Post on 08-Jul-2020
1. Δομή και λειτουργία χρωμοσωμάτων και γονιδίων
Χαρακτηριστικά γνωρίσματα του DNA:
Η δομή του DNA φέρει τη χημική πληροφορία:μεταβιβάζεται ως γενετική πληροφορία από κύτταρο σε κύτταρο και από γενιά σε γενιά
Διατήρηση και κωδικοποίηση τεράστιων ποσοτήτων πληροφοριών
Συμπληρωματικότητα (ημισυντηρητικός τρόπος αντιγραφής)Η συμπληρωματικότητα προστατεύει από απώλεια πληροφορίας σε περίπτωσηκαταστροφής του DNA
Δυνατότητα επανασύνδεσης των συμπληρωματικών αλυσίδων (επανένωση ήυβριδισμός)
Figure 4-3 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
DNA:ΔεοξυριβόζηΑζωτούχα βάσηΦωσφορική ομάδα
Δεξιόστροφη ελικοειδή δομή
Figure 4-4 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Πουρίνες
Πυριμιδίνες
Figure 4-5 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Ελλάσων αύλακα
Μείζων αύλακα
Οι φωσφοδιεστερικοί δεσμοί 3’-5’συνδεόυν τα διαδοχικά νουκλεοτίδια:
Νουκλεόσωμα:
Η βασική μονάδατης χρωματίνης
Figure 4-23 (part 2 of 2) Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Ιεραρχικά επίπεδα οργάνωσης χρωματίνης:
H1H2AH2BH3H4
2 αντίγραφα
5 κύριοι τύποι ιστονών:Νουκλεόσωμα
Το μιτοχονδριακό χρωμόσωμα
~36 γονίδια~16Kb
Το DNA του ανθρώπινου γονιδιώματος
Μοναδιαίο, μη επαναλαμβανόμενο 75% (~10% του γονιδιώματος κωδικεύει γονίδια)
Επαναλαμβανόμενο, διάσπαρτο 15%(ανάμεσα σε γονίδια. 2 οικογένειες [Alu και L1)
Δορυφορικό DNA 10%(έντονα επαναλαμβανόμενο, κεντρομερή, τελομερή)
Γονίδιο:
Figure 6-8a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
πρωτεΐνες
Το κεντρικό δόγμα στη βιολογίαΓενικόΕιδικό
Τα γονίδια διακρίνονται βασικά σε 2 κατηγορίες:
• Στα γονίδια που μεταγράφονται σε mRNA και μεταφράζονται στησυνέχεια σε πολυπεπτιδικές αλυσίδες και
• Στα γονίδια που μεταγράφονται και παράγουν tRNA, rRNA και snRNA.
Υπάρχουν 4 είδη μορίων RNA που παράγονταιμε τη μεταγραφή:
Το αγγελιοφόρο RNA(mRNA): μεταφέρουν τηνπληροφορία του DNA γιατην παραγωγή μιαςπολυπεπτιδικής αλυσίδας.
Το μεταφορικό RNA (tRNA):συνδέεται με ένασυγκεκριμένο αμινοξύ και τομεταφέρει στη θέση τηςπρωτεϊνοσύνθεσης.
Το ριβοσωμικό RNA (rRNA):συνδέονται με πρωτεΐνες καισχηματίζουν το ριβόσωμα, έναοργανίδιο απαραίτητο για τηνπραγματοποίηση τηςπρωτεϊνοσύνθεσης.
Το μικρό πυρηνικό RNA(snRNA): μικρά μόρια RNA, ταοποία συνδέονται με πρωτεΐνες. Καταλύουν την ωρίμανση τουmRNA, μια διαδικασία πουγίνεται μόνο στουςευκαρυωτικούς οργανισμούς.
Δομή και οργάνωση γονιδίων
Σημαντικές για την έξοδοαπό το πυρήνα και τη σταθερότητα
του RNA
Ευχρωματίνη: ζώνες R στοκαρυότυπο που βάφονταιλιγότερα έντονα
Που βρίσκονται;
• Ο μηχανισμός της μεταγραφής του DNA είναι οίδιος σε όλους τους οργανισμούς.
