Μεταλλάξεις DNA Επιδιόρθωση DNA · ΜΕΤΑΛΛΑΞΕΙΣ ΤΟΥ dna o Τι προκαλεί τις µεταλλάξεις; 1. Λάθη κατά την αντιγραφή

Μεταλλάξεις DNA

Μοριακή βάση µεταλλαξεων και επιδιόρθωσης του DNA

Επιδιόρθωση DNA

1

ΜΕΤΑΛΛΑΞΕΙΣ ΤΟΥ DNA

o  Tι είναι µετάλλαξη

o  Τι προκαλεί τις µεταλλάξεις

o  Τύποι των µεταλλάξεων

o  Tύποι των µεταλλαξογόνων

o  Μεταλλάξεις και ασθένειες

ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ ΤΟΥ DNA o  Tι είναι επιδιόρθωση του DNA o  Ποιά είναι τα κύρια επιδιορθωτικά συστήµατα

Καθηγητής Δρ. Κωνσταντίνος Ε. Βοργιάς

2

ΜΕΤΑΛΛΑΞΕΙΣ ΤΟΥ DNA: Tι είναι µετάλλαξη(εις);

Μεταλλάξεις είναι οι δοµικές µεταβολές που υφίσταται το µόριο του DNA από την επίδραση βιολογικών, χηµικών και φυσικών παραγόντων.

Ρυθµός εµφάνισης µεταλλάξεων:

•  Ένα ζεύγος βάσεων µεταλλάσσεται µε ρυθµό 10-9 - 10-10 ανά γενιά

•  Ένα γονίδιο 1.000 bp µεταλλάσσεται µε ρυθµό ~10-6 ανά γενιά

•  ΄Ενα βακτηριακό γονιδίωµα µεταλλάσσεται µε ρυθµό 3 x 10-3 ανά γενιά


3

Αυθόρµητες µεταλλάξεις συµβαίνουν σε όλο το γονίδιο, αλλά η συγκέντρωσή τους αυξάνεται στα θερµά σηµεία.



4

Ενδογενείς ή αυτογενείς ή αυθόρµητες

1.   Ενζυµικά σφάλµατα 2.   Στο εκµαγείο 3.   Ελεύθερες ρίζες 4.   Σφάλµατα ανασυνδιασµού 5.   Δράση κινητών γενετικων στοιχείων

Είδος της βλάβης που υφίσταται το γονιδίωµα

1.   Αφύσικες βάσεις 2.   Απουρινικές ή απυριµιδινικές περιοχές 3.   Έλλειµµα ενός ή περισσοτέρων

νουκλεοτιδίων 4.   Εντοµές στη δοµή των δύο κλώνων 5.   Ρήξη του DNA και στους δύο κλώνους 6.   Σταυροσυνδέσεις



o  Τι προκαλεί τις µεταλλάξεις;

5



1.   Λάθη κατά την αντιγραφή του DNA 2.   Λάθη οφειλόµενα σε φαινόµενα ανασυνδιασµού του

DNA 3.   Χηµικά µεταλλαξογόνα 4.   Ακτινοβολία (ιονίζουσα – υπεριώδης – µικροκύµατα κλπ)

5.   Τυχαίες χηµικές αλλαγές του DNA

Ενδογενείς (1, 2, 5) Εξωγενείς (3, 4, 5)


6



1.   Λάθη κατά την αντιγραφή του DNA Κατά την διαδικασία της αντιγραφής του DNA οι βάσεις προστίθενται στο µητρικό DNA βάσει της αρχής της συµπληρωµατικότητας. Mια σειρά ενζυµικών ενεργοτήτων φροντίζουν για υψηλή πιστότητα µέσω µηχανισµών επιδιόρθωσης. Παρόλα αυτά έχουµε 1 λάθος ανά 109 βάσεις κατά την διαδικασία της αντιγραφής.


7



2. Λάθη οφειλόµενα σε φαινόµενα ανασυνδιασµού του DNA Τo DNA στα κύτταρα έχει µια εντυπωσιακή κινητικότητα και συχνά επαναδιατάσσεται ή ανασυνδιάζεται. Συνήθως κάποια σφάλµατα στο επίπεδο αυτό επισκευάζονται. Αδυναµία επισκευής κοµβικών γονιδίων->πρωτεϊνών οδηγεί στην απόπτωση (αυτοκτονία) και κυτταρικό θάνατο.


8



3. Χηµικά ανάλογα βάσεων Ενσωµατώνονται στο DNA, κάποια αναστέλλουν την αντιγραφή ενω άλλα προάγουν λάθος ζεύξη βάσεων. Παραδείγµατα

5-Bromouracil (BrdU)=ανάλογο της Τ (κετο-ενολική µετατόπιση) Κέτο µορφή ζευγαρώνει µε Α Ενολ µορφή ζευγαρώνει µε G

2-Aminopurine (A*)=ανάλογο της Α Α=Τ -> Α*-C


9



3. Χηµικά µεταλλαξογόνα βάσεων

•  Παρεµβλητικοί παράγοντες •  Acridines-EtBr •  Σταυροσυνδετικοί παράγοντες


10



3. Χηµικά µεταλλαξογόνα βάσεων

•  Μη αλκυλιωτικοί παράγοντες •  Φορµαλδεϋδη (ΝΗ2- συνδέει οµοιοπολικά ΝΟ µε πρωτείνες

•  Υδροξυλαµίνη (αντιδρά µε C -> C*=A) •  Νιτρικό οξυ (απαµινώνει C->U, A->Hypoxanthine και G->xanthines)

•  Αλκυλιωτικοί παράγοντες •  EMS (ethylmethane sulfonate) Δηµιουργεί ασθενή Ν-γλυκοζιτικό δεσµό και αφήνει αποπουρινοµένη θέση. •  NNG(N-methyl-N’-nitro-N-nitrosoguanidine: πολύ τοξικό διότι δρά κατά την αντιγραφή και δεν επισκευάζεται εύκολα.


