Συσχετισμός μηχανισμών επαγωγής οξειδωτικών βλαβών DNA με καρκινογένεση Εργαστήριο Μελέτης Βλαβών DNA Αλέξανδρος Γ. Γεωργακίλας, Ph.D Τομέας Φυσικής, Εθνικό.

Slides:



Advertisements
Παρόμοιες παρουσιάσεις
ΔΡΑΣΗ ΕΝΖΥΜΩΝ – ΜΕΤΟΥΣΙΩΣΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ
Advertisements

ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ
Positron emission tomography
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΟΥ ΑΝΑΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΟΥ DNA
Κεφάλαιο 14 Τεχνητή αναπαραγωγή Ραδιενεργός ακτινοβολία.
Μεταλλάξεις.
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6ο ΜΕΤΑΛΛΑΞΕΙΣ ΜΕΡΟΣ Α
ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΜΟΡΙΑΚΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ
Γήρανση των λείων μυικών κυττάρων στην αθηρωμάτωση
Βούρος Μιλτιάδης-Χρήστος
Κωνσταντίνος Βαμβακερός
ΟΞΕΙΔΩΤΙΚΟ ΣΤΡΕΣ Εργασία του Μπελεχάκη Σπύρου
ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ Τι είναι Πώς εμφανίζεται Μονάδα μέτρησης – όρια έκθεσης
Εργασία Τεχνολογίας ΟΙ ΑΚΤΙΝΕΣ Χ ΘΕΜΑ: Αμπουλάιλας Πέτρος ΤΜΗΜΑ Α1.
Ακτίνες Roentgen ή Ακτίνες Χ.
Ραδιοκύματα Ραδιοκύματα είναι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα με συχνότητα από περίπου 3 Hz έως 300 GHz. Ειδικότερα τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα με συχνότητες.
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο ΓΕΝΕΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Β
ΧΗΜΕΙΑ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΔΙΑΛΥΜΑΤΩΝ
Αντιγραφή, Επιδιόρθωση και Ανασυνδυασμός του DNA
Το ερώτημα: Πώς γίνεται η απορρόφηση ακτινοβολίας από έναν καρκινικό όγκο χωρίς την ανεπιθύμητη καταστροφή των υγιών κυττάρων;
Οι επιπτώσεις της ιοντίζουσας ακτινοβολίας
ΠΕΡΙΟΡΙΣΤΙΚΕΣ ΕΝΔΟΝΟΥΚΛΕΑΣΕΣ
Ηλεκτρομαγνητικά πεδία στο σπίτι και στην εργασία.
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο: ANTIΓΡΑΦΗ, ΕΚΦΡΑΣΗ & ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΗΣ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ
Φυσικές αρχές αλληλεπίδρασης ακτινοβολίας με την ύλη Α.Κ.Κεφαλάς Ινστιτούτο θεωρητικής και φυσικής Χημείας, Εθνικό Ίδρυμα Ερευνών, Β.Κων/νου 48 Αθήναι,
ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΚΑΙ ΚΙΝΔΥΝΟΙ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
Η ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΝΟΥΚΛΕΙΚΩΝ ΟΞΕΩΝ
ΒΙΟΧΗΜΙΚΗ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑ Εξετάζει τις διάφορες παραμέτρους της αλληλεπίδρασης ουσιών του περιβάλλοντος με τον οργανισμό.
TO ΓΕΝΕΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ ΟΡΓΑΝΩΝΕΤΑΙ ΣΕ ΧΡΩΜΟΣΩΜΑΤΑ
Ανασυνδυασμός Ομόλογος Τοπο-ειδικός (site-specific) Μετάθεση.
ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ & Η ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΤΗΣ Dr. ΜΙΧΜΙΖΟΣ ΔΗΜΗΤΡΗΣ
ΧΗΜΙΚΗ ΚΑΡΚΙΝΟΓΕΝΕΣΗ.
Ηλεκροχημεία Βασικές γνώσεις- εφαρμογές Ανόργανη Χημεία ΙII Noέμβριος 2015 Θ. Καμπανός.
ΙΑΤΡΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ eclass: MED808 Π. Παπαγιάννης Επικ. Καθηγητής, Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής, Ιατρική Σχολή Αθηνών. Γραφείο
