HC.1 DNA schade en reparatie: deel 1 Flashcards
Ontstaan van kanker
Kanker komt door een opeenstapeling van mutaties (stochastisch= per toeval). Dit kost tijd en, (enige uitzondering meegenomen), maakt kanker een ouderdomsziekte.
Mutaties en kanker
Mutaties zijn onder te verdelen in twee typen:
- Puntmutaties: kleine veranderingen op basepaar niveau
- Transities (purine->purine; pyrimidine -> pyrimidine)
- Transversies (purine <-> pyrimidine)
- Kleine inserties / deleties
- Chromosomale afwijkingen: grote veranderingen; waar te nemen op chromosomaal niveau
- Translocaties
- Amplificaties
- Deleties
- Numerieke afwijkingen (= meer chromosomen in een cel dan zou moeten)
-> A & G zijn purines, C & T zijn pyrimidines
Puntmutaties: transitie/stille mutatie
Door een mutatie verandert een base, maar blijft het aminozuur hetzelfde. Dit komt doordat een base is veranderd naar dezelfde base, of naar een base die daarbij past (purine -> purine of pyrimidine -> pyrimidine). Dit heeft GEEN gevolgen voor het eiwit
Puntmutaties: transversie
Bij een tansversie vindt er een overgang plaats van purine > pyrimidine of andersom. Afhankelijk van de locatie kan dit gevolgen hebben:
- missense mutatie
- nonsense mutatie
Chromosomale afwijkingen: translocatie
Uitwisseling van chromosoomstrengen. Kan met of zonder DNA-verlies. Er ontstaat een fusie-gen dat fusie-eiwit produceert.
Chromosomale afwijkingen: amplificaties
Vermeerdering van de mutatie.
Chromosomale afwijkingen: numerieke afwijkingen
Te veel of te weinig kopieën van een chromosoom (aneuploïdie). Er is dus geen evenwichtige verdeling van chromosomen. Dit kan leiden tot over- of onderexpressie van een eiwit of tot verlies van heterozygositeit. Als het chromosoom met de normale kopie verloren gaat, blijft alleen de gemuteerde kopie over. Het vermogen tot tumorsupressie gaat verloren.
Oorzaken van DNA beschadiging
- chemische instabiliteit
- chemische verbindingen
- biologische stoffen
- fysische agentia
- foutieve replicatie
Soorten DNA-beschadigingen
- chemische adducten: DNA-dubbele helix verstorend of niet-verstorend
- intrastrengs crosslink: UV-licht of cisplatine
- interstrengs crosslink: twee guanine uit aparte strengen aan elkaar
- DNA-streng breuken: enkelstrengse breuk (oxidatieve DNA-schade) of dubbelstrengse breuk (ioniserende straling)
- basepaar mismatches: translesie synthese of proofreading fouten
Chemische instabiliteit
Dit ‘gebeurt gewoon’
- Spontane hydrolyse
Door spontane hydrolyse kan de N-glycosylverbinding tussen suikers en base verloren gaan, waardoor een suiker ontstaat waar geen base meer aan vast zit (abasische site). Een dergelijk suiker wordt een gedepurineerde suiker genoemd. Dit gebeurt zo’n 9.000 keer per cel per dag. Bij de replicatie van DNA wordt de abasische site overgeslagen, waardoor een deletie plaatsvindt van 1 basepaar in het DNA. - Deaminatie van basen
Bij deaminatie verdwijnt een aminogroep van de base. Een voorbeeld hiervan is cytosine, wat na deaminering verandert in uracil. Bij de replicatie zal tegenover uracil adenine worden ingebouwd. Bij weer een volgende replicatie wordt tegenover adenine thymine geplaatst. De C is dus vervangen door een T. Dit heet een transitie (want pyrimidine <-> pyrimidine). Er is dus een verandering in complementariteit. De replicatie induceert een mutatie. De frequentie waarmee dit gebeurt is ongeveer 400 keer per cel per dag. Deaminatie van basen kan gebeuren met alle nucleotiden: C -> T (transitie), A -> G (transitie), G -> A (transitie) en C -> T (transitie).
Biologische stoffen
- Endogene stoffen (/oxidatieve DNA schade)
Dit zijn stoffen die het lichaam zelf produceert. Voorbeelden hiervan zijn zuurstofradicalen (reactive oxygen species, ROS), geproduceerd door metabole processen (energieproductie). Door ROS gaat bijvoorbeeld guanine over in 8-oxiguanine. Dit gebeurt zo’n 400 keer per cel per dag. Normaal staat in het DNA cytosine tegenover een guanine, maar 8-oxiguanine paart met adenosine. Na de tweede replicatieronde vindt en G -> T transversie plaats, want tegenover adenosine wordt thymine geplaatst.
