DNA - Αντιγραφή Μιχάλης Β. Καραμούζης MD, PhD Παθολόγος Ογκολόγος Αναπληρωτής Καθηγητής Ιατρική Σχολή Πανεπιστημίου Αθηνών Devlin – Κεφάλαιο 4 Lehninger – Κεφάλαιο 25 Παραδόσεις Αμφιθεάτρου Μάρτιος 2018

Αντιγραφή – Επιδιόρθωση - Ανασυνδυασμός (3R)

Αντιγραφή

Αντιγραφή Κλώνος-εκμαγείο Πρωταρχικό τμήμα – Εκκινητής Πρόδρομες ενώσεις (5’- dNTP) Ένζυμα

Αντιγραφή

Αντιγραφή

υπάρχει εκμαγείο & έναυσμα Αντιγραφή DNA πολυμεράσες Συνθέτουν DNA μόνο στην κατεύθυνση 5’ 3’ 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 7

Αντιγραφή DNA πολυμεράσες

Αντιγραφή DNA πολυμεράσες Αρχική επιλογή του κατάλληλου νουκλεοτιδίου (προσαρμογή του νουκλεοτιδίου στο ενεργό κέντρο της πολυμεράσης) Διορθωτική ανάγνωση (3’-5’ εξωνουκλεολυτική ενεργότητα)

Αντιγραφή Κλώνος-εκμαγείο Πρωταρχικό τμήμα – Εκκινητής Πρόδρομες ενώσεις (5’- dNTP) Ένζυμα

Αντιγραφή ΕΝΑΡΞΗ ΕΠΙΜΗΚΥΝΣΗ ΤΕΡΜΑΤΙΣΜΟΣ

Διχάλα αντιγραφής

Φυσιολογικά η τήξη του δίκλωνου DNA γίνεται σε Θ >90oC Διχάλα αντιγραφής Φυσιολογικά η τήξη του δίκλωνου DNA γίνεται σε Θ >90oC V1

Διχάλα 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 14

Διχάλα αντιγραφής

Διχάλα αντιγραφής Πριμοδοτάση (εκκινητάση) RNAαση Η DNA πολυμεράση

Διχάλα αντιγραφής V2

Διχάλα αντιγραφής Αριθμός σύνδεσης - Σταθερός Περιέλιξη “Watson-Crick” – περιέλιξη ενός κλώνου πέριξ του άλλου Υπερελίκωση – περιέλιξη διπλής έλικας γύρω από τον εαυτό της

Διχάλα αντιγραφής Τοποϊσομεράσες Ι – μεταβατική ρήξη σε έναν κλώνο και επιτρέπουν στον άλλο κλώνο να περάσει από μέσα ΙΙ – μεταβατικές ρήξεις και στους δύο κλώνους και επιτρέπουν στη διπλή έλικα να περάσει από μέσα V3

Διχάλα αντιγραφής

Ολισθαίνοντες σύνδεσμοι Διανεμητική διαδικασία – μονήρες βήμα αντίδρασης – τα ένζυμα αυτά εργάζονται πιο αργά Επεξεργαστική διαδικασία – πολλές ενέργειες Οι αντιγραφικές DNA πολυμεράσες συνδέονται με βοηθητικές πρωτεϊνες – ολισθαίνοντες σύνδεσμοι V4

Αντιγραφόσωμα Ο συνεχής κλώνος διέρχεται μέσα από το αντιγραφόσωμα Ο διακεκκομένος κλώνος δεσμεύεται για να επιτρέψει τη σύνθεση ενός τμήματος Okazaki, κ.ο.κ.

