HC03 - Mutaties in DNA en DNA-Reparatie

Question 1

In welke groepen kun je mutaties opdelen o.b.v. celtype?

Answer 1

• Mutaties in somatische cellen (lichaamscellen)
• Mutaties in germ-line cellen (geslachtscellen)

Question 2

Wat kunnen mutaties in somatische cellen veroorzaken?

Answer 2

Kanker of veroudering

Question 3

Wat kunnen mutaties in germ-line cellen veroorzaken?

Answer 3

Erfelijke aandoeningen

Question 4

In welke groepen kun je mutaties opdelen o.b.v. omvang van de mutatie?

Answer 4

• Puntmutaties; mutaties in 1 of een paar basenparen
• Large scale of ‘chromosomale mutaties’; mutaties waarbij grote DNA fragmenten veranderen (recombinaties, (retro)transposons, ‘genetische variatie’)

Question 5

Welke types puntmutaties zijn er?

Answer 5

• Substitutie van base
• Insertie van base
• Deletie van base
• Indels van base (zowel bases ingevoegd als verwijderd)

Question 6

In welke types kun je substitutie van basen indelen?

Answer 6

In transitie en transversie.
Bij transitie verandert de base binnen zijn eigen groep (purines/pyrimidines), terwijl bij transversie hij verandert van groep.

Question 7

Hoeveel procent van de mutaties hebben een gevolg voor het coding DNA?

Answer 7

Slechts 1-2 % van de mutaties zijn coding mutaties, en dus vindt 98-99% van de mutaties plaats in DNA dat niet codeert, dus daar hebben de mutaties geen effect.

Question 8

Welke effecten kun je krijgen door een subsitutie mutatie?

Answer 8

• Missense - Niet-synonieme (neutral)
  Dit levert een ander aminozuur op
• Silent - Synonieme
  Dit levert hetzelfde aminozuur op
• Nonsense
  Dit levert een stopcodon op

Question 9

Wat is het effect van inserties/deleties in coderend DNA?

Answer 9

Bij 1 of 2 basen meer of minder krijg je een frame shift. Hierdoor wordt de volgende compleet anders afgelezen en krijg je dus ook allemaal andere aminozuren. Dit heeft meestal effect op de functie.
Bij 3 basen meer of minder heb je slechts 1 aminozuur meer of minder, terwijl de andere aminozuren hetzelfde blijven. Dit heeft een mogelijk effect, maar minder dan bij 1 of 2 basen meer of minder.

Question 10

Welke effecten kun je krijgen op de functie van het eiwit bij mutaties in het coderende DNA?

Answer 10

• Loss-of-function: eiwit is minder actief of inactief
• Gain-of-function: eiwit is actiever
• Geen effect

Question 11

Wat voor effect is dit op een eiwit?

Answer 11

Een loss-of-function

Question 12

Wat voor effect is dit op een eiwit?

Answer 12

Een gain-of-function

Question 13

Welke effecten kun je krijgen van mutatie in een eiwit op het (doorgeven van) een fenotype?

Answer 13

• Dominant: mutatie in 1 van de 2 chromosomen heeft effect op het fenotype (meestal gain-of-function, eiwit is actiever)
• Recessief: alleen mutatie in beide chromosomen heeft effect op fenotype (meestal loss-of-function, eiwit is minder actief of inactief)

Question 14

Wat zijn oorzaken van puntmutaties?

Answer 14

Spontaan
- Fouten bij replicatie (mismatch)
- Deaminering (cytosine –> uracil)
- Depurinering (deletie G of A)

Door mutagenen
- Chemische mutagenen
- UV/röntgen straling

Question 15

Wat zijn de odds van fouten bij replicatie door DNA polymerase?

Answer 15

• Zonder proofreading 1 fout per 10⁴ basen
• Met proofreading 1 fout per 10⁷ basen

Question 16

Wat zijn DNA mismatches?

Answer 16

Mutaties door fouten bij DNA replicatie

Question 17

Hoe werkt deaminering?

Answer 17

Het belangrijkste type deaminatiereactie zet cytosine om in uracil, dat normaal gesproken niet in DNA voorkomt. Deaminering kan echter ook op andere basen plaatsvinden. Zowel depurinatie als deaminatie vinden plaats op dubbel-helix DNA, en geen van beide breekt de fosfodiester ruggengraat.

Question 18

Hoe werkt depurinering?

