W2 HC.1 DNA schade en reparatie: deel 1

Question 1

Soorten mutaties:

Answer 1

Puntmutaties: kleine veranderingen op basepaar niveau
- transities (purine -> purine (A/G); pyrimidine -> pyrimidine (C/T))
- transversies (purine -> pyrimidine of vice versa)
- kleine inserties/ deleties

Chromosomale afwijkingen: grote veranderingen: waar te nemen op chromosomaal niveau
- translocaties
- amplificaties
- deleties
- numerieke afwijkingen

Question 2

Oorzaken voor DNA schade?

Answer 2

• (A) chemische instabiliteit
• (B) chemische verbindingen
• (C) biologische stoffen
• (D) fysische agentia
• (E) foutieve replicatie

Question 3

Soort DNA beschadigingen?

Answer 3

• chemische adducten
• intrastreng crosslinks
• interstreng crosslinks
• DNA strengbreuken
• basepaar mismatches

Question 4

Oorzaken voor DNA schade:
Vormen van chemische instabiliteit (A)?

Answer 4

1. spontane hydrolyse:
   -> hydrolyse van de n-glycosyl-verbinding tussen suiker en base
   -> leidt tot depurinatie (suiker zonder base)
   -> depurinatie leidt tot 1bp deletie (replicatie induceert mutatie)
   (frequentie: ~9000 per cel per dag)
2. deaminatie van basen:
   -> aminogroep verdwijnt
   -> leidt tot omzetting van een cytosine in een uracil
   -> leidt tot verandering complementariteit (replicatie induceert mutatie) want CG wordt door deaminatie UG wordt bij replicatie UA (en CG) en dan wordt de UA een TA
   -> C -> T (transitie)
   (frequentie: ~400 per cel per dag)

Question 5

Voorbeelden van verandering complementariteit?

Answer 5

cytosine -> uracil (C->T)
adenine -> hypoxanthine (A->G)
guanine -> xanthine (G->A)
5-methylcytosine -> thymine (C->T)

Question 6

Oorzaken voor DNA schade:
Hoe werkt mutatie door biologische stoffen (C)?

Answer 6

1. Endogene stoffen: zuurstof; oxidatieve DNA schade
   -> Zuurstofradicalen: geproduceerd door metabole processen (energie productie)
   -> Reactive Oxygen Species (ROS)
   -> guanine + ROS -> 8-oxoguanine
   (frequentie: ~400 per cel per dag)

Een guanine zou tegenover een cytosine staan, maar een 8-oxoguanine complementeert met adenosine (G -> T transversie)

2. Benzo[a]pyreen: aanwezig in sigarettenrook
   -> metabolisch geactiveerd: wordt omgezet in Benzo[a]pyreen dio epoxide (BPDE) door enzymen
   -> BPDE bindt aan DNA

Question 7

Oorzaken voor DNA schade:
Hoe werkt mutatie door fysische agentia (D)?

Answer 7

UV: Intrastreng DNA beschadigingen door straling
door UV-C ontstaat :
- cyclopyrimidine dimeer (CPD) of
- 6-4 fotoproduct
-> 75.000 beschadigingen/cel/dag

Question 8

Chemische adducten die de DNA dubbelhelix NIET verstoren:

Answer 8

• spontane hydrolyse
• deaminatie
• oxidatieve DNA schade

Question 9

Eigenschappen BPDE?

Answer 9

• Veroorzaakt chemische adducten die de DNA dubbelhelix verstoren
• BPDE reageert voornamelijk met G residue
• Tegenover G-BPDE wordt een A residue ingebouwd

-> Dus normaal DNA is verbinding (G-C) en mutant DNA is (GDPDE-A)
-> Na replicatie is mutant DNA (T-A) want T wil tegenover A

oftewel: G->T mutatie (transversie)

Question 10

Welke reparatiemethodes bestaan er voor de schade aan DNA?

Answer 10

Base Excisie Reparatie (BER)
-> Enzymatisch proces
-> Herstel van kleine adducten (oxidatieve DNA schade, deaminatie van basen, ssDNA breuken (= enkelstreng breuken, maar wordt niet verder besproken in college))

Nucleotide Excisie Reparatie (NER)
-> Herstel van grote adducten (cyclopyrimide dimeren, 6-4 fotoproducten, bulky adducten)

Question 11

In welke 3 stappen vindt BER plaats?

Answer 11

1. Herkenning DNA schade (DNA glycosylase)
   -> Glycosylases scannen het DNA en herkennen vreemd nucleotide door ‘base flipping’
   -> Bv. Uracil DNA glycosylase (UNG) verwijdert ongewenste uracil
   -> Bv. 8-Oxoguanine DNA glycosylase (OGG1) hydrolyseert de N-glycosyl verbinding tussen deoxyribose en 8-oxoG
   -> Beiden creëren een abasische plaats (AP), een plaats zonder een purine of pyrimidinebase
2. Excisie DNA schade (AP-endonuclease)
   -> Endonuclease herkent AP-site en maakt een knip in het DNA; AP-site wordt verwijdert.
3. Herstel (DNA polymerase en ligase)

Question 12

In welke 4 stappen vindt NER plaats?

Answer 12

1. Herkenning van DNA schade
   -> Scannen door groep van 3 eiwitten: XPC, CETN2, RAD23B
   -> UV-DDB (complex eiwitten) kan de schade vervolgens herkennen
   -> Als UV-DDB herkent heeft, laat RAD23B los. Dit is het signaal voor ander groot complex eiwitten om aan de slag te gaan.
2. Openen van omringende DNA
   -> Dit gebeurt door het grote complex
3. Verwijderen DNA-schade (en aangrenzende gebieden van dezelfde streng)
4. Herstel (DNA synthese/ligatie)
   -> door DNA polymerase en ligase

Question 13

Gevolgen NER defect?

Answer 13

1. Xeroderma pigmentosum (XP): autosomaal recessief
   - klinische symptomen: zongevoeligheid, droge/harde huid, pigmentatie afwijkingen, cataract, huidkanker (>1000x hoger), versnelde neurologische achteruitgang
   - oorzaak: ten minste 8 genen XPA, XPB, … XPG
   - ‘Children of the Moon’ hebben rigoreuze bescherming tegen blootstelling aan UV- en zonlicht nodig, speciale beschermende kleding (ESA/NASA), regelmatige dermatologische controle en behandeling (incl. chirurgie)
2. Cockayne syndroom (CS): autosomaal recessief
   - klinische symptomen: zongevoeligheid, groei achterstand, neurologische achteruitgang, netvliesafwijkingen, versnelde veroudering, GEEN huidkanker
   - oorzaak: 2 genen (CSA, CSB) samen met XP (XPB, XPD, XPG)

Question 14

Wat is het verschil tussen 1 en 2 dus tussen Globaal Genoom NER en Transcriptie Gekoppeld NER?

Answer 14

Globaal Genoom NER
- voorkomen mutaties
- GG-NER defect
- kanker

Transcriptie Gekoppeld NER
- voorkomen celdood
- TC-NER defect
- versnelde veroudering