Τρούγκος Κ Αν. Καθ. Βιολογικής Χημείας DNA αντιγραφή Τρούγκος Κ Αν. Καθ. Βιολογικής Χημείας
Γενετικό Υλικό Νουκλεικά Οξέα Γενετικό Υλικό Νουκλεικά Οξέα
DNA φορέας γενετικής πληροφορίας
Η μικρή και η μεγάλη αύλακα του DNA
Τα αφυδατωμένα ινίδια DNA αλλά και περιοχές του B-DNA όπως οι δομές φουρκέτας παρουσιάζουν διαφορετική μορφή την μορφή Α-DNA Πλατύτερη και κοντύτερη έλικα Τα ζευγάρια βάσεων κλίνουν προς τον άξονα της έλικας Μεγάλη αύλακα στενή και πολύ βαθιά Μικρή αύλακα πολύ ρηχή και στενή
Η δομή του Z-DNA προκύπτει από αλληλουχίες επαναλαμβανόμενων πουρινών και πυριμιδινών. Η διπλή έλικα του Z-DNA είναι αριστερόστροφη.
Παρατηρήθηκε σε καρκινικά κύτταρα in-vivo με χρήση αντισωμάτων, κυρίως στα τελομερή και κεντρομερίδια, στη φάση S της αντιγραφής ( Balasoubraman / Cambridge ιανουάριος 2013). Πιστεύεται ότι μπορεί η δομή αυτή να συμβάλλει στη θεραπεία του καρκίνου.Στόχευση με συνθετικά μόρια).
Επέκταση επαναλήψεων τριπλετών DNA Eπαναλήψεις τριπλετών (3bp) εντός ή πλησίον γονιδίων. Η επέκταση παρεμβαίνει στη φυσιολογική λειτουργία των γονιδίων. Σύνδρομο εύθραυστο Χ (νοητική καθυστέρηση), μυοτονική δυστροφία Νόσος Huntigton …
Επέκταση- αποτέλεσμα Αλλαγή λειτουργίας πρωτείνης Παύση λειτουργίας 30 αντίγραφα > χιλιάδες Αιτία = ολίσθηση ατυχούς ζευγαρώματος
tRNA
Ερωτήματα για DNA Ρόλος και διαφορές στο DNA εικόνων. Πως συσκευάζεται για να χωρέσει στο πυρήνα Πως λειτουργεί. Αντιγραφή, μεταγραφή Όλα τα κύτταρα έχουν ίδιο DNA.Αλλα γονίδια εκφράζονται σε ορισμένα κύτταρα και διαφορετικά σε άλλα (εξειδίκευση –διαφοροποίηση. Γιατί και πως?
ΕΠΙΓΕΝΕΤΙΚΗ Επιστήμη που μελετά τις αλλαγές στο DNA. O όρος «επιγενετική» (epigenetics) πρωτοχρησιμοποιήθηκε από τον Charles Waddington το 1942 για να περιγράψει αλλαγές που ΔΕΝ τροποποιούν την αλληλουχία βάσεων του DNA ΑΛΛΑ αλλάζουν τη λειτουργία του.
Επιγενετική Είναι η γέφυρα μεταξύ Γονότυπου (που είναι κοινός σε όλα τα κύτταρα) και Φαινότυπου (που είναι διαφορετικός).
Επιγενετικοί Μηχανισμοί Απαραίτητοι για διαφοροποίηση κυττάρων Κληρονομούνται όπως και η γενετική πληροφορία Είναι αναστρέψιμοι, επηρεάζονται από περιβαλλοντολογικούς παράγοντες Κατανόησή τους σημαντική για θεραπεία νοσημάτων (καρκίνος)
miRNAs ή siRNAs (micro ή small interference) ή non coding RNAs( ncRNAs) Ένας τρίτος επιγενετικός μηχανισμός που επηρεάζει την έκφραση των γονιδίων.
CpG CpG CpG Μεθυλίωση DNA Μεθυλίωση DNA: προσθήκη –CH3 στις κυτοσίνες (5 θέση) (CpG δινουκλεοτίδιο) Ένζυμο μεθυλίωσης: DNA μεθυλοτρανσφεράσες (DNMTs) CpG CH3 CpG DNMTs CpG DNMTs + Αζακυτιδίνη + antisense DNMT mRNA
Μεθυλίωση στον υποκινητή ενός γονιδίου μεταγραφική καταστολή Μεθυλίωση στον υποκινητή ενός γονιδίου μεταγραφική καταστολή (πλήρης ή μερική) TF Μεθυλιωμένες κυτοσίνες Αμεθυλίωτες κυτοσίνες Εξώνιο 1 μεταγραφή HDAC HM Jlkfnlknv;ksnfvnskvsnkldvnslknvksnkvnslknv TF MBD μεταγραφή
mi RNAs ή ncRNAs Είναι λειτουργικά μόρια RNA τα οποία δεν μεταφράζονται σε πρωτείνη. Παίζουν ρόλο στη μη έκφραση mRNAs άρα οδηγούν σε μη σύνθεση πρωτεινών. 800-1000 mi RNAs ρυθμίζουν το 1/3 του μεταγραφώματος (Transcriptome) το οποίο περιλαμβάνει όλα τα μόρια RNA.
