DNA Tiina Immonen, FT, yo-lehtori HY Lääketieteellinen tiedekunta Biokemia ja kehitysbiologia

Samankaltaiset tiedostot
DNA Tiina Immonen, FT, yo-lehtori HY Biolääketieteen laitos, Biokemia ja kehitysbiologia

Genomin ylläpito Tiina Immonen BLL Lääke8eteellinen biokemia ja kehitysbiologia

Muuttumaton genomi? Genomin ylläpito. Jakson luennot. Luennon sisältö DNA:N KAHDENTUMINEN ELI REPLIKAATIO

Genomin ylläpito TIINA IMMONEN MEDICUM BIOKEMIA JA KEHITYSBIOLOGIA

Epigeneettinen säätely ja genomin leimautuminen. Tiina Immonen Medicum, Biokemia ja kehitysbiologia

Epigeneettinen säätely ja genomin leimautuminen. Tiina Immonen BLL Biokemia ja kehitysbiologia

6 GEENIT OHJAAVAT SOLUN TOIMINTAA nukleiinihapot DNA ja RNA Geenin rakenne Geneettinen informaatio Proteiinisynteesi

Perinnöllisyystieteen perusteita III Perinnöllisyystieteen perusteita

Perinnöllisyyden perusteita

Francis Crick ja James D. Watson

DNA (deoksiribonukleiinihappo)

DNA (deoksiribonukleiinihappo)

Euromit2014-konferenssin tausta-aineistoa Tuottaja Tampereen yliopiston viestintä

Avainsanat: perimä dna rna 5`-ja 3`-päät replikaatio polymeraasientsyymi eksoni introni promoottori tehostajajakso silmukointi mutaatio

Sukunimi Etunimet Tehtävä 3 Pisteet / 20

DNA:n informaation kulku, koostumus

Perinnöllisyystieteen perusteita III Perinnöllisyystieteen perusteita. BI2 III Perinnöllisyystieteen perusteita 9. Solut lisääntyvät jakautumalla

Genomin ilmentyminen Liisa Kauppi, Genomibiologian tutkimusohjelma

VASTAUS 1: Yhdistä oikein

Genomi-ilmentyminen Genom expression (uttryckning) Nina Peitsaro, yliopistonlehtori, Medicum, Biokemia ja Kehitysbiologia

Peptidi ---- F K V R H A ---- A. Siirtäjä-RNA:n (trna:n) (3 ) AAG UUC CAC GCA GUG CGU (5 ) antikodonit

måndag 10 februari 14 Jaana Ohtonen Kielikoulu/Språkskolan Haparanda

Genomin ilmentyminen

II Genetiikka 4.(3) Nukleiinihapot

Nukleiinihapot! Juha Klefström, Biolääketieteen laitos/biokemia ja genomibiologian tutkimusohjelma Helsingin yliopisto.

DNA > RNA > Proteiinit

Lääketieteen ja biotieteiden tiedekunta Sukunimi Bioteknologia tutkinto-ohjelma Etunimet valintakoe pe Tehtävä 1 Pisteet / 15

LUENTO 3 Kyösti Ryynänen Seutuviikko 2014, Jämsä

Seutuviikko 2015, Jämsä Kyösti Ryynänen PROTEIINISYNTEESI LUENTO 3 DNA-RAKENNE DNA SOLUJAKAUTUMINEN DNA-KAKSOISKIERRE

SÄTEILYN TERVEYSVAIKUTUKSET

Bioteknologian tutkinto-ohjelma Valintakoe Tehtävä 3 Pisteet / 30

DNA RNA proteiinit transkriptio prosessointi translaatio regulaatio

Anatomia ja fysiologia 1 Peruselintoiminnat

Perinnöllisyyden perusteita

Geenitekniikan perusmenetelmät

Perinnöllisyys. Enni Kaltiainen

Syöpägeenit. prof. Anne Kallioniemi Lääketieteellisen bioteknologian yksikkö Tampereen yliopisto

KOULUTUSOHJELMA Sukunimi: Etunimet: Nimikirjoitus: BIOLOGIA (45 p) Valintakoe klo

Nimi sosiaaliturvatunnus

NON-CODING RNA (ncrna)

Nimi sosiaaliturvatunnus. Vastaa lyhyesti, selkeällä käsialalla. Vain vastausruudun sisällä olevat tekstit, kuvat jne huomioidaan

KOE 6 Biotekniikka. 1. Geenien kloonaus plasmidien avulla.