ΚΥΤΤΑΡΟΚΙΝΕΣ ή ΚΥΤΤΟΚΙΝΕΣ. Είδαμε ότι οι ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΜΗ ΕΙΔΙΚΗΣ ΑΝΟΣΙΑΣ είναι… 1.Ανατομικοί φραγμοί - Δέρμα - Βλεννώδεις μεμβράνες 2. Φυσιολογικοί φραγμοί.
ΙΑΤΡΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ eclass: MED684 Π. Παπαγιάννης Επικ. Καθηγητής, Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής, Ιατρική Σχολή Αθηνών. Γραφείο
Φυσική των Ακτινοβολιών Βασικές Αρχές Ευάγγελος Παππάς Επικ. Καθηγ. Ιατρικής Φυσικής ΤΕΙ Αθήνας.
1 Διατροφή και Πρόληψη Καρκίνου Diet and Cancer Prevention Where we are Where we are going.
Φυσιολογική ανάπτυξη Κυττάρου Ακριβές σύστημα ελέγχου κυττ.αύξησης και διαφοροποίησης / ανανέωση ιστών. Εκτροπή οδηγεί σε ανεξέλεγκτο πολ/σμό δηλ. όγκο.
ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Βιολογία ΙI Ανασυνδυασμός (Μηχανισμός γενετ. ανασυνδυασμού) Διδάσκοντες: Σ. Γεωργάτος, Θ. Τζαβάρας,
Η ροή της γενετικής πληροφορίας. Στo DNA βρίσκονται αποθηκευμένες οι πληροφορίες που αφορούν : στον αυτοδιπλασιασμό του →εξασφαλίζοντας έτσι τη μεταβίβαση.
ΤΕΙ ΙΟΝΙΩΝ ΝΗΣΩΝ Τμήμα Τεχνολόγων Περιβάλλοντος Βιολογία & Βιοδιάβρωση O άνθρακας και η μοριακή ποικιλότητα της ζωής Βιολογία & Βιοδιάβρωση O άνθρακας.
ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑ.
ΙΑΤΡΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ eclass: MED684
Πυροχημική ανίχνευση μετάλλων
Οξειδωτικό Stress, άσκηση και υπερπροπόνηση
Γενική Χημεία Χημικοί Δεσμοί Δρ. Αθ. Μανούρας.
ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ
HIF-1α and p53: the ODD couple?
ΒΙΟΧΗΜΙΚΗ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑ
Βλάβες, Μεταλλάξεις, Επιδιόρθωση βλαβών κ μεταλλάξεων
Συσχετισμός μηχανισμών επαγωγής βλαβών DNA, απόκρισης με καρκινογένεση
ΤΕΙ ΙΟΝΙΩΝ ΝΗΣΩΝ Τμήμα Τεχνολόγων Περιβάλλοντος
ΕΙΚΟΝΑ 6.13 Θέσεις έναρξης αντιγραφής σε ευκαρυωτικά χρωμοσώματα. Η αντιγραφή ξεκινά από πολλαπλές θέσεις έναρξης (ori), καθεμία από τις οποίες σχηματίζει.
Είδη και κατηγορίες ακτινοβολίας
Ερωτήσεις από όλη την ύλη
ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ.
Αμινοξέα-Πεπτίδια-Πρωτεΐνες
Κυτταρικός κύκλος - Απόπτωση
ΝΟΥΚΛΕΪΚΑ ΟΞΕΑ 2ο ΓΕΛ ΧΑΪΔΑΡΙΟΥ.
ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ- ατομο Μάθημα: Τεχνολογία Τμήμα: Γ΄2 Σχολική χρονιά: Πρότυπο Γυμνάσιο Ευαγγελικής Σχολής.
ΚΑΡΚΙΝΟΣ Ξεκινάει με την εξαλλαγή (μετατροπή σε καρκινικό) ενός κυττάρου και τη συνεπακόλουθη αρρύθμιστη κυτταρική διαίρεσή του, με αποτέλεσμα τη δημιουργία.
Επιμέλεια: Διογένης Κοσμόπουλος
Οι χημικοί δεσμοί και οι δομές Lewis
Βιολόγος 3ο ΓΕΛ Χαϊδαρίου
ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ DNA.
Πρόγραμμα επιμόρφωσης Β1 Συστάδα 2: Φυσικές Επιστήμες, Τεχνολογία, Φυσική Αγωγή και Υγεία Εισαγωγική Επιμόρφωση για την εκπαιδευτική αξιοποίηση ΤΠΕ Εκπαιδευτικός:
ΑΣΚΗΣΙΟΓΕΝΗΣ ΜΥΙΚΟΣ ΤΡΑΥΜΑΤΙΣΜΟΣ
Μηχανισμός απόκριση στις βλάβες του DNA στην καρκινογένεση
ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ Τ ΚΥΤΤΑΡΩΝ
Μεταγράφημα παρουσίασης:

