Επιδίωρθωση Βλαβών στο DNA Πεφάνη Δάφνη Επίκουρη καθηγήτρια, Εργαστήριο Βιολογίας

Transcript

1 Επιδίωρθωση Βλαβών στο DNA Πεφάνη Δάφνη Επίκουρη καθηγήτρια, Εργαστήριο Βιολογίας

2 Πηγές Βλαβών στο DNA 1. Ενδογενείς βλάβες: Προκαλούνται κατά τη διάρκεια κυτταρικών διαδικασιών όπως η αντιγραφή του DNA και ο μεταβολισμός 2. Εξωγενής βλάβες:προκαλούνται από εξωτερικούς παράγοντες όπως UV ακτινοβολία, μεταβολικά κατάλοιπα του οργανισμού, χημικά μεταλλαξιγόνα

3 Kυτταρικές Αποκρίσεις Παύση του κυτταρικού Κύκλου στα σημεία ελέγχου Επιδιόρθωση Βλαβών στο DNA Aπόπτωση

4 Είδη βλαβών στο DNA 1. Λάθη που προκύπτουν κατά την αντιγραφή του DNA 2. Αλλοιώσεις των βάσεων (αποπουρινώσεις, απαμινώσεις, μεθυλιώσεις, οξειδώσεις) 3. Θραύση της μίας αλυσίδας του DNA 4. Διμερή πυριμιδινών 5. Προσθήκη ογκωδών χημικών μορίων 6. Θραύση και των δύο κλώνων του DNA

5 Μεταλλάξεις Μόνιμες αλλαγές στη νουκλεοτιδική αλληλουχία του γονιδιώματος ενός οργανισμού

6 Μεταλλάξεις Μεταλλάξεις απώλειας λειτουργίας: απαλοιφή της δραστικότητας ενός γονιδίου Μεταλλάξεις αυξημένης λειτουργίας: Δημιουργούν μια μορφή πρωτεΐνης που είναι συνεχώς δραστική και άρα υπερτερεί του φυσιολογικού αλληλομόρφου Σιωπηλές μεταλλάξεις: Δεν επηρεάζουν την λειτουργία του γονιδίου

7 Συνέπειες εγκαθίδρυσης μεταλλάξεων

8 Οι πιθανότητες ανάπτυξης καρκίνου αυξάνουν με την ηλικία λόγω συσσώρευσης τυχαίων βλαβών στο DNA που οδηγούν σε μεταλλάξεις

9 Αποπουρίνωση Αλλοιώσεις Βάσεων Απομάκρυνση μίας βάσης πουρίνης από ένα νουκλεοτίδιο δημιουργώντας χάσματα στο DNA

10 Οι βάσεις του DNA

11 Απαμίνωση Αλλοιώσεις Βάσεων Αυθόρμητη απώλεια μιας αμινομάδας μετατρέποντας μία βάση κυτοσίνης σε μία βάση ουρακίλης H ουρακίλη ζευγαρώνει με την θυμίνη αντί για γουανίνη Αυθόρμητη απώλεια μιας αμινομάδας μετατρέποντας μία βάση αδενίνης σε υποξανθίνη Η υποξανθίνη ζευγαρώνει επιλεκτικά με κυτοσίνη αντί για θυμίνη

12 Χημικά μεταλλαξιγόνα οδηγούν σε αλλοιώσεις βάσεων

13 Οι αλλοιώσεις βάσεων μπορούν να οδηγήσουν σε μεταλλάξεις H απαμίνωση κυτοσίνης μπορεί να οδηγήσει σε αντικατάσταση βάσης κατά την αντιγραφή με την μεταβολή μίας G σε Α. Η αποπουρίνωση μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια ενός ζεύγους νουκλεοτιδίων ή να τοποθετήσει ένα τυχαίο νουκλεοτίδιο στη θέση της βάσης που λείπει

14 Διμερή θυμιδίνης Η ακτινοβολία του ηλιακού φωτός προάγει την ομοιοπολική σύνδεση γειτονικών βάσεων πυριμιδίνης. Τα διμερή πυριμιδίνης καθυστερούν το σύστημα αντιγραφής του DNA στο σημείο της βλάβης και συχνά οδηγούν στην εισαγωγή λάθος βάσεων.

