Βλάβες, Μεταλλάξεις, Επιδιόρθωση βλαβών κ μεταλλάξεων Βλάβες, Μεταλλάξεις, Επιδιόρθωση βλαβών κ μεταλλάξεων Τρούγκος Κ. Αν.Καθ. Βιοχημείας. Εργ. Βιολογικής Χημείας-Ιατρική ΕΚΠΑ.

Φυσιολογική ανάπτυξη Κυττάρου Ακριβές σύστημα ελέγχου κυττ.αύξησης και διαφοροποίησης / ανανέωση ιστών. Εκτροπή οδηγεί σε ανεξέλεγκτο πολ/σμό δηλ. όγκο. Απόγονοι αρχικού μετ/μένου κυττ. συσσωρεύουν μεταλλάξεις που οδηγούν σε καρκινικό μετασχηματισμό.

Καρκινογένεση = Πολυσταδιακή και πολυπαραγοντική διαδικασία

Ρόλος ογκογονιδίων και αντιογκογονιδίων στη καρκινογένεση Αποτελεί αντικείμενο μελέτης έντονης και ήδη υπάρχει συσσώρευση πληροφοριών.

Μελέτη Καρκινογένεσης Τρόποι πρόκλησης βλαβών στο DNA από επίδραση περιβαλλοντικών και ενδογενών παραγόντων Μελέτη κυτταρικής αύξησης , ιστικής ανανέωσης και γήρανσης Μελέτη GF και RGF που συχνά απορρυθμίζονται στη καρκινογένεση Μελέτη ενδοκυττάριων οδών μεταγωγής σημάτων Ογκογονίδια και αντιογκογονίδια

Μετάλλαξη - ορισμός Αλλαγή στο DNA ενός οργανισμού που είναι κληρονομήσιμη, είτε στο επίπεδο του κυττάρου(σωματικές μεταλλάξεις), είτε στο επίπεδο του οργανισμού (μεταλλάξεις στα γαμετικά κύτταρα). Μεταλλάξεις απαρατήρητες, που συμβαίνουν εσώνια ,διαστηματικό ΔΝΑ Άλλες οδηγούν σε κατρκινογένεση / πρωτο-ονκογ ογκογ.

Βλάβες στο DNA και μηχανισμοί επιδιόρθωσης Ημισυντηρητική αντιγραφή / μηχανισμός αλάθητος? Λάθη αντιγραφής Περιβάλλον / μεταλλαξογόνα / ΒΛΑΒΕΣ. Μη επιδιόρθωση βλαβών οδηγεί σε ΜΕΤΑΛΛΑΞΕΙΣ

Βλάβες οφειλόμενες σε λάθη της αντιγραφής Αντιγραφή πιστή αλλά λόγω ταχύτητας λάθη. Γλύστρημα πολυμεράσης αφήνει αζευγάρωτες βάσεις στον πατρικό κλώνο και έτσι εισάγονται λάθη (DNA replication slipage). Proofreading Pol δεν επιδιορθώνει και έτσι λάθος ζεύγος, σύνηθες φαινόμενο MMR. Μπορεί να επιδιορθωθεί αργότερα.

Πως δημιουργούνται μεταλλάξεις στο DNA ΕΞΩΓΕΝΕΙΣ ΑΙΤΙΕΣ Eπίδραση ΦΧ παραγόντων Ακτινοβολίες- Χημικές ουσίες βλάβες αν δεν επιδιορθωθούν μεταλλάξεις

Βλάβες οφειλόμενες σε περιβαλλοντικούς και άλλους παράγοντες Προκλητές (χημικά – ακτινοβολίες-θερμοκρασία) και αυθόρμητες βλάβες όπως Ταυτομερίωση Απαμίνωση Αποπουρίνωση

ΕΝΔΟΓΕΝΕΙΣ ΑΙΤΙΕΣ Αποπουρίνωση Απαμίνωση κυτοσίνης

Πρόκληση Μεταστροφής Προστίθεται Αδενίνη όταν η DNA Pol συναντάει μία απουρινική θέση

Δημιουργία διμερών Θυμίνης Άλλες ακτινοβολίες όπως ιονίζουσες οδηγούν σε ελεύθερες ρίζες από ραδιόλυση υδατος. Τα διμερή ττ θεωρούνται τοξική βλάβη γιατί εμποδίζουν την αντιγραφή. Ορατό φως οδηγεί σε επιδιόρθωση των ΤΤ,ενζυμο φωτολυάση. Δημιουργούνται υπό την επίδραση UV ακτινοβολίας