• Το ένζυμο που καταλύει τη μεταγραφή είναι ηRNA πολυμεράση.
• Στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς υπάρχουντρία είδη αυτού του ενζύμου. Το είδος πουειδικεύεται στη σύνθεση mRNA λέγεται RNAπολυμεράση II.
• Στον πυρήνα κάθε ανθρώπινου κυττάρουυπάρχουν 40 000 περίπου μόρια RNAπολυμεράσης II.
Μεταγραφή:
Οργάνωση του υποκινητή:
Μεταγραφή
Η RNA πολυμεράση II προσδένεται στον υποκινητή(promoter) με τη βοήθεια μεταγραφικών παραγόντων.
Αμέσως μετά, η RNA πολυμεράση II ξεδιπλώνει τις αλυσίδεςτου DNA και ξεκινά η μεταγραφή.
Η RNA πολυμεράση II τοποθετεί νουκλεοτίδια RNAαπέναντι από τα νουκλεοτίδια της μη κωδικής αλυσίδας τουDNA (αδενίνη- ουρακίλη αντί θυμίνη).
Τα νουκλεοτίδια RNA συνδέονται με φωσφοροδιεστερικούςδεσμούς και η μεταγραφή, όπως και η αντιγραφή, έχει προσανατολισμό 5΄ προς 3΄.
Η μεταγραφή θα σταματήσει στις ειδικέςαλληλουχίες λήξης της μεταγραφής, οι οποίεςεπιτρέπουν την απελευθέρωση του RNA.
2. Επιδιορθωτικοί μηχανισμοί γενετικών βλαβών
Συνέπειες των γενετικών βλαβών
GG
TT
TT
G*G
G
G
Altered DNA metabolism
mutationschromos. aberrations
blocked transcriptionblocked replication
cell cycle delay/arrestcell death
misreplication, aberrant chromos. segregation
mutationschromos. aberrations
misreplication, aberrant chromos. segregation
blocked transcriptionblocked replication
cell cycle delay/arrestcell death
DNA repair systems
Ενδογενείς: ROS, alkylation
Εξωγενείς: UV, radiation, chemicals
2. Περιβαλλοντικές πηγές βλαβώνΈκθεση σε χημικά (e.g. καπνός, τρόφιμα, βιομηχανικά απόβλητα, χημειοθεραπευτικά)
Iοντίζουσα ακτινοβολία (e.g. X-ray, γ-ray)
Έκθεση σε υπεριώδη ακτινοβολία
1. Ενδογενείς πηγές βλαβώνΜεταβολισμός (ελεύθερες ρίζες): η ζωή είναιδεμένη με το Ο2
Κοινές DNA βλάβες- 1
1. Υδρόλυση: A, G2. Απαμίνωση: C U, A Hypoxanthine
Σημείωση: Η κυτοσίνη μπορεί να απαμινωθεί αυθόρμητα και να δώσει ουρακίλη. Δηλαδή, C U μεταλλαγές.Για αυτό τα ευκαρυωτικά κύτταρα πρόσθεσαν ένα CH3 στην ουρακίλη θυμίνη στο DNA.
Κοινές DNA βλάβες- 2
Διμερισμός πυριμιδινών (UV). Συνολικές βλάβες: 104 - 106 βλάβες/μέρα!
• Base Loss (απώλεια βάσης)• Base modification & Deamination (μετατροπή/απαμίνωση)
Chemical Modification (χημική μετατροπή)• Photodamage (φωτοβλάβες)• Inter-strand crosslinks (διακλωνικές διασυνδέσεις)
• DNA-protein crosslinks (DNA-protein διασυνδέσεις)• Strand breakage (θραύση μονόκλωνη/δίκλωνη)
Types of DNA damage
Types DNA Repair
• Photolyase• De-alkylation proteins (not catalytic)
• Base Excision Repair• Nucleotide Excision Repair (GG and TC)
• Recombination Repair• Error-prone Repair• Double strand Break Repair (if time permits)
Cyclobutane Pyrimidine Dimers (CPD) 6-4 PhotoProducts (6-4PP)
UV
T - T5’
5’3’
3’
Διμερή πυριμιδινών
Φωτολυάσες:
• Ενζυματική φωτοαντίδραση• Αποδιμερισμός σε 1 μόνο βήμα• Ειδικότητα στη βλάβη• Δεν υπάρχουν στα θηλαστικά με πλακούντα
Φωτολυάσες
Ορατό φωςεπιδόρθωση
Αποδέσμευση
Οχι στα θυλαστικά μεπλακούντα:
CPD Photolyase
Tasmanian rat kangaroo
Διαγονιδιακά ποντίκια για τη CPD-φωτολυάση
CPDs
Non-CPD lesions
UV
Λιγότερο ερύθημα!Λιγότερη υπερπλασία!