15

16 Mηχανισμοί επιδιόρθωσης Στάδια της βασικής οδού επιδιόρθωσης βλαβών στο DNA Αναγνώριση των αταίριαστων βάσεων Διάσπαση του ομοιοπολικού δεσμού για την αφαίρεση του νουκλεοτιδίου από νουκλεάσες Το κενό συμπληρώνεται από την DNA πολυμεράση Τα άκρα ενώνονται από την λιγκάση

17

18

19

20 Επιδιόρθωση με εκτομή βάσης

21 Επιδιόρθωση με εκτομή ολιονουκλεοτιδίου

22 Μελανοχρωματική ξηροδερμία Αδυναμία επιδιόρθωσης διμερών θυμίνης Μεταλλάξεις στα γονίδιά που κωδικοποιούν πρωτεΐνες επιδιόρθωσης. Η κλασσική μορφή του συνδρόμου χαρακτηρίζεται από μετάλλαξη στο γονίδιο ΧΡΑ, μια νουκλέαση η οποία αφαιρεί τη βλάβη Καρκίνος του δέρματος λόγω συσσώρευσης διμερών θυμίνης

23 Δίκλωνα θραύσματα στην έλικα του DNA Επιδιόρθωση με μη ομόλογο ανασυνδιασμό Αναγνώριση του θραύσματος από πρωτεΐνες αναγνώρισης διπλών θραυσμάτων Στρατολόγηση ενδονουκλεάσης για πέψη των σπασμένων άκρων (απώλεια ορισμένων νουκλεοτιδίων) Σύνδεση των άκρων από μια λιγκση

24 Δίκλωνα θραύσματα στην έλικα του DNA Επιδιόρθωση με ομόλογο ανασυνδιασμό H άθικτη διπλή έλικα του αντιγραμμένου DNA λειτουργεί σαν εκμαγείο για την επιδιόρθωση της ομόλογης διπλής έλικας

25 Επιδιόρθωση με ομόλογο ανασυνδιασμό

26 Επιδιόρθωση με ομόλογο ανασυνδιασμό

27 Επιδιόρθωση με ομόλογο ανασυνδιασμό

28 Λύση του κόμβου Holliday

29 Ο ομόλογος ανασυνδιασμός εξασφαλίζει ανταλλαγή γενετικής πληροφορίας με ακρίβεια

30 O κόμβοs Holliday στο μικροσκόπιο

31 Στη φάση G1 και στην πρώιμη φάση S, δεν είναι διαθέσιμη η αδελφή χρωματίδα. Έτσι, οι δίκλωνες ρήξεις επιδιορθώνονται με μηομόλογη σύνδεση άκρων. Στην φάση S και στην G2, υπάρχει διαθέσιμη η αδελγή χρωματίδα. Έτσι, οι δίκλωνες ρήξεις επιδιορθώνονται με ομόλογο ανασυνδιασμό

32 Xρήση του ομόλογου ανασυνδιασμού σε θεραπευτικές προσεγγίσεις Με την χρήση ειδικών νουκλεασών μπορούμε να δημιουργήσουμε δίκλωνα ρήγματα σε προκαθορισμένες θέσεις στο γονιδίωμα Νουκλεάσες δακτύλων ψευδαργύρου (Zinc Finger Nucleases) Νουκλεάσες τύπου ΤΑLEN CRISPR/Cas9 νουκλεάσες

33 Σύστημα Crispr/Cas9

34 Συμπεράσματα Βλάβες στο μπορούν να προκύψουν από λάθη κατά την αντιγραφή, έκθεση σε υπεριώδη ακτινοβολία, χημικά μεταλλαξιγόνα ή μεταβολικά παράγωγα του οργανισμού Αλλαγές σε βάσεις νουκλεοτιδίων αντιμετωπίζονται με το μηχανισμό της επιδιόρθωσης με εκτομή βάσης Διμερή νουκλεοτιδίων που προκύπτουν από έκθεση σε υπεριώδη ακτινοβολία αντιμετωπίζονται με το μηχανισμό της επιδιόρθωσης με εκτομή ολιγονουκλεοτιδίου Διπλά θραύσματα στο DNA επιδιορθώνονται με ομόλογο ή μη ομόλογο ανασυνδιασμό Προβλήματα στην επιδιόρθωση βλαβών οδηγούν σε συσσώρευση μεταλλάξεων που μπορεί να καταλήξει σε καρκινογένεση