Μηχανισμοί Επιδιόρθωσης Αμεση και Εμμεση Επιδιόρθωση

Επιδιόρθωση Αμεση *Επιδιόρθωση κατά την αντιγραφή 3’>5’ *Ο-6mG MT *Διμερών Τ-Τ στα φυτά (φωτολυάση) Εμμεση * Εκτομή βάσης ΒΕR * Εκτομή νουκλεοτιδίου NER * MMR * Ομόλογο ανασυνδυασμό

Μηχανισμός άμεσης επιδιόρθωσης Ενζυμο αυτοκτονίας. Η μεθυλοτρανσφεράση της Ο6-mG

Αμεση επιδιόρθωση DNA Pol 3’5’ επιδιόρθωση Proof reading .Φωτολυάση στα βακτήρια και φυτά > επιδιόρθωση διμερών θυμίνης.

Επιδιόρθωση Αμεση *Επιδιόρθωση κατά την αντιγραφή 3’>5’ *Ο-6mG MT *Διμερών Τ-Τ στα φυτά (φωτολυάση) Εμμεση * Εκτομή βάσης ΒΕR * Εκτομή νουκλεοτιδίου NER * MMR * Ομόλογο ανασυνδυασμό

Μηχανισμοί Εμμεσης Επιδιόρθωσης Επιδιόρθωση με εκτομή ολιγονουκλεοτιδίου Επιδιόρθωση με εκτομή βάσης Επιδιόρθωση λανθασμένων ζευγών (ΜΜR)

Επιδιόρθωση με εκτομή βάσης ΓΛΥΚΟΖΙΤΑΣΗ - ΑΡ θέση ΑΡ αναγνωρίζεται από ειδική ενδονουκλεάση ΑΡΕ-1/Υδρόλυση Ρρδεσμού. Αν θραύση στη μία αλυσίδα, διαφορετικά ένζυμα το αναγνωρίζουν αλλά ίδιος μηχανισμός επιδιόρθωσης. Παρουσιάζεται η επιδιόρθωση βλάβης εσωτερικής και εξωτερικής προέλευσης

Επιδιόρθωση με εκτομή νουκλεοτιδίων - NER Απομακρύνει ογκώδη σύμπλοκα πχ Τ-Τ

Ελλειμματική ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ ΔΙΜΕΡΩΝ ΘΥΜΙΝΗΣ Μελαγχρωματική ξηροδερμία Xeroderma Pigmentosum Ελλειμματική ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ ΔΙΜΕΡΩΝ ΘΥΜΙΝΗΣ Ο μηχανισμός επιδιόρθωσης με εκτομή νουκλεοτιδίων δε λειτουργεί σωστά Ελαττωματική επιδιόρθωση ογκωδών συμπλόκων (διμερών θυμίνης, κ.ά). Μεταλλάξεις στα γονίδια επιδιόρθωσης (XPΑ –XPG) Σοβαρή φωτοευαισθησία 1000 φορές αυξημένη συχνότητα εμφάνισης καρκίνου του δέρματος και άλλων καρκίνων 41

TCR-Transcription Coupled Repair

MMR (MisMatchRepair) Επιδιορθώνει λάθη αντιγραφής (DNApol) Insertion - deletion λίγων βάσεων «Γλίστρημα» slipage πολυμερασών σε ασταθείς περιοχές του DNA. Αναγνωρίζει πατρικό κλώνο Δρα με διαφορετική ικανότητα σε ζεύγη Συνεργάζεται με άλλα συστήματα Δυσλειτουργία του ΜΜR καρκινογένεση

MMR στα θηλαστικά Oπως στα βακτήρια αλλά πιο πολύπλοκος. Την εκτομή του νέου κλώνου την κάνει η ενδονουκλεάση FEN.

Μικροδορυφορικό DΝΑ Αφορά περιοχές με επαναλήψεις δι, τρι τετρανουκλεοτιδίων Εχει βρεθεί ότι άτομα με ελαττωματικό μηχανισμό MMR συσσωρεύουν μεταλλάξεις.Αυτή η συσσώρευση ονομάζεται αστάθεια μικροδορυφορικού DNA ένδειξη για την ύπαρξη ελαττωματικού ΜΜR

Συσσώρευση λαθών Και σε άλλα τμήματα του γονιδιώματος. Αυξημένη αστάθεια έχει βρεθεί σε αρκετές περιπτώσεις με σποραδικό καρκίνο παχέος εντέρου,μαστού, ωοθηκών… Αυτό υποδηλώνει ότι το MMR είναι σημαντικός μηχανισμός στη καρκινογένεση.