Συσχετισμός μηχανισμών επαγωγής οξειδωτικών βλαβών DNA με καρκινογένεση Εργαστήριο Μελέτης Βλαβών DNA Αλέξανδρος Γ. Γεωργακίλας, Ph.D Τομέας Φυσικής, Εθνικό Μετσόβειο Πολυτεχνείο National Technical University

Η παρουσίαση αυτή χωρίζεται στα παρακάτω τμήματα: Η παρουσίαση αυτή χωρίζεται στα παρακάτω τμήματα: 1.Εισαγωγή στην έννοια των βλαβών DNA, μελέτες σε ανθρώπινα κύτταρα. 2.Μηχανισμοί επιδιόρθωσης (DNA repair). 3.Βιολογική σημασία (μεταλλάξεις- χρωμοσωμική αστάθεια). 4.Μελλοντικές κατευθύνσεις

It is all about stress….. Oxidative stress! Radiation stress Replications stress Anti-stress

Kryston et al. Mutat Res Nowsheen et al. Curr. Mol. Med. 2012; 12: Nowsheen et al. Curr. Mol. Med. 2012; 12:

Bystander effects? Cancer Lett.Cancer Lett Apr 2. pii: S (14) doi: Bystander and non-targeted effects: A unifying model from ionizing radiation to cancer. Georgakilas AGGeorgakilas AG. Cancer Lett Feb 11. pii: S (14) The role of oxidative DNA damage in radiation induced bystander effect. Havaki et al. (Gorgoulis group)

The phenomenon of ‘bystander effects’ originates from a social psychological phenomenon in which individuals (bystanders) do not offer any help to a victim close to them (1968). The phenomenon of ‘bystander effects’ originates from a social psychological phenomenon in which individuals (bystanders) do not offer any help to a victim close to them (1968). Bystander effects:

This term when used in radiobiology, it refers to a similar phenomenon in which bystander non-irradiated cells exhibit a response similar to ‘neighboring’ irradiated cells presumably due to the release of chemical and inflammatory signals from the exposed population. This term when used in radiobiology, it refers to a similar phenomenon in which bystander non-irradiated cells exhibit a response similar to ‘neighboring’ irradiated cells presumably due to the release of chemical and inflammatory signals from the exposed population. In addition and in an attempt to include various systemic health effects from relevant but parallel phenomena like abscopal effects from radiation therapy, the word ‘non-targeted’ has been introduced some years ago. In addition and in an attempt to include various systemic health effects from relevant but parallel phenomena like abscopal effects from radiation therapy, the word ‘non-targeted’ has been introduced some years ago. Συστημική δράση…….

Ιονίζουσες ακτινοβολίες Με τον όρο ιονίζουσες ακτινοβολίες χαρακτηρίζουμε τις ακτινοβολίες εκείνες που μεταφέρουν ικανή ενέργεια ώστε κατά την αλληλεπίδραση τους με την ύλη να προκαλέσουν ιονισμό των ατόμων της. Με τον όρο ιονίζουσες ακτινοβολίες χαρακτηρίζουμε τις ακτινοβολίες εκείνες που μεταφέρουν ικανή ενέργεια ώστε κατά την αλληλεπίδραση τους με την ύλη να προκαλέσουν ιονισμό των ατόμων της. Στις ιονίζουσες ακτινοβολίες κατατάσσονται οι ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες όπως η γ- και η Χ- (ουδέτερα κβάντα ενέργειας χωρίς μάζα) και οι σωματιδιακές όπως οι α- (πυρήνες He), β- (πρωτόνια και ποζιτρόνια), τα νετρόνια και κάποια σωματίδια που παράγονται τεχνητά ή αποτελούν συνιστώσες της κοσμικής ακτινοβολίας Στις ιονίζουσες ακτινοβολίες κατατάσσονται οι ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες όπως η γ- και η Χ- (ουδέτερα κβάντα ενέργειας χωρίς μάζα) και οι σωματιδιακές όπως οι α- (πυρήνες He), β- (πρωτόνια και ποζιτρόνια), τα νετρόνια και κάποια σωματίδια που παράγονται τεχνητά ή αποτελούν συνιστώσες της κοσμικής ακτινοβολίας