BI4 IHMISEN BIOLOGIA

BIOLOGIAN OSIO (45 p.)

BIOLOGIAN OSIO (45 p.)

Solun tutkiminen. - Geenitekniikka

Etunimi: Henkilötunnus:

DNA RNA proteiinit transkriptio prosessointi translaatio regulaatio

Biomolekyylit 2. Nukleotidit, aminohapot ja proteiinit

Bioteknologian perustyökaluja

Biologian tehtävien vastaukset ja selitykset

DNA, RNA ja proteiinirakenteen ennustaminen

465 E MOLEKYYLIBIOLOGIAA

"Geenin toiminnan säätely" Moniste sivu 13

VALINTAKOE 2014 Terveyden biotieteiden koulutusohjelmat/ty ja ISY

Hyvän vastauksen piirteet. Biolääketieteen valintakoe Maksimipisteet: 45

Geenisakset (CRISPR)- Geeniterapian vallankumousko? BMOL Juha Partanen

Solun tuman rakenne ja toiminta. Pertti Panula Biolääketieteen laitos 2012

Perinnöllisyys 2. Enni Kaltiainen

6.4. Genomin koon evoluutio Genomin koko vaihtelee

- Jakautuvat kahteen selvästi erottuvaan luokkaan,

DNA RNA proteiinit transkriptio prosessointi translaatio regulaatio

Tarkastele kuvaa, muistele matematiikan oppejasi, täytä tekstin aukot ja vastaa kysymyksiin.

Vastaa lyhyesti selkeällä käsialalla. Vain vastausruudun sisällä olevat tekstit, kuvat jne huomioidaan

GEENITEKNIIKAN PERUSASIOITA

Vanilliini (karbonyyliyhdiste) Etikkahappo (karboksyyliyhdiste)

Syöpä. Ihmisen keho muodostuu miljardeista soluista. Vaikka. EGF-kasvutekijä. reseptori. tuma. dna

Säteily ja solu - solun toiminta on monimutkaista ja tarkoin säädeltyä Riitta Mustonen

2.1 Solun rakenne - Lisämateriaalit

Biopolymeerit. Biopolymeerit ovat kasveissa ja eläimissä esiintyviä polymeerejä.

BIOLOGIAN OSIO (45 p.)

Solu - perusteet. Enni Kaltiainen

Uusia mahdollisuuksia FoundationOne CDx. keystocancer.fi

Tulehdus ja karsinogeneesi. Tulehduksen osuus syövän synnyssä. Tulehdus ja karsinogeneesi. Tulehdus ja karsinogeneesi. Tulehdus ja karsinogeneesi

DNA-testit. sukututkimuksessa Keravan kirjasto Paula Päivinen

Hiiriä, hiivoja ja kärpäsiä mitä malliorganismien geenit kertovat elämästä ja sen evoluutiosta. Hannu Sariola, Irma Thesleff ja Marja Makarow

Laskuharjoitus 4 selitykset Juha-Matti Alakoskela, jmalakos@cc.helsinki.fi

MALLIVASTAUKSET (max 30 p/kysymys, max 120 p koko kokeesta)

Väärin, Downin oireyhtymä johtuu ylimääräisestä kromosomista n.21 (trisomia) Geeni s. 93.

Hyvä käyttäjä! Ystävällisin terveisin. Toimitus

Ribosomit 1. Ribosomit 2. Ribosomit 3

Drosophila on kehitysgenetiikan mallilaji nro 1

Säteilyvaikutuksen synty. Erikoistuvien lääkärien päivät Kuopio

ELÄMÄN MÄÄRITTELEMINEN. LUENTO 1 Kyösti Ryynänen Seutuviikko 2014, Jämsä MITÄ ELÄMÄ ON? EI-ELÄVÄ LUONTO ELÄVÄ LUONTO PAUL DAVIES 26.3.