Answer 18

Depurinatie is het verlies van een purine uit het DNA wanneer de binding tussen de base en de desoxyribose suiker hydrolyseert, waardoor een apurinische plaats ontstaat. Depurinatie treedt op omdat de covalente binding tussen suiker en purine veel minder stabiel is dan de binding tussen suiker en pyrimidine en zeer gevoelig is voor breuk.

Question 19

Welke verschillende chemische mutagenen zorgen voor puntmutaties?

Answer 19

• Base analogs (lijken op basen)
• Base modifying (veranderen basen)
• Intercalating (gaan tussen basen zitten)

Question 20

Wat kan straling van bijv. UV licht voor impact hebben (qua mutatie)?

Answer 20

Het kan een thymine dimeer vormen, wat leidt tot zonneallergie

Question 21

Hoe worden mismatches of mutaties in het DNA opgespoord?

Answer 21

Door DNA reparatie eiwitten die voortdurend het DNA scannen op regelmatigheden. Ze scannen dan de dikte, 2 nm, en als die afwijkt heb je dus een mutatie.

Question 22

Hoe weet het repair-systeem dat uracil fout is en niet guanine?

Answer 22

Question 23

Hoe weet het repair-systeem welke van de twee (A of G) fout is?

Answer 23

Het reparatie systeem herkent de nieuwe streng en verwijdert die.

Question 24

Hoe repareer je het gaat dat ontstaat na het weghalen van een foute base?

Answer 24

M.b.v. DNA polymerase en ligase

Question 25

Wat gebeurt er als er een double-strand break is en er dus geen template streng meer is?

Answer 25

Dit wordt dan gerepareerd door homologe recombinatie

Question 26

Welke genen zijn er betrokken bij de reparatie van double-strand breaks d.m.v homologe recombinatie?

Answer 26

De borstkanker genen BRCA1 en BRCA2

Question 27

Wat kunnen mensen met de genetische ziekte ‘xeroderma pigmentosum niet?

Answer 27

Zij kunnen de schade van ultraviolette (UV) straling niet herstellen omdat zij een defect gen hebben geërfd voor een van de eiwitten die bij dit herstelproces betrokken zijn.

Question 28

Hoe wordt sickle cell anemia veroorzaakt?

Answer 28

Question 29

De mutatie die lijdt tot sickle cell anemia levert ook een voordeel op. Welk voordeel?

Answer 29

Een verhoogde resistentie tegen malaria

Question 30

Wat kunnen de gevolgen zijn van mutaties in een geslachtscel (germline cell) en wat van mutaties in een somatische cel?

Answer 30

Mutaties in een geslachtscel (germline cell) kunnen doorgegeven worden aan het nageslacht. Ze kunnen dus erfelijke aandoeningen, maar ook evolutionaire veranderingen veroorzaken.
Mutaties in een somatische cel kunnen alleen worden doorgegeven binnen een organisme en tot tumoren en veroudering leiden.

Question 31

Wat is de mutatie frequentie?

Answer 31

De mutatiefrequentie is het aantal voorvallen van een bepaald soort mutatie, uitgedrukt als het percentage cellen of individuen in een populatie, zoals het aantal mutaties per 100.000 organismen of het aantal per 1 miljoen gameten.

Question 32

Wat is het verschil tussen puntmutaties en genmutaties?

Answer 32

Basenpaar vervangingen en enkele basenpaar inserties of deleties worden puntmutaties genoemd. Mutaties in de sequenties van genen worden genmutaties genoemd.

Question 33

Wat is een nonsense mutatie?

Answer 33

Een nonsense mutatie is een mutatie waardoor een gewoon codon in een stop codon verandert

Question 34

Wat is een missense mutatie?

Answer 34

Een missense mutatie is een mutatie waardoor een codon verandert in een codon voor een ander aminozuur

Question 35

Wat is een silent mutatie? (wat is het verschil met een neutral mutatie?)

Answer 35

Een silent mutatie is een mutatie waardoor een codon verandert in een codon voor een het zelfde aminozuur (neutral mutatie zegt iets over de functie van het eiwit, die zal bij een silent mutatie niet veranderen. Dus een silent mutatie is altijd een neutral mutatie, maar niet alle neutral mutaties zijn silentmutaties)

Question 36

Wat is een frame-shift mutatie?

Answer 36

Een frame-shift mutatie is een mutatie waarbij er 1 of 2 base(n) wegvallen of juist bijkomen, waardoor het leesframe verandert en er na de mutatie dus een heel andere aminozuurvolgorde ontstaat.