Απορρόφηση ακτινοβολίας Η απορρόφηση της ιοντίζουσας ακτινοβολίας από τα βιολογικά υλικά δημιουργεί ιοντισμούς και διεγέρσεις με αποτέλεσμα τη δημιουργία ορισμένων σχηματισμών που ονομάζονται ελεύθερες ρίζες. Η απορρόφηση της ιοντίζουσας ακτινοβολίας από τα βιολογικά υλικά δημιουργεί ιοντισμούς και διεγέρσεις με αποτέλεσμα τη δημιουργία ορισμένων σχηματισμών που ονομάζονται ελεύθερες ρίζες. Οι ελεύθερες ρίζες είναι άτομα ή μόρια ηλεκτρικά ουδέτερα, με ίσους αριθμούς πρωτονίων και ηλεκτρονίων, αλλά ένα ηλεκτρόνιο της εξωτερικής στιβάδας δεν σχηματίζει ζεύγος (ασύζευκτο ηλεκτρόνιο), με αποτέλεσμα οι ελεύθερες ρίζες να είναι εξαιρετικά χημικώς δραστικές. Επειδή το μόριο που κυριαρχεί ποσοτικά στα βιολογικά υλικά είναι αυτό του ύδατος, είναι αυτό που κυρίως δέχεται την επίδραση της ακτινοβολίας. Οι ελεύθερες ρίζες είναι άτομα ή μόρια ηλεκτρικά ουδέτερα, με ίσους αριθμούς πρωτονίων και ηλεκτρονίων, αλλά ένα ηλεκτρόνιο της εξωτερικής στιβάδας δεν σχηματίζει ζεύγος (ασύζευκτο ηλεκτρόνιο), με αποτέλεσμα οι ελεύθερες ρίζες να είναι εξαιρετικά χημικώς δραστικές. Επειδή το μόριο που κυριαρχεί ποσοτικά στα βιολογικά υλικά είναι αυτό του ύδατος, είναι αυτό που κυρίως δέχεται την επίδραση της ακτινοβολίας.

Μονάδες δόσης Ενεργειακή δόση ακτινοβολίας ορίζεται ως η ενέργεια ιονίζουσας ακτινοβολίας W D που απορροφάται από όγκο ύλης V και πυκνότητας ρ. Ενεργειακή δόση ακτινοβολίας ορίζεται ως η ενέργεια ιονίζουσας ακτινοβολίας W D που απορροφάται από όγκο ύλης V και πυκνότητας ρ. D=dW D /ρdV Μονάδα μέτρησης της δόσης είναι: 1 rad = 100 erg/gr= J/kg SI: 1 Gy = 1 J/Kg1 Gy = 100 rad

Στάδια αλληλεπίδρασης ακτινοβολίας και βιολογικής ύλης Φυσικό στάδιο Φυσικό στάδιο > Αυτή η μεταφορά ενέργειας πραγματοποιείται σε χρόνο μικρότερο των s αλλά η κατανομή της στον χώρο εξαρτάται από το είδος και την ενέργεια της ιοντίζουσας ακτινοβολίας. > Αν η τιμή της LET (Linear Energy Transfer-LET = dE/dx) είναι χαμηλή τότε η ακτινοβολία (π.χ φωτόνια ή ηλεκτρόνια) προκαλεί μικρό αριθμό ιοντισμών και διεγέρσεων ανά μm διαδρομής. Αντιθέτως για ακτινοβολίες με υψηλή LET (σωματίδια α, πρωτόνια ή βαρέα ιόντα) παρατηρούνται πυκνοί ιοντισμοί ανά μm διαδρομής. Η ενέργεια που μεταφέρεται σε ένα μικρού όγκου βιολογικό υλικό, δεν είναι η ίδια για όλους τους στόχους και τα μόρια που το αποτελούν. Η μέση τιμή της ενέργειας που μεταφέρεται στο βιολογικό υλικό είναι η απορροφούμενη δόση.

