Molekularbiologie d. Alterns Flashcards
2 Theorien zur Begründung d. Alterns
gen. Programm: Gentheorie, Telomere
zufällige Schäden: Kreuzvernetzung, ROS, DNA-Schäden
Veränderungen d. Plasmamembran & Auswirkung
Fluiditätsverlust (strukturelle Änderung)
reduzierter Transport
betrifft: Zellmembran, ER, Mitochondrien
Veränderungen im Zellkern & Auswirkung
Anstieg an DNA-Schäden: weniger Reparaturprozesse
Histone bilden Disulfidbrücken: Replikations-/Transkriptionsprobleme
Kreuzvernetzungen d. DNA: Verlust epigen. Marker
Veränderungen in Ribosomen
Abnahme rRNA & Ribosomen-Anzahl
Veränderungen in Lysosomen
Abnahme d. Lysosomen-Zahl
Effizienzverlust
Membranschäden: Freisetzung zellschädigender Enzyme
Veränderung in Mitochondrien
Abnahme d. Mitochondiren-Zahl
Reduzierung d. inneren Membran-Faltung
Membranschäden: freie Radikale
Kreuzvernetzungen bei Proteinen/DNA & Auswirkungen
Protein-AS: Denaturierung
Nukleinsäuren: Mutationen
ROS: Welche? Wie schädigen sie? Abwehrsystem?
O2, O2-, OH-, H2O2
Radiakle: freies Molekül mit mind. 1 ungepaartem e
Bilden v. Radikalketten bis kovalente Bindung v. 2 Radikalen
Abwehrsysteme: Superoxid-Dismutase, Katalase, Glutathion-Peroxidase, Vitamin A/C/E
Herkunft von ROS in Zelle
Atmungskette: e-Transfer: O2-
Ionisierende Strahlung (UV): O2-
Haber-Weiss-Reaktion: OH-
Fenton-Reaktion (Fe&Cu): OH-
Superoxid-Dismutase: Reaktion, in welchen Zellen?
2 O2- + 2H -> H2O2 + O2
in allen Zellen vorhanden
je beteiligte Ionen 3 Klassen: Cu/Zn/Mn/Fe
Katalase: Reaktion, in welchen Zellen?
2 H2O2 -> 2 H2O + O2
in Peroxisomen & Mitochondrien
Glutathion-Peroxidase: Reaktion, in welchen Zellen?
H2O2 + 2 GHS(red) -> GSSG(ox) + 2 H2O
in Cytosol & Mitochondrien
Glutathion als Co-Faktor
wichtig für Lipidperoxidation & Membranfunktion
Struktur v. Glutathion: wie oxidiert?
Gutamat, Cystein & Glycin
Verbindung Cys & Glu über Gamma-Carboxylgruppe
oxidiert: 2 Moleküle verbunden über Disulfidbrücke
Funktion v. Alpha-Tocopherol als Radikalfänger
Hydrochinon: kann e an Radikal abgeben -> wird selbst zu Radikal
Intramolekulare e-Umverteilung über aromatischen Ring & Abgabe H+: Tocochinon (kein Radikal)
Alpha-Tocopherol vs. Ascorbat
Alpha-Tocopherol: fettlöslich, in Zellmembran
Ascorbat (gleiche Funktion): wasserlöslich, in Cytosol
Kerisläufe zum Abfangen v. ROS: Besonderheit?
stehen in Verbindung: Vit E/Vit C/Glutathion-Cyclus
DNA-Schäden an: Basen, Backbone, Crosslinks?
Basen: Basenaustausch, Basenaddukte, oxidative Veränderungen, Photoprodukte, Basenanaloga
Backbone: abasische Stelle, Einzel-/Doppelstrangbrüche
Crosslinks: interstrand -> kollabieren d. Replikationsgabel, intrastrand
Modifikation an DNA-/RNA-Basen
Oxidation
Alkylierung/Adduktbildung
Hydrolyse bz. Deamination: Cytosin -> Uracil, 5-Methyl-Cytosin -> Thymin
Reparaturmechanismen bei: Fehlpaarung, Strang, Doppelstrangbruch, Alkylierung
Fehlpaarung: Mismatch-Repair (MMR)
Strang (einzel): Basenexzisionsreparatur (BER), Nukleotidexzisionsreparatur (NER)
Doppelstrangbruch: non-homologous End-Joining (NHEJ), homology-directed Repair (HDR)
Alkylierung/Thymindimere: Alkyltransferasen, Photolyasen
Alkyltransferasen: Funktionsweise
Übernehmen Alkylgruppe an SH eines Cys-Restes
Werden durch Reaktion verändert -> Ubiquitinierung & Abbau
Photolyasen: Funktionsweise
Nur in Bakterien
Methylentetrahydrofolat wird durch Licht angeregt -> Abgabe e v. FADH auf Thymindimer
Grundprinzip indirekter Reparaturmechanismen
Schaden erkennen
Fehler entfernen (Nuklease)
Lücke schließen (Polymerase)
Ligation (Ligase)
MMR (Mismatch-Repair): Ablauf
- Erkennen d. Fehlpaarung über Helix-Form
