DNA-Schäden und Reparatur Flashcards
Genotoxizität
- Eigenschaft, Änderung in der DNA auszulösen
- nicht das gleiche wie Kanzerogenität oder Mutagenität
3 Änderungen der DNA allgemein
- Änderung einzelner Gene
- Änderung der Chromosomenstruktur
- Änderung der Chromosomenanzahl
Strukturelle Aberrationen 5
Insertion Deletion Inversion Duplikation Translokation
Numerische Aberrationen
Aneuploidie: abnorme Anzahl von Chromosomen oder Chromosomensätzen
Klastogenität: Chromosomenbruch (durch Acridingelb, Ethylenoxid, Benzol)
Punktmutationen
Stille M
Missence M: Folgen
- keine messbaren Folgen
- Verlust von Funktion
- Zunahme der Funktion
- Veränderung der Funktion
- Veränderung der Proteinstabilität
Nonsense M: Veränderung zu Stoppcodon
Onkogene Tumorsupressorgene
bei Onkogenen reicht eine Mutation in einem Allel um dominant zu werden
Bei Tumorsupressorgenen müssen beide Allele verloren gehen, um Krebs zu induzieren
DNA-Schäden führen zu Punktmutationen: Arten
Transition (Purin gegen Purin, A zu G)
Transversion (Purin gegen Pyrimidin, A zu T)
Endogene und Exogene DNA-Schäden
Endogen: Fehler bei Replikation, spontane Hydrolyse, Wirkung von endogen erzeugter Spezies, spontane Methylierung, spontane Oxidation
Exogen: Tabakrauch, UV-Strahlung, Ernährung, Umweltgifte
- PAKs, heterocyclische Amine, Aflatoxine, Nitrosamine, Pharmaka
DNA-Schäden
Deamination Apurinsche Stellen Mismatch Pyrimidindimer Doppelstrangbrüche Einzelstrangbrüche Bulkyadduct Interstrandcrosslinks
Apurinsche Stellen
Wenn die N-Glykosylbindung zwischen Purinbase und Zuckerphophat spontan hydrolysiert wird und so eine abasische Stelle entsteht.
Die meisten AP Stellen werden durch AP-Endonukleasen entfernt und können durch BER repariert werden.
Desaminierung
Basen enthalten exozyklische Aminogruppen die Paarungverhalten beieinflussen, Verlust dieser durch pH und Temperatur abhängigen Reaktionen (Desaminierung) kann zu Mutationen führen
DNA Oxdation
- Durch ROS
- Durch NOS
- führen zu oxidierten Basen, Apurinschen Stellen, Einzelstrangbrüchen
7,8-Dihydro-8-oxoguanin
Am häufigsten modifizierte Base
Kann zu G:C zu T:A Transversionsmutationen führen
Alkylierende Substanzen: Definition und Beispiele
- Elektrophile Verbindungen, die Methyl und Ethylgruppen in die DNA einführen
- Mono und bifunktionell (können kovalent an zwei Stellen binden = Crosslinks, interstrand und intrastrand)
Bsp: Methylnitrosoharnstoff (MNU)
Ethylnitrosoharnstoff (ENU)
DNA-Schäden durch ionisierende Strahlung: direkt und indirekt
direkt: Elektronen werden aus Atomen gelöst - z.B. Strangbrüche
Indirekt: Radiolyse von Wasser: hochreaktive Hydroxyradikale und andere Spezies - Strangbrüche und ox. DNA-Schäden
UV-Schäden
- induziert ox. Stress
- Störung von DNA-Replikation und DNA-Transkription
CPD (cyclobutane pyrimidine dimer)
- kovalente Bindung zwischen benachbarten Pyrimidinen durch Bildung einer viergliedrigen Ringstruktur
Bulkyadducts
- kovalente Bindung von Kanzerogen (z.B. PAKs, Aflatoxine, aromatische Amine)
- stören Helixstruktur
- Benzo(a)pyren - Reparatur durch NER
Transläsionssynthese (TLS)
- DNA-Läsionen können zum Stillstand der Replikationsgabel führen
- spezielle Transläsions-DNA-Polymerasen ermöglichen fehleranfällige DNA-Synthese an Stellen wo andere nicht mehr funktionieren würden = besser als Tod der Zelle
- werden bei DNA-Schädigung induziert
- sobald geschädigter Ort umgangen, wird replikative Polymerase zurückgebracht
Endogene Schäden pro Zelle pro Tag
- am häufigsten: DNA-Einzelstrangbruch: 55000
apurinsche Stellen: 18000
DNA-Doppelstrangbruch: 9
6 Reparaturmechanismen
Base excision repair direct repair Nucleotide excision repair Homologe Rekombination Nicht homologes Endjoining Mismatch repair
BER
ROS, Alkylierung, Strahlung
In G1, S, G2 -Phase
1 Erkennung und Ausschneiden der unpassenden Base durch DNA-Glykosylasen
2 Einschnitt an der resultierenden abasischen Stelle
3 Ersetzen des Nukleotids
4 Verarbeitung des Endes der Lücke
5 Ligation
NER
Erkennt Bulky, CPD, helixverzerrende Strukturen, die Transkription und Replikation verhindern
In G1-Phase
Global genomic NER
Transcription coupled NER
Replikation ist sehr ungenau, aber (2 Mechanismen)
DNA Proofreading durch die DNA Polymerase selbst ( bemerkt veränderte Geometrie, schlechtere WW der Polymerase)
Missmatchrepair (erkennt Helixverzehrung aufgrund nicht komplemtärer Basenpaarung u.a. )
- in S-Phase
Gentische Defekte des MMR
Lynch-Syndrom
- erhöhte Häufigkeit von Darmkrebs
- autosomal-dominant
- beschleunigte Karzinogenese
Doppelstrangbruchreparatur
- gefährlichster Schaden, induziert durch ionisierende Strahlung, chemische Stoffe
- in S-Phase: homologe Rekombination (unbeschädigte Schwesterchromatiden dienen als Vorlage)
- in G1-Phase: nicht homologes Endjoining (Verlust von Nukleotiden möglich - Mutation)
- dann noch SSA und alt-EJ beide haben hohes mutagenes Potential
DNA Damage Response (DDR)
- weitreichende DNA-Schäden - Reparaturkaskade mit Rekrutierung von Reparaturproteinen
- wichtige Sensoren: MRN-Komplex und Replikationsprotein A (RPA)
- beide Sensoren rekrutieren Regulatorkinasen: ATM und ATR
- Signaltransduktion, über p53 (steigert Apoptose, Checkpointarrest etc) und CDC25 (hemmt Checkpointarrest) die DNA Reparatur fördern, sowie Stillstand des Zellzyklus und Apoptose
Vererbte Syndrome durch defekte Reparaturgene
atm - Ataxia telangiectasia: erhöhte Krebsinzidenz, chromosomale Instabilität, Koordinationsverlust
nbs - Nijmegen Breakage Syndrom: erhöhte Krebsinzidenz, chromosomale Instabilität, Wachstumsverzögerung, geistige Retardierung
atr - Seckel Syndrom: Überempfindlichkeit gegenüber UV-Strahlung, Wachstumsverzögerung, geistige Retardierung