-> Hierom slikken sommige mensen antioxidanten. - Benzo[a]pyreen: aanwezig in sigarettenrook
Benzo[a]pyreen is van zichzelf geen schadelijke stof. Op het moment dat deze stof wordt ingeademd, zullen enzymen benzo[a]pyreen omzetten in BPDE. Dit is wel een schadelijke stof. BPDE bindt aan het DNA en verstoort zo de structuur van de dubbele helix.
Chemische adducten die de DNA dubbelhelix NIET verstoren
- spontane hydrolyse
- deaminatie
- oxidatieve DNA schade
Dit komt omdat het kleine chemische adducten zijn.
-> Chemische adducten (= een binding van een stof aan een nucleotide)
Fysische agentia
Onder hoogenergetische straling vallen onder andere gamma- en röntgenstraling (ioniserende straling) en UV-licht (zon).
- UV-licht kan een crosslink aanleggen tussen twee pyrimidines, waarbij een pyrimidine dimeer of een 6-4 fotoproduct gevormd wordt.
- Röntgenstraling kan leiden tot het ontstaan van breuken in beide DNA-helixes (dubbelstrengs DNA-breuk).
Aantal beschadigingen per cel per dag
75000
Excisie reparatie mechanismen
- Base Excisie Reparatie (BER): herstel van kleine adducten (oxidatieve DNA-schade, deaminatie van basen; ssDNA breuken)
- Nucleotide Excisie Reparatie (NER): herstel van grote adducten (UV-licht)
BER
- enzymatisch proces
- herstel van kleine adducten (oxidatieve DNA schade, deaminatie van basen, ssDNA breuken)
- DNA schade wordt herkend door een schade-specifieke DNA-glycosylase. De foute base wordt verwijderd en er ontstaat een abasische plaats (AP).
- Endonuclease herkent AP-site en maakt een knip in het DNA; AP-site wordt verwijderd.
- Herstel: DNA-polymerase en ligase vullen het gat op met de juiste nucleotiden.
NER
Herstel van grote adducten (cyclopyrimidine dimeren, 6-4 fotoproducten, bulky adducten)
Globaal genoom NER (traag)
1. Eiwitten als XPC, CETN2 en RED23B herkennen schade en binden aan de helix.
2. UV-DDB herkent eiwitcomplex en controleert of er echt NER schade is.
3. Bij loslating van RAD23B gaat er een signaal naar transcriptiefactor IIH (TFIIH) om te binden.
Transcriptie gekoppeld NER (snel)
1. Bij vastlopen van RNA polymerase worden eiwitten CSB en CSA geactiveerd. Deze herkennen schade aan de te trascriberen streng en binden hieraan.
2. CSB en CSA zorgen voor een transcriptieblok.
3. Door middel van backtracking zorgen CSB en CSA voor het vrijkomen van de schade zodat TFIIH kan binden.
Beide NER
4. XPD en XPB werken als helicase. XPA controleert de schade. XPF knipt 5’ kant, XPG knipt 3’ kant.
4. DNA-polymerase vult het gat op, dit wordt ‘gelijmd’ met ligase.
Xeroderma pigmentosum (XP)
klinische symptomen:
- zongevoeligheid
- droge, harde huid
- pigmentatie afwijkingen
- cataract (beschadigd hoornvlies)
- HUIDKANKER (>2000x verhoogde kans)
- versnelde neurologische achteruitgang
-> zeldzaam (1/250000); autosomaal recessief
oorzaak
- ten minste 8 genen (XPA t/m XPG)
behandeling
- UV-beschermende kleding
- regelmatige dermatologische controle en behandeling
Cockayne syndroom (CS)
klinische symptomen
- zongevoeligheid
- groei achterstand
- neurologische achteruitgang
- netvliesafwijkingen
versnelde veroudering
- GEEN verhoogd risico op huidkanker
-> zeldzaam (1/250000); autosomaal recessief
oorzaak
- 2 genen (CSA en CSB)
- kan in combinatie met XPB, XPD, XPG
Verschillen XD en CS
XD:
- verminderde functie globaal genoom NER
- gevolg: huidkanker
CS:
- verminderde functie transcriptie gekoppeld NER
- gevolg: versnelde veroudering