- MutSAlpha assoziiert, MutLAlpha assoziiert
- PCNA-Faktor assoziiert
- ENO1 (Exonuklease) assoziiert & baut fehlerhafte DNA ab
- RPA (Replication Protein A) assoziiert & stabilisiert ssDNA
- DNA-Pol Beta snythetisiert dsDNA
- DNA-Ligase I schließt Nick
BER (Base Excision Repair): Ablauf
- Glycosylase erkennt spez. fehlerhafte Base & entfernt diese
- Beta-Lyase sneidet 3’ d. Lücke/ APE1 (Endonuklease) assoziiert an abasische Stelle & schneidet 5’ d. Lücke
- APE1 assoziiert nach Beta-Lyase-Aktivität & schneidet 5’ d. Lücke
- DNA-Pol Beta mit PCNA & RFC schließt Lücke
- Ligase I/III schließt Nick
NER (Nukleotidexzisionsreparatur) global: Ablauf
- Erkennen v. Verformung d. Helix
- Assoziation v. XPC-HR23B
- Assoziation TFIIH -> XPB & XPD (Helikasen) winden DNA auf
- Dissoziation v. XPC-HR23B
- Assoziation v. XPA, RPA & XPG (Endonuklease)
- XPF-ERC1 (Endonuklease) assoziiert
- Schneiden d. DNA, Oligonukleotid-Exzision
- Dissoziation v. XPA, TFIIH, XPG, XPF-ERC1
- Assoziation v. RFC, PCNA, DNA-Pol, Ligase I -> Neu-Synthese
NER (Nukleotidexzisionsreparatur) transkriptionsgekoppelt: Ablauf
- CSA & CSB erkennen Helix-Verformung & assoziieren
- DNA-Pol kann Komplex nicht passieren -> Transkriptionsstopp
- Assoziation v. XPC-HR23B, dann wie bei globaler NER
NHEJ (non-homologous End-Joining): Ablauf
- Ku70/Ku80-Heterodimere bilden Ring um DNA-Enden
- Assoziation DNA-PKCs & Artemis-Nuklease (5’-3’)
- Cernunnos/XLF interagiert mit XRCC4 & Ligase IV
- Ligase IV-Komplex assoziiert & schließt Nick
Krankheiten mit Mutationen in Reparaturgenen
Werner-Syndrom
Cockayne-Syndrom
Xeroderma Pimentosum
Progeria
Werner-Syndrom: Gen, Funktion, Phenotyp
WRN
Helikase & Exonuklease
Hautatrophie, Katerakt, Diabetes, Osteoporose
Cockayne A/B-Syndrom: Gen, Funktion, Phenotyp
CKN1/ERCC6
WD-Repeat-Protein/Helikase
Hautatrophie, Neurodegenerativität, UV-Sensitivität, skelettale Abnormalitäten, sexuelle Entwicklung
Xeroderma Pimentosum: Gen, Funktion, Phenotyp
XPA/XPG
DNA-Endonuklease
Hautatrophie, UV-Sensibilität
trans-Signal d. Epigenetik & wie Vererbt
Vererbt über Aufteilen d. Cytosol
Aufrechterhaltung durch Feedback-Loops
cis-Signal d. Epigenetik & wie Vererbt
physisch mit DNA assoziiert
verebt über Chromosomen-Teilung
Chromosomen-Inaktivierung (Xpat)
- Xist-Expression (Gen auf X-Chromosom)
- Xist-RNA bedeckt Chromosom
- H3K4-Hypomethylierung, H3K9-Hypomethylierung -> Gene Silencing
- H3K27me3, H3K9me3
Messen epigenetischer Stabilität über Gen-Ratio
Gene mit leicht unterschiedlicher RNA-Sequenz auf 2 Chromosomen
RT-PCR mit spez. Promotor: Verhältnis messen
Normal: Xi = none, Xa = ON -> Verhältnis 0,0%
Sonst: Xi & Xa = ON -> Verhältnis steigt
Wie wirken sich DNA-Mutationen auf Chromatin-Stabilität aus?
Histon-Code verändert sich durch AS-Mutationen -> transkriptionelle Instabilität
Hayflick Limit & 3 Phasen d. Zellewachstums
Hayflick-Limit: Humane Zellen sterben nach gewisser Anzahl an Replikationen
Phase I: erts niedrige, dann sehr hohe Wachstumsrate
Phase II: hohe Teilungsrate, hier durch Genomänderung unsterbliche Zellinien möglich
Phase III: fallen d. Wachstumsrate, nach speziofischer Zeit je Zellart
Was bewirkt Verlust an Telomerase-Aktivität?
Verkürzen d. Telomer-DNA
Weniger Telomer-Bindeproteine gebunden
-> ungeschützte Chromosomen
Telomer-Zustände in versch. Zellstadien
Keimzelle: Telomere vollständig & werden repliziert
Embryonale Zelle/ICM/ESC: Telomere vollständig
Somatische Zelle: Telomere verkürzen über Zeit
Tote Zelle: Telomere komplett abgebaut
Krebszelle: Telomere vollständig & werden repliziert