11



3. Χηµικά µεταλλαξογόνα βάσεων •  Απαµινωτικοί παράγοντες


Η αυθόρµητη απαµίνωση της κυτοσίνης παράγει

ουρακίλη, ενώ η απαµίνωση της 5-µεθυλοκυτοσίνης

παράγει θυµίνη.

Οξειδωτική απαµίνωση •  Η απαµίνωση της 5-

µεθυλοκυτοσίνης παράγει θυµίνη (προκαλώντας µεταπτώσεις από C•G σε T•A).

•  Η απαµίνωση της κυτοσίνης παράγει ουρακίλη (η οποία συνήθως αποµακρύνεται και αντικαθίσταται από κυτοσίνη).

12



4. Ακτινοβολίες •  Ιονίζουσα ακτινοβολία: Χ-, γ-ακτίνες εκτεταµένη καταστροφή του DNA. Ανοίγονται πουρινικοί δακτύλιοι και αποπουρινώνεται το DNA, σπάνε φωσφοδιεστερικοί δεσµοί.

•  Υπεριώδης ακτινοβολία: (200-400nm) επάγει διµερισµό γειτονικών πυριµιδινών (Τ-Τ)


13



5. Τυχαίες χηµικές αλλαγές του DNA Είναι αλλαγές που συµβαίνουν τυχαία στη φύση χωρίς να µπορούµε να εντοπίσουµε το ουσιαστικό αίτιο. Πολύ πιθανόν είναι οφείλονται σε πολυεπίπεδη επιβάρυνση του κυττάρου (αθροιστικοί παράγοντες).


14

ΜΕΤΑΛΛΑΞΕΙΣ ΤΟΥ DNA: Τύποι των µεταλλάξεων

1.   Μεταλλάξης αντικατάστασης βάσης:

•  Μετάπτωση (πουρίνη σε πουρίνη, πυριµιδίνη σε πυριµιδίνη)

•  Αµφιµετατροπή (πουρίνη σε πυριµιδίνη και vice versa)

•  Συνώνυµη ή σιωπηλή µετάλλαξη (δεν αλλάζει το α.α.)

•  Μη συνώνυµη ή παρανοηµατική µετάλλαξη (αλλάζει το α.α.)

•  Μη νοηµατική µετάλλαξη (πρόωρη λήξη της µετάφρασης)

2.   Προσθήκη µιας ή περισσοτέρων βάσεων

3.   Αποµάκρυνση µιας ή περισσοτέρων βάσεων

Σηµειακές ή απλές µεταλλάξεις Πολλαπλές µεταλλάξεις


15

Μεταλλάξεις µετατόπισης αναγνωστικού πλαισίου

•  Προσθήκη µιας βάσεως

•  Έλλειµµα µιας βάσεως

•  Διπλή µετάλλαξη, δύο βάσεις, στο ORF

•  Τριπλή µετάλλαξη, τρεις βάσεις, στο ORF



16

Μετάλλαξη-πρωτεϊνη •  Οι µεταλλάξεις που δεν επηρεάζουν την πρωτεϊνική αλληλουχία ή λειτουργία ονοµάζονται σιωπηλές.

•  Οι µεταλλάξεις που καταργούν εντελώς τη λειτουργία της πρωτεΐνης ονοµάζονται εκµηδενιστικές.

•  Οι σηµειακές µεταλλάξεις που προκαλούν απώλεια λειτουργίας είναι υποτελείς, ενώ αυτές που προκαλούν απόκτηση λειτουργίας είναι επικρατείς.



17

Ποιές µεταλλάξεις είναι αντιστρέψιµες; Οι σηµειακές µεταλλάξεις και οι προσθήκες µπορεί να αναστραφούν, ενώ τα ελλείµµατα δεν αναστρέφονται ποτέ.



18


o  Μεταλλάξεις και ασθένειες

• Διαταραχές του µεταβολισµού • Αιµοσφαιρινοπάθειες-θαλασσαιµίες • Καρκίνος και νεοπλασία

•  Ογκογονίδια •  Αντι-ογκογονίδια •  Πρωτο-ογκογονίδια •  Μηχανισµός καρκίνου


19

ΜΕΤΑΛΛΑΞΕΙΣ ΘΕΤΙΚΕΣ ΚΑΙ ΑΡΝΗΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ

Οι µεταλλάξεις δεν είναι µόνο βλαβερές αλλά και χρήσιµες"

Οι µεταλλάξεις είναι η κινητήρια δύναµη της φυσικής επιλογής Η λειτουργία του ανοσοποιητικού συστήµατος βασίζεται σε µεταλλάξεις λεµφοκυττάρων


20

Documents

Μεταλλάξεις DNA Επιδιόρθωση DNA · ΜΕΤΑΛΛΑΞΕΙΣ ΤΟΥ dna o Τι προκαλεί τις µεταλλάξεις; 1. Λάθη κατά την αντιγραφή