EUROOPAN PARLAMENTTI

DNA sukututkimuksen tukena

Genomi- ilmentymisen säätely

Biomolekyylit ja biomeerit

Geneettinen umpikuja: Koira uhanalaisena lajina kuusiosaisen artikkelisarjan 1. osa

Solun perusrakenne I Solun perusrakenne. BI2 I Solun perusrakenne 3. Solujen kemiallinen rakenne

Syövän synty. Esisyöpägeenit (proto-onkogeenit)

Biotieteiden perusteet farmasiassa, syksy 2017

Metsäpatologian laboratorio tuhotutkimuksen apuna. Metsätaimitarhapäivät Anne Uimari

-1- Ota henkilötodistus mukaasi jättäessäsi vastauspaperin. Kysymyksiin voi vastata suomeksi, ruotsiksi tai englanniksi.

SÄTEILYN GENEETTISET VAIKUTUKSET

Huhtikuun 14. päivänä tänä vuonna julistettiin

KEESHONDIEN MONIMUOTOISUUSKARTOITUS

Biologia. Pakolliset kurssit. 1. Eliömaailma (BI1)

Jenni Hytinmäki, Anniina Mainio, Piia Mettovaara & Niina Niinimäki PERINNÖLLISYYDEN PERUSTEET -VERKKO-OPPIMATERIAALI BIOANALYY- TIKKO-OPISKELIJOILLE

a) dominoivaan: esiintyy joka sukupolvessa, sairaille vanhemmille voi syntyä terveitä lapsia

Transkriptio:

DNA 18.4.2016 Tiina Immonen, FT, yo-lehtori HY Lääketieteellinen tiedekunta Biokemia ja kehitysbiologia Koordinaattori, Master s Degree Programme in Translational Medicine (TRANSMED) 1

Sisältö DNA:n rakenne DNA:n kahdentuminen Geenien ilmentyminen: transkriptio Genomin muuntuminen ja virheiden korjaus 2

Kirjallisuus Heino, Vuento: Biokemian ja solubiologian perusteet 2. painos Luku 2 Biomolekyylit s. 40-45 ja luku 6 (Genomin rakenne ja geenien ilmentyminen) Alberts: Molecular biology of The Cell, luvut 4 ja 5 3

DNA:N RAKENNE 4

DNA:n rakenne nukleotidit sokeri (deoksiriboosi) emäs (adeniini, tymiini, sytosiini ja guaniini) Fosfaattiryhmä(t) Esim. ATP, TTP, CTP, GTP sallitut emäsparit A-T: kaksi vetysidosta G-C: kolme vetysidosta DNA on kaksoisjuoste, jossa suosteet ovat aina vastakkaissuuntaiset 5 -pää: vapaa fosfaatti 3 -pää: vapaa OH ryhmä

DNA on makromolekyyli Yhden eukaryoottisolun tumassa on DNA:ta noin 1,8 metriä Eukaryoottien DNA on jakautunut kromosomeihin (bakteereissa yleensä yksi rengasmainen) 6

Ihmisen perimässä on kolme miljardia emäsparia Diploidissa solussa (kaksinkertainen kromosomisto) on 46 kromosomia: 22 somaattista paria ja kaksi sukukromosomia (joko XX tai XY). Merkitään 44 + X,Y tai 46, XY. Sukusoluissa on haploidi kromosomisto (23 kromosomia). Ihmisen haploidin genomin koko on n. 3 x 10 9 emäsparia. Mitokondioissa (ja kasvien kloroplasteissa) on oma rengasmainen DNA joka muistuttaa bakteerien rengaskromosomeja. Nisäkkäiden mitokondrio-dna:n koko on n. 16500 emäsparia (alle 0.001% genomista). Figure 4-11 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

DNA pakkautuu Tumassa negatiivisesti varautunut DNA- rihma kiertyy positiivisesti varautuneiden histoniproteiini-kompleksien ympärille Geenien luentaa varten vuorovaikutusta on löyhennettävä histoneja muokataan lisäämällä negatiivisia ryhmiä (histoniasetyyli-transferaasit) Erityisen tiukasti pakkautunutta DNA:ta ei voida lukea: heterokromatiini 8