Συνέχεια σταδίων..... Χημικό στάδιο Χημικό στάδιο > Στο στάδιο αυτό που ακολουθεί το φυσικό, κατά το οποίο τα άτομα του βιολογικού υλικού ακτινοβολήθηκαν, τα συστατικά των κυττάρων αντιδρούν με ταχείες χημικές αντιδράσεις. > Η απορρόφηση της ιοντίζουσας ακτινοβολίας από τα βιολογικά υλικά δημιουργεί ιοντισμούς και διεγέρσεις με αποτέλεσμα τη δημιουργία ορισμένων σχηματισμών που ονομάζονται ελεύθερες ρίζες. > Οι ελεύθερες ρίζες είναι άτομα ή μόρια ηλεκτρικά ουδέτερα, με ίσους αριθμούς πρωτονίων και ηλεκτρονίων, αλλά ένα ηλεκτρόνιο της εξωτερικής στιβάδας δεν σχηματίζει ζεύγος (ασύζευκτο ηλεκτρόνιο), με αποτέλεσμα οι ελεύθερες ρίζες να είναι εξαιρετικά χημικώς δραστικές. Επειδή το μόριο που κυριαρχεί ποσοτικά στα βιολογικά υλικά είναι αυτό του ύδατος, είναι αυτό που κυρίως δέχεται την επίδραση της ακτινοβολίας.

Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας- Βιολογικών υλικών Συνοπτικά, η ραδιόλυση του ύδατος περιγράφεται από την εξίσωση: Συνοπτικά, η ραδιόλυση του ύδατος περιγράφεται από την εξίσωση: Η 2 Ο -> e(aq) + OH ο + Η ο + Η 2 + Η 2 Ο 2 Οι ελεύθερες ρίζες ΟΗ°, είναι ασταθείς και εξαιρετικά δραστικές, γι' αυτό και η εμβέλεια τους είναι μικρότερη από 100 Angstrom. Εάν ένα οργανικό μόριο, RH (π.χ. DNA), βρεθεί μέσα στην τροχιά των ελευθέρων ριζών, θα συμβούν αντιδράσεις της μορφής: RH + ΟΗ°  R ο + Η 2 Ο θα παραχθούν δηλαδή οργανικές ρίζες R°, που ως ασταθείς και με υψηλό ενεργειακό περιεχόμενο, θα μετασχηματιστούν γρήγορα προκαλώντας μεταβολή- βλάβη στη δομή του οργανικού μορίου.

3ο ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ DNA Βιολογικό στάδιο > Αμέσως μετά το χημικό στάδιο αρχίζει η εμφάνιση ενζυμικών μηχανισμών που δρουν επιδιορθωτικά στους μοριακούς σχηματισμούς που υπέστησαν βλάβη. Η διαδικασία της επιδιόρθωσης διαρκεί κατά το κύριο μέρος της από 15min-3h και ολοκληρώνεται σε περίπου ώρες. Στην περίπτωση όπου η βλάβη είναι αδύνατον να επιδιορθωθεί, τα κύτταρα οδηγούνται σε είτε στη δημιουργία μεταλλάξεων η΄/και κυτταρικό θάνατο μέσω απόπτωσης (apoptosis).

Βλάβες DNA Επιδιόρθωση Χρωμοσωμικές αλλοιώσεις Μεταλλάξεις

Βλάβες DNA Διαχωρισμός στοχευμένων (targeted effects) και μη στοχευμένων επιπτώσεων (non-targeted effects) της ακτινοβολίας Διαχωρισμός στοχευμένων (targeted effects) και μη στοχευμένων επιπτώσεων (non-targeted effects) της ακτινοβολίας W.F. Morgan, M.B. Sowa, Non-targeted bystander effects induced by ionizing radiation, Mutat. Res. 616 (2007) 159–164. Στοχευμένες: Αμεση και απ’ευθείας έκθεση κυττάρων στην ακτινοβολία Στοχευμένες: Αμεση και απ’ευθείας έκθεση κυττάρων στην ακτινοβολία Μη στοχευμένες: Εμμεση μέσω διαφόρων παραγόντων που παράγονται/εκλύονται από τα κύτταρα Μη στοχευμένες: Εμμεση μέσω διαφόρων παραγόντων που παράγονται/εκλύονται από τα κύτταρα