Η αντιγραφή στα προκαρυωτικά κύτταρα

Αντιγραφή Κλώνος-εκμαγείο Πρωταρχικό τμήμα – Εκκινητής Πρόδρομες ενώσεις (5’- dNTP) Ένζυμα

Ένζυμα προκαρυωτικής αντιγραφής

Ένζυμα προκαρυωτικής αντιγραφής DNA πολυμεράση ΙΙΙ Σύμπλεγμα υπο-μονάδων που εκτελούν αρκετές λειτουργίες DNA πολυμεράση Ι Περιέχει μία 5’ – 3’ εξωνουκλεάση που αφαιρεί τον εκκινητή RNA από το 5’– Δράση RNAασης Η Δράση DNA πολυμεράσης που προσθέτει δεοξυριβονουκλεοτίδια στο 3’ Λειτουργεί με διανεμητικό τρόπο

DNA πολυμεράση ΙΙΙ

Ένζυμα προκαρυωτικής αντιγραφής DNA πολυμεράση ΙΙΙ Σύμπλεγμα υπο-μονάδων που εκτελούν αρκετές λειτουργίες DNA πολυμεράση Ι Περιέχει μία 5’ – 3’ εξωνουκλεάση που αφαιρεί τον εκκινητή RNA από το 5’– Δράση RNAασης Η Δράση DNA πολυμεράσης που προσθέτει δεξυριβονουκλεοτίδια στο 3’ Λειτουργεί με διανεμητικό τρόπο

Ένζυμα προκαρυωτικής αντιγραφής

Ένζυμα προκαρυωτικής αντιγραφής

Τερματισμός Δύο συγκλίνουσες διχάλες αντιγραφής συναντώνται και γίνεται τοπολογική αποσύνδεση (τοποϊσομεράση ΙΙ) Το γονιδίωμα του E. Coli περιέχει ειδικές αλληλουχίες τερματισμού

Τερματισμός V5

Η αντιγραφή στα προκαρυωτικά κύτταρα Κλινικές Προεκτάσεις Η αντιγραφή στα προκαρυωτικά κύτταρα Κλινικές Προεκτάσεις

Κλινικό Παράδειγμα Ι Αντιβιοτικά Κλινικό Παράδειγμα Ι Αντιβιοτικά V6

DNA - Αντιγραφή Μιχάλης Β. Καραμούζης MD, PhD Παθολόγος Ογκολόγος Αναπληρωτής Καθηγητής Ιατρική Σχολή Πανεπιστημίου Αθηνών Devlin – Κεφάλαιο 4 Lehninger – Κεφάλαιο 25 Παραδόσεις Αμφιθεάτρου Μάρτιος 2018

Η αντιγραφή στα ευκαρυωτικά κύτταρα

Αντιγραφή Κλώνος-εκμαγείο Πρωταρχικό τμήμα – Εκκινητής Πρόδρομες ενώσεις (5’- dNTP) Ένζυμα

Αντιγραφή DNA πολυμεράσες

Αντιγραφή ΕΝΑΡΞΗ ΕΠΙΜΗΚΥΝΣΗ ΤΕΡΜΑΤΙΣΜΟΣ

Rates are cell specific! 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!

Έναρξη ευκαρυωτικής αντιγραφής Origins of replication (ori) Πολλαπλές, μικρές, επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες που δεσμεύουν ειδικές πρωτεϊνες Περιοχές πλούσιες σε ΑΤ, όπου συμβαίνει ο αρχικός διαχωρισμός των μητρικών κλώνων

Έναρξη προκαρυωτικής αντιγραφής

Ένζυμα ευκαρυωτικής αντιγραφής

Ένζυμα ευκαρυωτικής αντιγραφής

Διχάλα αντιγραφής Τοποϊσομεράσες Ι – μεταβατική ρήξη σε έναν κλώνο και επιτρέπουν στον άλλο κλώνο να περάσει από μέσα ΙΙ – μεταβατικές ρήξεις και στους δύο κλώνους και επιτρέπουν στη διπλή έλικα να περάσει από μέσα