REPLIKAATIO 9

Eukaryoottisolun perimä sijaitsee (pääosin) tumassa perimä, perintöaines, genomi 1.(suppea merkitys:) haploidisen kromosomiston kaikki perintötekijät 2.(laaja merkitys:) diploidisen solun perintötekijät, jotka koostuvat äidiltä periytyneistä ja isältä periytyneistä tuman perintötekijöistä sekä mitokondrioiden perintötekijöistä 10

Tuman kromosomit kahdentuvat ennen mitoosia Figure 17-4 + fig. from ch. 17, 5 and 4 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

Kromosomien DNA kahdentuu Kumpikin juoste kopioidaan Emäspariutumisen yksikäsitteisyyden johdosta kopioituva juoste on identtinen templaatin alkuperäisen vastinjuosteen kanssa Uusissa DNAmolekyyleissä on yksi vanha ja yksi vastasyntetisoitu juoste semikonservatiivisesti 12

Replikaatio etenee aloituskohdasta molempiin suuntiin Eukaryooteissa replikaatiolla on kromosomissa monta aloituskohtaa (bakteereilla yksi), joista kahdentaminen etenee molempiin suuntiin kunnes replikaatiohaarukat kohtaavat 13

DNA:n replikaatio Figure 5-19a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 14

GEENIEN ILMENTYMINEN 15

Geeni on. geeni, gene [ge'ne],{e}, gen -en arvsanlag -en ärfligt anlag {r} (<< ge'nos {kr} syntyperä) perintötekijä DNA:n (joillakin viruksilla RNA:n) jakso, joka riittää yhden spesifisen polypeptidin koodittamiseen (MOT Lääketiede 2.0) A DNA segment that contributes to phenotype/function. (HUGO Gene Nomenclature committee) 16

Geeni = perimän jakso joka koodaa toiminnallisen molekyylin Proteiini (rakenneproteiinit ja entsyymit) RNA-molekyyli, joka osallistuu solun toimintaan (lähetti-rna, ribosomaalinen RNA, snrna, sno-rna) RNA-molekyyli, joka katalysoi reaktioita (ribozyymi) RNA-molekyyli, joka säätelee geenien ilmentymistä (mikro-rna) 17

Geenien arvioitu lukumäärä eri lajeissa (2004) Pallokala 30 000 Lituruoho 25 000 Hiiri 21 000-26 000 Ihminen 21 000 26 000 Seeprakala 20 000 Sukkulamato 19 000 Banaanikärpänen 13 000 Hiiva 5 900 18

ENCODE projekti (2012) Ihmisen genomissa proteiineja koodaavia geenejä 20 687 Tämän lisäksi 8800 lyhyitä ja 9640 pitkiä ei-koodaavia RNA-molekyylejä koodaavaa aluetta >80% genomista toiminnallista 19

Eri soluissa on samat geenit, ilmentyminen määrää fenotyypin Kussakin solutyypissä ilmentyy vain osa genomin sisältämistä geeneistä. Osa on kullekin solutyypille ominaisia, osa kaikille soluille yhteisiä. Erilaistuneissa soluissa osa geeneistä on hiljennetty epigeneettisin mekanismein, jotka säätelevät esim. DNA:n pakkautumista. Epigeneettinen säätely periytyy tytärsoluille. (Duodecim Terveyskirjasto) 20

TRANSKRIPTIO 21

Transkriptiossa DNA:n informaatio kopiodaan RNA:han RNA-nukleotidit valitaan muodostamalla emäspareja templaatin DNA-nukleotidien kanssa Tymiinin tilalla RNA:ssa urasiili Figure 6-7 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 22

Lähetti-RNA välittää DNA-tiedon proteiinisynteesiin 23

Geenien ilmentyminen Figure 6-21b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 24

Lähetti-RNA:n muokkaus ja ilmentymisen säätely (eukaryootit) Geenin ilmentymistä säätelevät geeniaktivaattorit (transkriptiotekijät), jotka käynnistävät transkription. Intronit poistetaan RNA-kopiosta silmukoimalla. Vaihtoehtoisella silmukoinnilla voidaan tuottaa erilaisia lähetti-rna-molekyylejä -> erilaiset proteiinituotteet Mikro-RNA molekyylit estävät toisten geenien ilmentymistä mirna Figure 6-21a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 25