H διπλή θραύση αλυσίδων DNA κινητοποιεί μηχανισμούς για stop ΚΚ και αντιμετώπισης με ομόλογο ανασυνδυασμό. Σημαντικό ρόλο η ΑΤΜ κινάση (Ataxia telangiectasia Mutated) Stoxoi p53, ιστόνη Η2 την οποία φωφορυλιώνει για το ξετύλιγμα της χρωματίνης ώστε να διευκολυνθεί η επιδιόρθωση, η εξωνουκλεάση RAD που ξλώνει μερικά νουκλεοτίδια για να αποκαλύψει μονόκλωνα άκρα και να διευκολυνθεί ο ανασυνδυασμός, η BRCa1 που συμμετέχει στην επιδιόρθωση με ομόλογο ανασυνδυασμό Προσοχή, αν κύτταρο είναι μετά τη φάση S του ΚΚ οπότε υπάρχει ομόλογο διπlασιασμένο τμήμα, ακολουθείται η πορεία με ομολ. Ανασυνδ. Αν κύτταρο προ φάσης S , δεν μπορεί να γίνει ομολ. Ανασυνδ, σύμπλοκο πρωτεινων , που ενεργοποιείται από ΑΤΜ κινάση κάνει ένωση άκρων end joining.

ΟΜΟΛΟΓΟΣ ανασυνδυασμός: πώς γίνεται? ΟΜΟΛΟΓΟΣ ανασυνδυασμός: πώς γίνεται? Ι) αρχικά στάδια Δημιουργία διπλής θραύσης ΤΟ ΟΜΟΛΟΓΟ ΧΡΩΜΟΣΩΜΑ Β δομή Holliday: δημιουργείται με επιχιασμό ανάμεσα σε μία ‘χρωματίδη’ από κάθε ομόλογο τμήμα (χρωμόσωμα) Σχηματισμός δομής Holliday

Επιδιόρθωση διπλής θραύσης Επιδιόρθωση διπλής θραύσης. Α με ομόλογο ανασυνδυασμό και Β με ένωση κομμένων άκρων Μετά τη φάση S, υπάρχει ομόλογο διπλασιασμένο τμήμα, ακολουθεί επιδιόρθωση με ομόλογο ανασυνδυασμό (συμμετοχή ενζύμων RAD/RecAprot. Aν κύτταρο βρίσκεται πριν τη φάση S, δεν υπάρχει δυνατότητα επιδιόρθωσης με ομόλογο ανασυνδυασμό. Σε αυτή την περίπτωση ένα ενζυμικό σύμπλοκο που ενργοποιείται από την ΑΤΜ κινάση , συνδέεται με τα κομμένα άκρα ώστε να τα συμπλησιάσει , ώστε η λιγάση να τα συνδέσει. Σε αυτή την περίπτωση επιδιρθωσης με ένωση των κομμένων άκρων end joining, συχνά εισάγονται λάθη λόγω απώλειας τμήματος γενετικού υλικού ή πρόσθεσης ορισμένων νουκλεοτιδίων.

Τοποειδικός ανασυνδυασμός που οδηγεί σε αναστροφή ή απαλοιφή.

Παθήσεις οφειλόμενες σε ελλειπή επιδιόρθωση Μελαχρωματική Ξηροδερμία (Xeroderma Pigmentosum) uvrabc- Σύνδρομο Βloom (λιγάση -) ΗΝPCC (MMR-/mut -)

Inherited Syndromes with Defects in DNA Repair NAME PHENOTYPE ENZYME OR PROCESS AFFECTED MSH2, 3, 6, MLH1, PMS2 colon cancer mismatch repair Xeroderma pigmentosum (XP) groups A  G skin cancer, cellular UV sensitivity, neurological abnormalities nucleotide excision-repair XP variant cellular UV sensitivity translesion synthesis by DNA polymerase d Ataxia  telangiectasia (AT) leukemia, lymphoma, cellular g-ray sensitivity, genome instability ATM protein, a protein kinase activated by double-strand breaks BRCA-2 breast and ovarian cancer repair by homologous recombination Werner syndrome premature aging, cancer at several sites, genome instability accessory 3 -exonuclease and DNA helicase Bloom syndrome cancer at several sites, stunted growth, genome instability accessory DNA helicase for replication Fanconi anemia groups A  G congenital abnormalities, leukemia, genome instability DNA interstrand cross-link repair 46 BR patient hypersensitivity to DNA-damaging agents, genome instability DNA ligase I