Συνεργασία επιγενετικών μηχανισμών Ολοι οι μηχανισμοί που αναφέραμε 1. τροποποίηση ιστονών 2. μεθυλίωση DNA 3. mi RNAs λειτουργούν σε αμοιβαία συνεργασία με σκοπό την έκφραση των γονιδίων που πρέπει.
Δομή Ευκαρυωτικού γονιδίου
Avery-MacCarty- McLeod
Ποιο μόριο προυπήρξε Ριβοένζυμα Αναγωγάση ριβονουκλεοτιδίου RNA DNA
Ο γενετικός κώδικας
Ιδιότητες Γενετικού Κώδικα Εκφυλισμένος Παγκόσμιος Σήματα λήξης και εναρξης Διαβάζεται συνεχόμενος
ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ Επιτρέπει τον διπλασιασμό του DNA Γίνεται στη φάση S του κυτταρικού κύκλου Ημισυντηρητικό τρόπο (Cairns)
Διχάλα αντιγραφής
Διχάλες αντιγραφής προπορευόμενος κλώνος καθυστερημένος κλώνος Καθυστερημένος κλώνος: αυτός που επιμηκύνεται κατά τμήματα (κλάσματα Okazaki), αντίθετα με την κατεύθυνση που ανοίγει η διχάλα της αντιγραφής προπορευόμενος κλώνος Προπορευόμενος κλώνος: αυτός που επιμηκύνεται συνεχώς στην κατεύθυνση που ανοίγει η διχάλα της αντιγραφής καθυστερημένος κλώνος 65
Θήτα δομές σε κυκλικό βακτηριακό DNA 66
Replication of circular DNA in E. coli (3.10): Two replication forks result in a theta-like () structure. As strands separate, positive supercoils form elsewhere in the molecule. Topoisomerases relieve tensions in the supercoils, allowing the DNA to continue to separate.
Not all polymerases are the same (Table 3.1) Polymerase Polymerization (5’-3’) Exonuclease (3’-5’) Exonuclease (5’-3’) I Yes Yes Yes II Yes Yes No III Yes Yes No 3’ to 5’ exonuclease activity = ability to remove nucleotides from the 3’ end of the chain Important proofreading ability Without proofreading error rate (mutation rate) is 1 x 10-6 With proofreading error rate is 1 x 10-9 (1000-fold decrease) 5’ to 3’ exonuclease activity functions in DNA replication & repair.
Ιδιότητες DNA Pol στο Ε. Coli DNApol I (επιδιόρθωσης) δράση εξωνουκλεάσης 5΄- 3΄ και 3’5’ DNA Pol III (Κύρια) δράση εξωνουκλεάσης 3΄5΄ μόνο (Ολες συνθέτουν 5΄3’)
DNA elongation (Fig. 3.4a):
Τα ένζυμα της αντιγραφής είναι οι DNA πολυμεράσες Συνθέτουν μόνο όταν υπάρχει εκμαγείο & έναυσμα 3’ 5’ παλαιά αλυσίδα DNA, ‘εκμαγείο (έναυσμα) Νέα αλυσίδα DNA ΕΝΑΥΣΜΑ: ένα μικρό τμήμα RNA, συμπληρωματικό με τη μήτρα του DNA, στο άκρο της νέας αλυσίδας 77
Διχάλα αντιγραφής.
Each eukaryotic chromosome is one linear DNA double helix Average ~108 base pairs long With a replication rate of 2 kb/minute, replicating one human chromosome would require ~35 days. Solution ---> DNA replication initiates at many different sites simultaneously. Rates are cell specific! Fig. 3.17
Fig. 3.19 Synthesis of telomeric DNA by telomerase Peter J. Russell, iGenetics: Copyright © Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings.
Το πρόβλημα αντιγραφής των τελομερών 88
Αποκατάσταση του μήκους των τελομερών με το ένζυμο Τελομεράση 91
Τελομεράση ως αντινεοπλαστικό φάρμακο Τελομερή κονταίνουν σε κάθε διαίρεση Αν φτάσουν σε κρίσιμο σημείο απόπτωση Τελομεράση δεν δρα στα φυσιολογικά σωματικά κύτταρα. Αυξημένη δράση τελομεράσης σε καρκινικά κύτταρα > πτωχότερη κλινική πρόγνωση.
Αναστολή τελομεράσης Στόχευση του RNA της τελομεράσης με τροποποιημένα DNA (σάκχαρα-Ρ) Αρωματικά μόρια ευμεγέθη (πορφυρίνες , ανθρακινόνες) σχηματίζουν τετράδες DNA και προκαλούν αναστολή της δράσης της.
Αναστολή τοποισομεράσης Παγίδευση δράσης της μέσω αναστολής συμπλόκου ενζύμου-DNA αποδόμηση DNA δράση ως αντινεοπλασματικό φάρμακο Πχ δράση ανθρακυκλινών και συνθετικών παρεβλημάτων (intercalators).
Αντινεοπλαστικά φάρμακα Cisplatin Σχηματίζει σταυροδεσμούς “crosslinks”στο DNA. Πρωτείνες επιδιόρθωσης δεν καταφέρνουν επιδιόρθωση και προκαλλούν πολλές βλάβες στο DNA- κυρίως ρήγματα- με αποτέλεσμα την απόπτωση του κυττάρου. Ετσι εξηγείται η κυτταροτοξικότητα του φαρμάκου.