Question 37

Loss-of-function mutaties zijn meestal … en gain-of-function mutaties zijn meestal …

Answer 37

Loss-of-function = meestal recessief
Gain-of-function = meestal dominant

Question 38

Waarom leiden loss-of-function mutaties meestal tot een recessieve aandoening en gain-of-function mutaties tot dominante aandoeningen?

Answer 38

Loss-of-function mutaties leiden meestal tot recessieve aandoeningen omdat voor de meeste genen geldt dat de helft van hun activiteit (van de “goede” kopie op het andere chromosoom) voldoende is voor normaal functioneren. Gain-of-function mutaties leiden meestal tot dominante aandoeningen omdat de overactieve vorm van het eiwit (van het gemuteerde allel) meestal voldoende is om een bepaalde functie totaal te activeren.

Question 39

Waar leidt deaminering/depurinering tot als het niet gerepareerd wordt?

Answer 39

Question 40

What is the difference between spontaneous and induced mutations?

Answer 40

Spontane mutaties zijn natuurlijk voorkomende mutaties.
Geïnduceerde mutaties ontstaan wanneer een organisme opzettelijk of per ongeluk wordt blootgesteld aan een fysisch of chemisch agens, een zogenaamd mutageen, dat in wisselwerking met het DNA een mutatie veroorzaakt.
Geïnduceerde mutaties komen doorgaans veel vaker voor dan spontane mutaties en zijn daarom nuttig voor genetisch onderzoek.

Question 41

Wat zijn tautomeren?

Answer 41

Alternatieve chemische vormen (isomeren) waarin DNA (of RNA) basen kunnen bestaan.

Question 42

Welke mismatch basenparen kunnen voorkomen als purines in hun zeldzame tautomere toestand zijn of als pyrimidines in hun zeldzame tautomere toestand zijn?

Answer 42

Question 43

Wat is het gevolg van de vorming van thymine dimeren (door uv straling)?

Answer 43

Deze ongebruikelijke koppeling veroorzaakt een uitstulping in de DNA-streng en verstoort de normale koppeling van T-basen met overeenkomstige A-basen op de tegenoverliggende streng. De replicatie kan niet voorbij de beschadiging gaan, zodat de cel zal sterven als er genoeg pyrimidine-dimeren ongerepareerd blijven.

Question 44

Wat is een mutageen?

Answer 44

Een fysische of chemische stof die de frequentie van mutatiegebeurtenissen aanzienlijk verhoogt boven de spontane mutatiesnelheid.

Question 45

Wat zijn base analogs?

Answer 45

Basisanalogen zijn basen die lijken op die welke normaal in DNA voorkomen. Net als normale basen bestaan basenanalogen in normale en zeldzame tautomere toestanden. In elk van beide toestanden paart het basenanaloog met een andere normale base in het DNA. Omdat basenanalogen zo veel lijken op de normale stikstofbasen, kunnen zij in DNA worden opgenomen in plaats van de normale basen.

Question 46

Wat is 5-bromouracil?

Answer 46

Het is een base-analoog met een broomresidu in plaats van de methylgroep van thymine.
- In zijn normale toestand lijkt 5BU op thymine en paart het met adenine in DNA
- In zijn zeldzame toestand paart het met guanine 5BU induceert mutaties door tussen zijn twee chemische toestanden te schakelen zodra het base analog in het DNA is opgenomen.

Question 47

Hoe kan 5-bromouracil voor mutaties zorgen?

Answer 47

Question 48

Wat zijn base-modifying agents?

Answer 48

Base-modifying agents zijn chemische stoffen die als mutageen werken door de chemische structuur en eigenschappen van basen te wijzigen. Er zijn drie soorten mutagene stoffen die op deze manier werken:
- Een deaminerende stof
- Een hydroxylerende stof
- Een alkylerende stof

Question 49

Wat zijn intercalating agents?

Answer 49

Stoffen die zich tussen aangrenzende basen in één of beide strengen van de DNA-dubbele helix voegen (intercaleren), waardoor de helix zich ontspant.

Question 50

Wat is plaatsgebonden mutagenese (site-specific mutagenesis)?

Answer 50

Introductie van een mutatie op een specifieke plaats in een bepaald gen door middel van een van de verschillende in vitro technieken.

Question 51

Wat is de Ames test?

Answer 51

Een test die het vermogen meet van chemicaliën om mutaties in bepaalde bacteriën te veroorzaken. Het kan potentiële carcinogenen identificeren.

