmekanismen hos mismatch repair systemet?

Answer 10

DNA polymeraset kan sätta in fel bas när det syntetiserar DNA:t. Dessa fel känns igen av mismatch repair systemet.

DNA hos prokaryoter är metylerat på vissa ställen (GATC). Detta utnyttjas av mismatch repair maskineriet då det tar en stund för nysyntetiserat DNA att bli metylerat. På så sätt vet maskineriet vilken sträng som är rätt.

(sker direkt efter replication innan DNA:t hunnit bli metylerat)

1. MutS känner igen mismatchen och bildar ett komplex med MutL och MutH.
2. MutH endonukleas klyver den icke metylerade DNA-strängen vid en GATC sekvens.
3. DNA:t med fel bas tas bort mha ett helikas och ett exonukleas och en ny sträng syntetiseras av DNA polymeras I och ligeras mha ligas.

Eukaryota har MutS och MutL homologer men inte MutH.

Question 11

Nucleotide-excision reparation?

Answer 11

1. Excision nukleas klyver strängen som har DNA skadan på båda sidorna
2. Ett helikas tar bort den klyvda DNA strängen
3. DNA polymerase I syntetiserar En ny strand som ligeras med hjälp av ett ligas.

Question 12

Vad har alla Excisionsreparationsmekanismer gemensamt?

Answer 12

dem gör att de skadade baserna avlägsnas och ersätts genom att DNA:t syntetiseras på nytt.

Question 13

Varför är dubbelsträngsbrot så farligt?

Answer 13

Dubbelsträngsbrott är en särskilt farlig form av DNA-skador, eftersom kontinuiteten i DNA-molekylen är förstörd. Om den inte lagas kommer kromosomen brytas sönder till mindre fragment och gener kommer att försvinna när cellen delar sig.

Question 14

Hur kan dubbelsträngsbrott uppstå?

Answer 14

De kan förekomma naturligt, eller kan orsakas av joniserande strålning eller kemikalier.

Question 15

Excisionsreparationsvägarna kan inte fixa dubbelsträngsbrott!

Men de finns två andra sätt att reparera av dubbelsträngsbrott

Vilka är dem?

Answer 15

Non homologus and joing

Dubbelsträngsbrott kan lagas genom att de brutna ändarna bara sätta ihop , men detta leder till en hög felfrekvens pga att det sker deletioner av baser runt skadan.

Homolog Rekombination (HR)

kan laga avbrutna strängarna genom att rekombinera homologa DNA-sekvenser i den oskadade kromosomen. Detta kan bara ske precis efter DNA- replikation, då systerkromatiden fortfarande är associerad. HR lagar dsDNA brott utan att ”fel” uppstår!

Question 16

Hur fungerar homolog rekombination?

Answer 16

Vid homolog rekombination så byts informationen mellan DNA-molekyler som har samma sekvens = homolog sekvens (eller väldigt lik sekvens).

1. Först skapas enkelsträngat DNA genom att ett exonukleas tuggar ner 5’änden av de komplementära strängarna i den skadade kromatiden.
2. Ena 3’- strängen invaderar det dsDNA:t i den icke skadade systerkromatiden och basparar med ena strängen.
3. Ett reparations DNA polymeras Syntetiserar nytt DNA (grön) genom att använda det oskadade DNA:t som mall.
4. Invaderade strängen hoppar tillbaka till ursprungssträngen när Den passerat brottet så att den ”söndriga”dubbelhelixen återskapas.
5. DNA syntetisera fortsätter geno att använda det ”skadade

DNA:T som mall till allt DNA har kopierats

6. DNA:t ligeras och båda systerkromatiderna är nu hela utan att det uppstått något fel i den ”lagade” kromatiden.

Question 17

Vad guidar den homologa rekombinationen ?

Answer 17

basparning

Question 18

Hur kan du efterlikna homolog rekombination i provröret?

är detta produktivt?

Answer 18

1. Denaturerar DNA:t.
2. Dubbelhelixen kan sedan återbildas med sin separerade sträng genom att de slumpvis sammanstöter.

Oftast kommer dessa sammanstötningar vara icke produktiva men några kommer att resultera i korta regioner där komplementära baspar formats.

Question 19

Vid rekombinering invaderar en enkelsträng av DNA:t från ena systerkromatiden det dubbelsträngade DNA:t på den andra syster kromatiden.