Τερματισμός Ρόλος των τελομερών Πιθανό πρόβλημα ότι ο θυγατρικός κλώνος μπορεί να είναι βραχύτερος του μητρικού κλώνου Τα άκρα των μορίων του DNA τείνουν να προκαλούν τη διαδικασία του ανασυνδυασμού

Το πρόβλημα αντιγραφής των τελομερών 47

Τερματισμός

Τερματισμός

Τερματισμός

Αποκατάσταση του μήκους των τελομερών με το ένζυμο τελομεράση V7 51

Αντιγραφή Προκαρυωτικών vs Ευκαρυωτικών κυττάρων

Η αντιγραφή στα ευκαρυωτικά κύτταρα Κλινικές Προεκτάσεις Η αντιγραφή στα ευκαρυωτικά κύτταρα Κλινικές Προεκτάσεις

Τρόπος δράσης χημειοθεραπείας (1) Σύνθεση DNA Αντιμεταβολίτες DNA Αλκυλιούντες παράγοντες 5. Principles of Chemotherapy: Action Sites of Cytotoxic Agents/Cellular Level Most cytotoxic drugs target the DNA. Two exceptions are the poisons of the mitotic spindle—vinca alkaloids and taxoids—that target the tubulin. Μεταγραφή DNA Διπλ/μός DNA Μίτωση Παράγοντες που παρεμβαίνουν στο DNA Παράγοντες ενάντια στη μιτωτική άτρακτο

Τρόπος δράσης χημειοθεραπείας (2) ΣΥΝΘΕΣΗ ΠΟΥΡΙΝΩΝ ΣΥΝΘΕΣΗ ΠΥΡΙΜΙΔΙΝΩΝ 6-MERCAPTOPURINE 6-THIOGUANINE METHOTREXATE 5-FLUOROURACIL HYDROXYUREA CYTARABINE ΡΙΒΟΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΑ ΔΕΟΞΥ-ΡΙΒΟΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΑ ALKYLATING AGENTS ANTIBIOTICS DNA 6. Principles of Chemotherapy: Action Sites of Cytotoxic Agents Knowledge of the different sites of action for cytotoxic agents permits, for example, the better understanding of how drugs act in combination. ETOPOSIDE RNA L-ASPARAGINASE VINCA ALKALOIDS TAXOIDS ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΕΝΖΥΜΑ ΜΙΚΡΟΣΩΛΗΝΑΡΙΑ

Χημειοθεραπεία Δρα κυρίως στον κυτταρικό πολλαπλασιασμό και την ανάπτυξη του όγκου Τα περισσότερα χημειοθεραπευτικά φάρμακα επηρεάζουν τη σύνθεση και τη λειτουργία (DNA, RNA, πρωτεϊνες) Τα χημειοθεραπευτικά φάρμακα ταξινομούνται με βάση τη δράση τους στο κυτταρικό κύκλο

Δράση χημειοθεραπείας Φάρμακα ειδικά ανά φάση του κυτταρικού κύκλου Αντιβιοτικά Αντιμεταβολίτες Μπλεομυκίνη S (2-6h) G2 (2-32h) Αλκαλοειδή της Vinca M (0.5-2h) 4. Principles of Chemotherapy: Action Sites of Cytotoxic Agents/Cell Cycle Level Understanding the cell cycle is important because chemnicals with different modes of action may be rationally combined to increase antitumor effects at different times in the cell cycle. Ταξάνες G1 (2-h) L-ασπαραγινάση V9 G0 Ανθεκτικότητα στη χημειοθεραπεία

Δράση χημειοθεραπείας Φάρμακα μη-ειδικά ανά φάση του κυτταρικού κύκλου Θανατώνουν τα καρκινικά κύτταρα σε όλες τις φάσεις του κυτταρικού κύκλου Αλκυλιούντες παράγοντες Πλατινούχα σκευάσματα Θανατώνουν μη-πολλαπλασιαζόμενα κύτταρα Στεροειδή Αντιβιοτικά (εκτός από τη μπλεομυκίνη) V10