Βλάβες DNA  Κάθε αλλαγή στην δομή του DNA και επομένως στο γενετικό κώδικα μπορεί να ερμηνεύσει ποιοτικά τη βιολογική επίδραση των ακτινοβολιών. Οι πιθανές βλάβες του DNΑ που προέρχονται από ακτινοβόληση με ιοντίζουσα ακτινοβολία παρατίθενται πάρα κάτω: 1. Σπάσιμο ενός κλώνου της αλυσίδας (Single Strand Break-SSB) 2. Διπλό σπάσιμο της αλυσίδας (σπάσιμο και των δύο κλώνων; Double Strand Break-DSB). Εάν η ακτινοβολία προσβάλει και τους δύο κλώνους ταυτόχρονα και μάλιστα στην ίδια θέση τότε οι μηχανισμοί επιδιόρθωσης του κυττάρου δεν μπορούν να λειτουργήσουν με ακρίβεια. Τέτοιου είδους θραύσεις και ακολουθούμενες με λανθασμένη αντικατάσταση βάσεων μπορούν να οδηγήσουν σε μεταλλαγές που μεταφέρονται στους απογόνους (αν γίνονται σε γενετικά κύτταρα) ή προκαλούν καρκινογένεση στο ίδιο το άτομο (αν γίνονται σε σωματικά κύτταρα). 3. Αλλοίωση μιας βάσης ( 3. Αλλοίωση μιας βάσης (οξειδώσεις, μεθυλιώσεις, αποπουρινώσεις, απαμινώσεις) 4. Απώλεια μιας βάσης (αβασικά σημεία-AP sites) 5. Σπάσιμο δεσμού υδρογόνου μεταξύ των δύο αλυσίδων 6. Εγκάρσιες συνδέσεις μεταξύ των ελικών (διαδεσμοί-crosslinks)

Εκθεση DNA σε ιονίζουσα ακτινοβολία Μόριο DNA Αλληλεπίδραση με ακτινοβολία/χημικά Ομαδοποιημένες βλάβες DNA (damage clusters: Ward, 1981)

Επιδιορθωτικοί Μηχανισμοί DNA Mismatch Repair (MMR) Mismatch Repair (MMR) > Διορθώνει τα λεγόμενα λάθη τοποθέτησης ενός νουκλεοτιδίου ή «τυπογραφικά λάθη» που εμφανίζονται κατά την αντιγραφή του DNA (προσθήκη 1-4 βάσεων/ απάλειψη 1-4 βάσεων/ εισδοχή μη συμπληρωματικής βάσης) Nucleotide Excision Repair (NER) Nucleotide Excision Repair (NER) > Διορθώνει βλάβες οι οποίες παραμορφώνουν (bulk lesions) το σχήμα της διπλής έλικος του DNA, όπως σχηματισμός διμερών πυριμιδινών (pyrimidine dimers) και ομοιοπολική πρόσδεση ογκωδών χημικών ομάδων (συμμετοχή των XP proteins) Base excision repair (BER) Base excision repair (BER) > Διορθώνει κυρίως αλλοιώσεις μίας μόνο βάσης νουκλεοτιδίου (οξείδωση, μεθυλίωση, αποπουρίνωση ή απαμίνωση) και μονόκλωνες θραύσεις (SSBs; single strand breaks). Κύριος μηχανισμός για ιονίζουσες ακτινοβολίες και ειδικά χαμηλές δόσεις ( Διορθώνει κυρίως αλλοιώσεις μίας μόνο βάσης νουκλεοτιδίου (οξείδωση, μεθυλίωση, αποπουρίνωση ή απαμίνωση) και μονόκλωνες θραύσεις (SSBs; single strand breaks). Κύριος μηχανισμός για ιονίζουσες ακτινοβολίες και ειδικά χαμηλές δόσεις (<1 Gy)

Μηχανισμοί επιδιόρθωσης DSBs Οι DSBs απαιτούν λεπτομερή επιδιόρθωση που μπορεί να επιτευχθεί από δύο ανεξάρτητους αλλά όχι αμοιβαία αποκλειόμενους μηχανισμούς: Οι DSBs απαιτούν λεπτομερή επιδιόρθωση που μπορεί να επιτευχθεί από δύο ανεξάρτητους αλλά όχι αμοιβαία αποκλειόμενους μηχανισμούς: > την μη ομόλογη ένωση άκρων NHEJ (non-homologous end-joining) ή > τον ομόλογο ανασυνδυασμό (homologous recombination-HR).

