DNA reparasjon

Seter i DNA som kan modifiseres kjemisk Spontan hydrolyse Angrep av reaktive oksygenmolekyler (ROS) * Nukleofile sentere som lett reagerer med eksogene og endogene elektrofile forbindelser, f. eks. alkyleringsmidler

DNA skader Base-endringer. Deamineringer, alkyleringer, dimeriseringer Trådbrudd. Enkle og doble brudd i fosfodiester-kjeden Kryssbindinger. Mismatches. Inkorporering av feil nukleotid ved replikasjon Endring av en base (se punkt 1.)

Base-endringer. Basen faller ut pga. angrep på den glykosidiske bindingen til sukkeret (AP-seter). Spontan og svært hyppig. Deaminering (C U). - Oksydative skader (8-oxo-G) Alkylering (3-metyl-A, O6-metyl-G) - Strålingsinduserte (TT-dimerer)

Metylering av Guanin i O6-posisjon er mutagent G C O6met-G T

Induction of thymine dimers by ultraviolet light

2. DNA Trådbrudd Enzymatisk (ved reparasjon, replikasjon, rekombinasjon) Ytre påvirkning (kjemikalier, ioniserende stråling).

3. Kryssbindinger Innen samme tråd (intrastrand) Mellom to tråder (interstrand) Eller addukter til andre molekyler. Induseres av kjemikalier og av kjemikalier + lys.

4. Mismatches To baser som ikke baseparer. Utfordringen er å finne hvilken som er feil og fjerne den.

Introduction of a mismatch

Metoder til å reparere base-skader Fjerne et addukt Fjerne den skadde basen Fjerne en lengre sekvens

Mekanismer for DNA reparasjon Direkte reversering  Et enzym – fotolyase – binder seg til tymin-dimeren og splitter den. Energi: absorbert synlig lys.  Et addukt (typisk en metylering) overføres til et reparasjons -”enzym”.

Ada – et selvmordsenzym Ada-proteinet (E. coli) gjenkjenner metylerte baser (3-metyl-adenin) og overfører metyl-gruppen til seg selv. Proteinet kan da IKKE brukes om igjen, og er strengt tatt ikke et enzym.

Ada som en sensor for alkyleringsskader

2. Nucleotide excision repair

Substrater for UvrABC endonuklease i E. coli

Excision repair in higher eukaryotes

Xeroderma Pigmentosum En sykdom der pasientene har en genetisk defekt i Excision Repair. Symptomer: Nevrologiske problemer, ekstrem følsomhet forlys, høy frekvens av kreft.

Excision repair er mest effektiv på den tråden som blir transkribert. (’transcription-coupled repair’) Grunn: RNA polymerase bidrar til markering av DNA-skader. Reparasjonen er trådspesifikk og genspesifikk.

Base Excision Repair (BER)

Fjerning av endrede baser: Glykosylaser

DNA-lesjoner som repareres ved base excision repair

Mismatch repair. Når feil nukleotid blir satt inn ved replikasjon, vil vanligvis polymerasen selv fjerne den (’proofreading’). Hvis det IKKE skjer, kan nukleotidet fjernes med Mismatch Repair.

Mismatch repair in E. coli (GATC)

Mismatch repair i E. coli MutS bindes til DNA som inneholder en mismatch MutL bindes og stabiliserer. Nødvendig for aktivering av MutH, en ss nuklease som gjenkjenner og kutter den ikkemetylerte tråden i hemimetylerte GATC-seter. Det påfølgende utkuttingstrinnet krever UvrD, en ATP-avhengig helikase, og en ss eksonuklease (Exo I, Exo VII eller RecJ) for fjerning av DNA-tråden med skaden. En ny tråd syntetiseres av DNA pol III

Mismatch repair in higher eukaryotes

Reparasjon av mismatch med 8-oxoguanine (Nature, februar 2004)

Deaminering av cytosin ??

Uracil i DNA blir gjenkjent og fjernet. Uracil DNA glycosylase kodes av genet ung. Enzymet flipper uracil ut av DNA-helixen før den kutter det glykosidiske båndet. Dette er sannsynligvis mekanismen for alle DNA glykosylaser.

Enkelttrådbrudd i DNA repareres via en slags excision repair, for en tråd er uskadd. Men hva med dobbelttråd-brudd?

Et eksempel på mislykket rekombinasjon. Resultat: Kreft

Sykdommer forbundet med feil i reparasjonssystemene

Recombinasjon som ”reparasjon”

DNA skade Regulering av cellsyklus DNA reparasjon Aktivering av transkripsjon Skade-toleranse Apoptose

SOS-responsen i E. coli

SOS-responsen gir mutasjoner

Homolog Rekombinasjon Dannelse og resolusjon av Holliday junctions

IMMUNGLOBULIN GENREARRANGERING µ CH2 CH3 CH4 CH1 VH VH (1-N) D(1-N) JH (1-N) Cµ Gener for tung kjede ( ) ( ) ( ) D-JH VH-DJH

TRANSPOSONER flytter seg rundt på genomet, både i eukaryoter og prokaryoter. Flankert av inverterte, repeterte sekvenser. Insertion sequences (IS) koder for en transposase og inneholder ikke så mye mer (<2kb) Komplekse transposoner inneholder gjerne Et gen for antibiotika-resistens (2-5kb) Sammensatte transposoner inneholder mange gener flankert av to IS-enheter