Det finns proteiner som hjälper det enkelsträngade DNA:t att invadera dvs baspara med en homolog region i det dubbelsträngade DNA:t.

I bakterier kallas det viktigaste proteinet ____ och i eukaryoter____

Answer 19

I bakterier kallas det viktigaste proteinet recA

I Eukaryoter kallas detta protein Rad51

Question 20

Varför är homolog rekombination är nyckeln till genetisk mångfald ?

Answer 20

Det finns tillfällen när man vill skapa hybridkromosomer som tex innehåller genetiskt material från båda föräldrarna.

Produktionen av könsceller där faderns och moderns genetiska information (röd och blå) kombineras med hjälp av homolog rekombination.

Så ledes används detta vid meios och medför genetisk mångfald

Question 21

Vad är transposoner?

Answer 21

• Hoppande gener ”blandar” arvsmassan och kombinera den på nya sätt, som kan vara både till gagn och till skada.
• En transposon anses vara en evolutionär rest från retrovirus som av någon anledning förlorat sin förmåga att replikera sig och lämna cellen.
• ”Transposoner= hoppande gener”, är sekvenser som rör sig över hela arvsmassan och har inga krav på sekvenshomologi.
• Man vet inte funktionen av dem utan kallas ofta selfish DNA eftersom de bara ser till att kopiera och förflytta sig själva i DNA:t.

Question 22

De finns 2 typer av transposomer vilka?

Answer 22

• Replicative transposons- förflyttar sig via ”RNA intermediär”
• Cut and paste transposons -förflyttar sig via ”DNA intermediär”

Question 23

Berätta om Replicative transposons som förflyttar sig via ”RNA intermediär”

Answer 23

Flesta transposoner i eukaryota celler liknar retrovirus och flyttar sig via omvänd transkription av RNA intermediärer, dvs RNA skrivs om till DNA. (Ex L1 element, 15% av human genomet, Alu sequence, 10% of humana genomet, Erik Larsson Lekholm kommer diskutera dessa sekvenser mer när han föreläser om humana genomet)

Mekanismen för detta är exakt samma som retrovirus använder sig av för att föröka sig i värdcellen men transposonerna har ingen möjlighet att lämna sin ”värdcell” såsom viruset har.

Retroviral-like retrotransposons

1. Dessa finns i genomet hos tex flugor, jäst och människor.
2. Det första steget för deras förflyttning är att de skrivs om till ett mRNA med hjälp av en närliggande gens promotor.
3. Transposonens mRNA kodar för två enzymer; reversetranskriptas och intergras.
4. Reversetranskriptas omvandlar mRNA:t till dubbelsträngat DNA.
5. Det dubbelsträngade DNA:t kan sedan sättas in på
   ett nytt ställe i genomet mha av enzymet integras. som klyver ”målmolekylen” och sätter in transposongenen
   på detta nya ställe som nu är förflyttad till ett nytt
   ställe i genomet. 5.

OBS! Detta innebär att man får ytterligare en kopia i genomet varje gång detta sker. Erik Larsson Lekholm kommer diskutera dessa sekvenser mer

Question 24

Berätta om Cut and paste transposons som förflyttar sig via ”DNA intermediär”

Answer 24

• Vanligast hos prokaryoter men finns också hos eukaryoter.
• DNA-only transposoner innehåller en gen som kodar för transposas som är ett enzym som kan klyva och återligera DNA:t efter det flyttats.
• Varje element innehåller korta inverterade repeterande DNA-sekvenser

DNA-only transposons mekanism för att förflytta sig (cut-and-paste)

1. finns redan i genomet
2. Det första steget för deras förflyttning är att de uttrycker enzymet transposas
3. Transposas klyver sedan ut ”sig själv” dvs den DNA bit som kodar för det aktuella transposaset.
4. Transposas klyver även ”målmolekylen” där DNA.t kan sättas in och genen är nu förflyttad till ett nytt ställe i genomet

OBS! Detta innebär att man inte får mer kopior utan bara att den sitter på ett nytt ställe i ändarna. Det är denna sekvens som känns igen och klyvs av transposas enzymet. Alla olika DNA-only transposoner har olika repeterade ändar som bara känns
igen av sitt egna transposas.