Question 52

Geef van de volgende mutaties aan of ze spontaan optreden of dat ze veroorzaakt zijn door mutagenen:
- Afsplitsing van guanine base
- Formatie van een thymine dimeer
- Vorming van O6-Methylguanine
- Afsplitsing van amino-groep uit cytosine

Answer 52

• Afsplitsing van guanine base = spontaan
• Formatie van een thymine dimeer = mutageen (UV licht)
• Vorming van O⁶-Methylguanine = mutageen (alkylerende stof)
• Afsplitsing van amino-groep uit cytosine = spontaan

Question 53

Welke drie stappen zijn er in de reparatie van DNA?

Answer 53

In stap 1 (excisie) wordt de schade weggesneden door een van een reeks nucleasen, die elk gespecialiseerd zijn in een bepaald type DNA-beschadiging.
In stap 2 (hersynthese) wordt de oorspronkelijke DNA-sequentie hersteld door een reparatie-DNA-polymerase, dat het gat opvult dat door de excisie is ontstaan.
In stap 3 (ligatie) verzegelt DNA-ligase de inkeping in de suikerfosfaatruggengraat van de herstelde streng. Het afdichten van de inkeping, waarvoor energie van ATP-hydrolyse nodig is, herstelt de verbroken fosfodiesterbinding tussen de aangrenzende nucleotiden.

Question 54

Wat doet het mismatch repair systeem?

Answer 54

Question 55

Wat kan er gebeuren, naast homologe recombinatie, als er een double-strand break is?

Answer 55

Non-homologous end joining, waarbij de gebroken uiteinden in allerijl weer aan elkaar worden geplakt, voordat de DNA-fragmenten uit elkaar drijven en verloren gaan. Dit gebeurt in veel celtypen en wordt uitgevoerd door een gespecialiseerde groep enzymen die de gebroken uiteinden “schoonmaken” en weer samenvoegen door DNA-ligatie. Dit “snelle en vuile” mechanisme sluit de breuk snel, maar er hangt een prijskaartje aan: bij het “schoonmaken” van de breuk om deze klaar te maken voor ligatie, gaan vaak nucleotiden verloren op de plaats van de reparatie.

Question 56

Wat gebeurt er bij base excision repair?

Answer 56

Bij base-excision repair verwijdert een reparatieglycosylase-enzym de beschadigde base uit het DNA door de binding tussen de base en de desoxyribose-suiker te splitsen. Andere enzymen splitsen vervolgens de suiker-fosfaat ruggengraat voor en na de nu base-arme suiker, waardoor de suiker vrijkomt en er een gat in de DNA-keten ontstaat. Het gat wordt opgevuld met het juiste nucleotide door een reparatie-DNA-polymerase en DNA-ligase, waarbij de tegenoverliggende DNA-streng als sjabloon wordt gebruikt.

Question 57

Hoe werkt nucleotide excision repair?

Answer 57

Question 58

Waarom is het zo belangrijk bij het DNA “mismatch repair” systeem na de replicatie dat er een onderscheid gemaakt kan worden tussen de
oude en de net gerepliceerde streng?

Answer 58

Omdat het systeem anders niet kan bepalen wat de originele (=goede) en wat de nieuwe (= gemuteerde/foute) base is.

Question 59

Waarom kan een deaminering van cytidine wel herkend worden in DNA, maar niet in RNA (stel dat er een soortgelijk RNA-repair mechanisme zou bestaan)?

Answer 59

Omdat deaminering van cytidine leidt tot het ontstaan van uracil. Uracil in RNA kan niet herkend worden als “mutatie/fout” omdat het
ook normaal in RNA voorkomt maar niet in DNA. Men denkt dat dit de reden is dat thymine ontstaan is in de evolutie.

Question 60

Waardoor is het onmogelijk nonsense mutaties te induceren door behandeling van een wild type organisme met mutagenen die alleen AT –> GC transities in DNA veroorzaken?

Answer 60

TAA kan niet door AT→GC transitie uit iets ontstaan.
TAG kan door AT→GC transitie ontstaan uit TAA ( maar dat is al een stopcodon).
TGA kan door AT→GC transitie ontstaan uit TAA (maar dat is al een stopcodon).

Question 61

Hydroxylamine veroorzaakt alleen CG –> TA transities in DNA. Zal hydroxylamine nonsense mutaties produceren?

Answer 61

Ja, TAA bijvoorbeeld kan door CG→TA transitie (oftewel GC→AT transitie gezien vanuit de complementaire keten) ontstaan uit CAA.
(Een transitie GC→AT gezien vanuit de ene DNA streng is een transitie CG→TA gezien vanuit de complementaire DNA streng)