Βασικά είδη οξειδωτικών DNA βλαβών Αβασικά σημεία (AP) Οξειδωμένες βάσεις Apurinic/apyrimidinic Υψηλώς μεταλλαξογόνες ~10,000 AP σημεία/μέρα

Επιδιόρθωση DSBs Η αντίδραση του κυττάρου στις DSBs γίνεται μέσω ενεργοποίησης των ATM και DNA-PK (DNA- dependent protein kinase) κινασών. Η ενεργοποίηση της DNA-PK οδηγεί σε φωσφορυλίωση των καταλοίπων Ser 15 και 37 της p53, αλλά κυρίως προωθεί την επιδιόρθωση των DSBs μέσω NHEJ ειδικά στην περίπτωση έκθεσης σε ιονίζουσες ακτινοβολίες

Αλλοιώσεις βάσεων DNA Οξείδωση θυμίνης (γλυκόλη θυμίνης): Tg (thymine glycol) Ενζυμα επιδιόρθωσης E. Coli Endonuclease III/ human Nth1

Apurinic/apyrimidinic Μηχανισμός επιδιόρθωσης εκτομής βάσης: Base Excision Repair (BER) AP ενδονουκλεάσες ‘κόβουν’ 5´ ενός AP σημείου, δημιουργώντας μία μονόκλωνη θραύση (SSB): ´-OH……5´-dRP-----

Πιθανοί μηχανισμοί αντιμετώπισης των αβασικών δίκλωνων ομαδοποιημένων βλαβών: SSB hAPE1 DSB Κυτταρικός θάνατος AP site Διπλασιασμό ς Πιθανή δημιουργία μεταλλάξεων Sequential Repair Επιδιόρθωσ η

ΝΕΕΣ ΘΕΩΡΗΣΕΙΣ ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ ΤΗΝ ΕΠΑΓΩΓΗ ΒΛΑΒΩΝ DNA Σωμάτια α-Κύτταρα Α549

Ανίχνευση οξειδωτικών ομαδοποιημένων βλαβών σε καρινικούς ιστούς.. * * * * * Tumor tissue Normal tissue Nowsheen et al. Mutat. Res. (2008) M (-) (+) (-) (+) M M (-) (+) (-) (+) M

Proc Natl Acad Sci USA October 19; 107(42): 17992– From the Cover, Cell Biology Tumors induce complex DNA damage in distant proliferative tissues in vivo. Redon Et al. Commentary "Long-distance inflammatory and genotoxic impact of cancer in vivo" PNAS, 107: Long-distance inflammatory and genotoxic impact of cancer in vivoLong-distance inflammatory and genotoxic impact of cancer in vivo Jiri Bartek, Martin Mistrik and Jirina Bartkova.

Ογκοι που μεγαλώνουν στον οργανισμό μπορούν να οδηγήσουν στην επαγωγή οξειδωτικών βλαβών DNA σε απομακρυσμένες περιοχές:.

Tumor-associated Inflammatory cells (macrophages etc.) Release of pro-inflammatory factors like chemokines, cytokines (CCL-2 etc). Final effect: Induction of oxidatively-induced DNA damage in adjacent and/or distant sites and organs (‘bystander’ effect) Release of reactive oxygen species (ROS) Production of reactive oxygen species (ROS) Mη στοχευμένη δράση και μηχανισμοί: Determining factors: Distance from the tumor or irradiated area, antioxidant and repair capacity of the tissue, background (endogenous) levels of DNA damage and immune status.

Μεταλλαξογένεση Δεδομένα από τη διεθνή βιβλιογραφία: Δεδομένα από τη διεθνή βιβλιογραφία: 1. Αυξημένη ικανότητα των ομαδοποιημένων βλαβών και δίκλωνων να αυξάνουν τις μεταλλάξεις όταν βρίσκονται 0-3 βάσεις απόσταση. 1. Καθυστέρηση των επιδιορθωτικών μηχανισμών κατά την επιδιόρθωση των συγκεκριμένων βλαβών.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΒΙΟΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Σε συνεργασία με το Δρ. Μιχαλόπουλο (ΙΙΒΕΑΑ) και τον καθ. Π. Μπάγκο (Παν. Θεσσαλίας