Λιγότεροι όγκοι στα διαγονιδικάποντίκια με CPD φωτολυάση!
Επιδιορθωτικοί μηχανισμοί στα θηλαστικά
Μονοπάτι Βλάβη
global genome NER distorting, bulky
transc/tion-coupled NER transcription-blocking
base excision repair (BER) subtle base modification
homologous recombination double strand break
endjoining double strand break
cross-link repair interstrand cross-links
damagerecognition
excision
DNA synthesis + ligation
HHR23BXPC XPE
DDB2UV UV RNA pol II
CSA
XPA
XAB2UVS
TFIIH
CSB
CSA
TFIIHXPGRPAXPA
XPG
ATPXPB XPD
ERCC1/XPF
RPA
XPGERCC1/XPF
DNA ligaseDNA pol δ/εPCNA, RFC
???
globalgenome
NER
transcription-coupled
NER
helix-unwinding+
damage verification
TTDA
Nucleotide Excision Repair (NER)
Global genome nucleotide excision repair (GG-NER)
RPA
ERCC1XPF
XPGERCC1/XPF XPA
Global genome nucleotide excision repair (GG-NER)
DNA polymerase δ/ε, RFCPCNA and DNA ligase
Global genome nucleotide excision repair (GG-NER)
CSB
RNA polymerase IIRNA
Transcription-coupled nucleotide excision repair (TC-NER)
XPG ERCC1/XPF
RPA
XPA
Transcription-coupled nucleotide excision repair (TC-NER)
DNA polymerase δ/ε, RFCPCNA and DNA ligase
Transcription-coupled nucleotide excision repair (TC-NER)
Damagerecognition
Excision
DNA synthesis + ligation
HHR23BXPC
DDBUV UV RNA pol II
CSA
XPATFIIH
CSB
CSA
ATPXPB XPDRPA
XPGERCC1/XPF
DNA ligaseDNA pol δ/εPCNA, RFC
Helix-unwindingDamage verification
TTDA
Cell death/Senescence (?)
Aging
Mutations
Cancer
GG-NER TC-NER
Nucleotide Excision Repair (NER) - Patients
damagerecognition
excision
DNA synthesis + ligation
HHR23BXPC XPE
DDB2UV UV RNA pol II
CSA
XPA
XAB2UVS
TFIIH
CSB
CSA
TFIIHXPGRPAXPA
XPG
ATPXPB XPD
ERCC1/XPF
RPA
XPGERCC1/XPF
DNA ligaseDNA pol δ/εPCNA, RFC
???
globalgenome
NER
transcription-coupled
NER
helix-unwinding+
damage verification
NER-deficient syndromes a.o.XP, CS, TTD
TTDA
damagerecognition
excision
DNA synthesis + ligation
HHR23B
XPC XPEDDB2
UV UV RNA pol II
CSA
XPA
XAB2UVS
TFIIH
CSB
CSA
TFIIHXPGRPAXPA
XPG
ATPXPB XPD
ERCC1/XPF
RPA
XPGERCC1/XPF
DNA ligaseDNA pol δ/εPCNA, RFC
???
globalgenome
NER
transcription-coupled
NER
M
M
M
M
M
MM
M
mouse mutants
helix-unwinding+
damage verification
M
MMM
Nucleotide Excision Repair (NER) - Mouse mutants
NER-deficient syndromes a.o.XP, CS, TTD
TTDA
- Φωτο (UV) ευαισθησία- Αλλαγές στο δέρμα- Ατροφικό δέρμα- Καρκίνος του δέρματος >2000x↑)- Νευροεκφυλισμός7 γονίδια:
XPA - XPG
Μελαχρωματικήξηροδερμία (XP)
Αυτοσωμική υπολειπόμενη
Cockayne Syndrome (CS)
- Φωτο (UV) ευαισθησία- Αναπτυξιακές διαταραχές- Νευροεκφυλισμός- Εκφυλισμός αμφιβλ/δούς- Καχεξία- ΣτειρότηταΟχι καρκίνος!2 γονίδια: CSA,CSB
7 y3 y7 y
- hotosensitivity- chthyosis- rittle hair and nails- mpaired intelligence
dysmyelination of CNS- ecreased fertility- hort stature- 3 genes involved:
PIBI
DS
XPB, XPD, TTDA
No skin cancer!
T t d TTDrichohio ystrophy ( , )PIBIDSΤριχοθιοδυστροφία (TTD)
- Φωτο (UV) ευαισθησία- Ιχθυωση- Νευροεκφυλισμός- Στειρότητα- μικρό ανάστημαΟχι καρκίνος!3 γονίδια: XPB, XPD, TTDA
- Ιχθύωση
μόνο στο TTD
Συμπεράσματα για τα NER σύνδρομα
1. Μελαγρωματική ξηροδερμία (XP):- αυξημένη εμφάνιση καρκίνου
2. Σύνδρομο Cockayne (CS)/Τριχοθιοδυστροφία (TTD)
- δεν εμφανίζουν καρκίνο- Κλινική εικόνα προγηρίας
ΑλλαΑλλα!!- όλα τα σύνδρομα αφορούν το ίδιο μονοπάτιεπιδιόρθωσης
Μπορούν τα ζωικά μοντέλα να μιμηθούν τουςασθενείς?
Φαινότυπος στα TTD ποντίκια
TTD mouse, 4-5 weeks
Παρόμοια χαρακτηριστικά μεταξύ TTD ασθενή/ποντικού
Γκρίζα μαλλιά στα TTD ποντίκια
wt TTD
Κύφωση
Σκελετικές ανωμαλίες σταστα TTD ποντίκια
Προγηρία στο TTD
Ποντικοί (cohort study) Ασθενείς
- μείωση διάρκειας ζωής - μείωση διάρκειας ζωής
- καχεξία, σαρκοπενία - καχεξία
- πρώιμη στειρότητα (θυληκά) - αναστ. σεξ/κής ωρίμανσης
- Δερματολογικές ανωμαλίες - γηραλαία εμφάνισηHair depigmentation, sebaceous gland hyperplasia,
- σκελετικές ανωμαλίες - σκελετικές ανωμαλίεςkyphosis, osteoporosis, osteosclerosis osteoporosis
- σταδ. νευροεκφυλισμός - σταδ. νευροεκφυλισμός
Και σε οτι αφορά τη προδιάθεση στο καρκίνο?
Παρόμοια χαρακτηριστικά μεταξύ TTD ασθενή/ποντικού
Μείωση νεοπλασιών στα XPDTTD ποντίκια
C57Bl/6 XPDTTD
(n=40) (n=35)
Νεοπλάσματα (αιτία θανάτου) 35% 20%
Αρ. ποντικών με όγκους 75% 54%
Συν. Αριθμός όγκων 42 22
Μ.Ο. αριθμού όγκων/ποντικό 1.1 0.6
- sun (UV) sensitivity- pigmentation abnormalities- dry, atrophic skin- skin cancer (>2000x↑)- accelerated neurological
degeneration
- 7 genes involved:XPA - XPG
Xeroderma Pigmentosum (XP)(predominantly a GG-NER defect)
- sun (UV) sensitivity- growth failure- neurological abnormalities
(dysmyelination)- retinal degeneration- accelerated aging
2 genes: CSA,CSBno skin cancer !
Cockayne Syndrome (CS)(TC-NER defect)
Global Genome Nucleotide Excision Repair
Transcription coupled Nucleotide Excision Repair
GG
TT
TT
G*G
G
G
mutations
blocked transcription & replication
cell cycle arrest & apoptosis
misreplication
καρκίνος Προγηρία
GG-NER TCR, DSB, ICLr
Βλάβες στο NER επάγουν πρώιμη γήρανση ή καρκίνο
X X