Transkription aloitus Aktivaattorit sitoutuvat säätelyalueille Mediaattori välittää tiedon transkription aloituskoneistolle DNA:n pakkausta pitää löyhentää (histoniasetylaasit ja muut histoneja muokkaavat entsyymit, kromatiininmuokkauskompleksit Aktivointiin voivat vaikuttaa esim. solun energiatila tai solun ulkopuoliset viestit (esim. hormonit) Figure 6-19 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

PERIMÄN MUUNTUMINEN 27

Miten perimä muuntuu ja miten sitä pyritään estämään DNA:n kahdentumisessa syntyy virheitä DNA:han tulee vaurioita sekä elimistön oman toiminnan että ympäristön vaikutuksesta vesimolekyylien liike aineenvaihduntatuotteet mutageenit säteily Vain n. 1/1000 vauriosta johtaa pysyvään muutokseen. DNA:n korjausmekanismit pyrkivät korjaamaan muutokset 28

Replikaatiovirheiden korjaus Virheitä / genomi 10 4 10 2 10 0 DNA-polymeraasi tarkistaa jälkensä : 3 5 eksonukleaasiaktiivisuus Jonkin aikaa replikaation jälkeen voidaan yhteensopimattomista emäksistä päätellä kumpi on uusi (= virheellinen) ja vaihtaa se oikeaan Table 5-1 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

Esimerkki: UV-säteily aiheuttaa vierekkäisten emästen välille virheellisiä sidoksia Virheellinen sidos aiheuttaa mutkan kaksoiskierteen rakenteessa Mutka tunnistetaan juoste katkaistaan vauriokohdan molemmin puolin ja aukko täytetään (nukleotidienpoistokorjaus) 30

DNA:han kuulumattomat rakenteet voidaan tunnistaa Figures 5-48a and 5-50a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

Mutta: Metyylisytosiinista tulee tymiini Noin 1/3 tauteja aiheuttavista pistemutaatioista on tämän mekanismin kautta syntyneitä Geenien aktiivisuutta säädellään mm. metyloimalla sytosiineja eukaryoottien DNA:ssa paljon metyylisytosiineja Deaminaation seurauksena metyylisytosiinista syntyy tymiini, joka on DNA:n luonnollinen emäs Korjausmekanismi ei tiedä kumpi emäs syntyneestä G- T parista pitäisi korjata voidaan korjata joko G-C (alkuperäinen) tai A-T (mutaatio) Figure 5-50b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

Virheiden vaikutus Pistemutaatio eksonissa Muutokset aminohapposekvenssissä Uusi lopetuskodoni -> lyhentynyt proteiini Hiljaiset mutaatiot: aminohapposekvenssi ei muutu Pistemutaatio intronissa: eksoni-intronirajojen muutokset proteiinirakenteen muutos Säätelyalueiden mutaatiot (voivat olla myös introneissa) muutokset geenin ilmentymisessä Insertiot ja deleetiot aminohappojärjestys muuttuu toimimaton tuote (yl.) geenituotteen puute 33

Mutaatioiden merkitys Evoluutio uusia alleeleja (ABOveriryhmäantigeenit) ja uusia ominaisuuksia (lajiutuminen) Hyödyllisiä ominaisuuksia laktoosin sieto! Mutta myös sairauksia Perinnölliset taudit (mutaatiot sukusoluissa) Somaattisten solujen mutaatiot -> syöpä Suomalainen tautiperintö: meillä yleisiä peittyvästi periytyviä mutaatioita Korjausmekanismien virheet aiheuttavat perinnöllisen syöpäalttiuden (esim. Xeroderma pigmentosum)

Syövän kehittyminen Solun muuttuminen pahanlaatuiseksi vaatii useiden uusien ominaisuuksien kehittymistä ja useiden mutaatioiden kertymistä samaan soluun. Siksi syövän yleisyys lisääntyy väestön vanhetessa. Hanahan D, Weinberg RA: Hallmarks of Cancer: The Next Generation Cell 144(5), 2011, 646 674 35