Immune Response & Radiation Healthy Tissue Inflammatory Response & Radiation Healthy Tissue Inflammatory Response & Radiation Cancer Tissue Immune Response & Radiation Cancer Tissue VCAM1 CCL5 MYD88 IL1A NFKBIE JAK2 STAT3 NFKB1 IL1B IL1R2 NFKBIA FOS CSF1 NFKB2 CXCL12 TLR2 ICAM1 JUN CD40 S100A8 ATF4 RELA SELE CD14 CEBPD TRAF2 CD83 TLR7 TNFSF9 CD74 CEBPB LY96 CCL2 CXCL11 CXCL8 HPSE PIK3CA SNCA IFI27 IL12B ETS1 CXCL10 SERPINE1 CXCL3 GDF15 SOD2 PTGS2 HMOX2 IL1RAP SERPINA3 CXCL9 CCL7 CCL13 TP53 TNF CDKN1A IL18 TNFRSF12 A IL6 CXCL5 IRF7 HSPA2 FABP4 CCL20 EGR1 S100A9 CD180 BLNK IRF1 TNFSF4 IRAK2 ATF3 TREM2 IRAK3 TNFRSF9 FAS IL2RB VAV1 HLA- DQB1 BIRC3 Ανιχνεύοντας γονίδια που εμπλέκονται σε τρείς διαφορετικούς μηχανισμούς.....: έκθεση σε ακτινοβολία (radiation response), φλεγμονή (inflammation) και ανοσοποιητικό σύστημα (immune response)

Αυτά τα 24 γονίδια-πρωτείνες βρέθηκαν να αλληλεπιδρούν έντονα μεταξύ τους:

Αντοχή στην ακτινοβολία καρκινικών κυττάρων χρησιμοποιώντας βιβλιογραφικά δεδομένα και ειδικό λογισμικό όπως το ingenuity pathway analysis

Ακτινο-αντοχή (radiation resistance) σε βακτήρια ΙΙΒΕΑΑ

Firstly, we have to find the official Gene Ontology terms for each mechanism Firstly, we have to find the official Gene Ontology terms for each mechanism Then, from the QuickGO ( download a file with data for the whole Human Genome ( entities) Then, from the QuickGO ( download a file with data for the whole Human Genome ( entities) Data has the following form Data has the following form But if copied and pasted to an excel sheet then it looks like But if copied and pasted to an excel sheet then it looks like Using a few lines’ code in php we can create.txt files for each GO term, containing its associated proteins. Using a few lines’ code in php we can create.txt files for each GO term, containing its associated proteins. Using Calculate and draw custom Venn diagrams application from the Bioinformatics & Evolutionary Genomics ( we can insert the abovementioned.txt files, creating the Venn diagram. Using Calculate and draw custom Venn diagrams application from the Bioinformatics & Evolutionary Genomics ( we can insert the abovementioned.txt files, creating the Venn diagram. How to retrieve common genes among the DNA repair mechanisms

Σας ευχαριστώ για τη προσοχή σας!!!! Ερωτήσεις Βιβλιογραφία : [1] Nikitaki Z, Mavragani IV, Laskaratou DA, Gika V, Moskvin VP, Theofilatos K, et al. Systemic mechanisms and effects of ionizing radiation: A new 'old' paradigm of how the bystanders and distant can become the players. Semin Cancer Biol [2] Mavragani IV, Laskaratou DA, Frey B, Candeias SM, Gaipl US, Lumniczky K, et al. Key mechanisms involved in ionizing radiation-induced systemic effects. A current review. Toxicology Research. 2016;5: [3] Sprung CN, Ivashkevich A, Forrester HB, Redon CE, Georgakilas A, Martin OA. Oxidative DNA damage caused by inflammation may link to stress-induced non-targeted effects. Cancer Lett. 2015;356: [4] Pavlopoulou A, Savva GD, Louka M, Bagos PG, Vorgias CE, Michalopoulos I, et al. Unraveling the mechanisms of extreme radioresistance in prokaryotes: Lessons from nature. Mutation Research/Reviews in Mutation Research. 2015;In press. [5] Pateras IS, Havaki S, Nikitopoulou X, Vougas K, Townsend PA, Panayiotidis MI, et al. The DNA damage response and immune signaling alliance: Is it good or bad? Nature decides when and where. Pharmacol Ther. 2015;154: [6] Nikitaki Z, Hellweg C, Georgakilas AG, Ravanat JL. Stress-induced DNA Damage biomarkers: Applications and limitations Front Chem. 2015;3:35. [7] Georgakilas AG, Pavlopoulou A, Louka M, Nikitaki Z, Vorgias CE, Bagos PG, et al. Emerging molecular networks common in ionizing radiation, immune and inflammatory responses by employing bioinformatics approaches. Cancer Lett. 2015;368: