Muuttumaton genomi? Genomin ylläpito SNP 14.1.2013 Tiina Immonen Biolääketieteen laitos Biokemia ja kehitysbiologia Jakson luennot Mitä on genomilääketiede? Dan Lindholm Genomin ylläpito Tiina Immonen Genomin ilmentyminen Liisa Kauppi The life and death of proteins Marc Baumann Genomi-ilmentymisen säätely Samuel Myllykangas Genomin leimautuminen Tiina Immonen Solukuolema Juha Klefström Mitokondrio-DNA ja mitokondriotaudit Anu Wartiovaara Signaalireitit Juha Klefström Cell cycle regulation Emmy Verschuren Syöpäsolun molekyylibiologia Juha Klefström Lääketieteellinen systeemibiologia Sampsa Hautaniemi Luennon sisältö Genomin ylläpito DNA:n kahdentuminen eli replikaatio Replikaatiossa tapahtuvien virheiden korjaus DNA-vaurioiden korjaus Kromosomien päiden ylläpito Genomin muuntuminen Ihmisellä 3.2 x 10 9 nukleotidia on jakautunut 23 kromosomiin DNA:N KAHDENTUMINEN ELI REPLIKAATIO Haploidi: 23 kromosomia Diploidi: 2 x 23 = 46 kromosomia Genomi Tuman + mitokondrioiden DNA Suppeammin: Haploidi (tuman) kromosomisto vrt. genomin selvittäminen, genomin koko Figure 4-11 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 1
Tuman kromosomit kahdentuvat ennen mitoosia Perimä siirtyy muuttumattomana tytärsoluille vai siirtyykö? Geenivirheet periytyvät ja somaattiset Meioottinen jakautuminen sukusoluissa tekijöiden vaihto Tuma-DNA replikoituu tasan kerran solusyklin aikana: G1 vaihe ORC rekrytoi replikaation aloituskohtaan replikaatiota estävät proteiinikompleksit ja kaksoiskierrettä avaavan helikaasin HUOM. ORC ei ole fosforyloitunut (Cdkkinaasit inaktiivisia) Figure 5-30 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 5-36 (part 1 of 3) Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Tuma-DNA replikoituu tasan kerran solusyklin aikana: S- vaihe Cdk-kinaasit aktivoituvat pre-replikatiivinen kompleksi hajoaa ORC fosforyloituu prereplikatiivinen kompleksi ei pysty muodostumaan uudestaan samassa syklissä Cyclin-dependent kinase : kinaasi jonka aktiivisuus riippuu solusyklin vaiheesta Figure 5-36 (part 2 of 3) Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Kahdentuminen on semikonservatiivista Emäspariutuminen (A-T, G-C) johtaa siihen, että kopioituva juoste on identtinen templaatin alkuperäisen vastinjuosteen kanssa Uuden juosteen suunta vastakkainen templaatille Replikaatio etenee aloituskohdista kahteen suuntaan DNA:n replikaatio Figure 5-19a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 2
Replikaatiovirheiden korjaus strand-dircted mismatch repair Emäksenpoistokorjaus Nukleotidinpoistokorjaus Katkosten korjaus DNA:N KORJAUSMEKANISMIT DNA-polymeraasi tarkistaa jälkensä : 3 5 eksonukleaasiaktiivisuus Jonkin aikaa replikaation jälkeen voidaan yhteensopimattomista emäksistä päätellä kumpi on uusi (= virheellinen) ja vaihtaa se oikeaan Virheitä / genomi 10 4 10 2 10 0 Table 5-1 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Strand-directed mismatch-repair Spontaanit DNA-vauriot Jonkin aikaa replikaation jälkeen on mahdollista erottaa, kumpi kaksoiskierteen juosteista on uusi Perustuu juosteeseen jääviin katkoksiin (nick s) Laahaavassa juosteessa mekanismi tunnetaan, johtavan juosteen osalta vain hypoteesi Kun korjausentsyymit löytävät väärin pariutuneet emäkset, korjataan uuden juosteen nukleotidi: muuten korjaus olisi sattumanvaraista ja 50% korjauksista johtaisi mutaatioon (alkuperäisen emäsparin vaihtumiseen) depurinaatio deaminaatio depurinaatio Hydrolyysi voi aiheuttaa emäksen irtoamisen (depurinaatio) tai deaminaation Hallitsematon metylaatio Oksidatiiviset vauriot Figure 5-44 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Emäksenpoistokorjaus Depurinaation seurauksena puuttuvat emäkset Deaminaation tuloksena syntyneet väärät emäkset Tehoton korjaus johtaa muutoksiin geneettisessä koodissa Geenien aktiivisuutta säädellään mm. metyloimalla sytosiineja DNA:ssa paljon metyylisytosiineja 5-metyylisytosiinin deaminaatio tymiini Syntyneen G-T parin korjaus tehotonta replikaatiossa toiseen tytärjuosteeseen A-T N. 1/3 tunnetuista yhden emäksen tautimutaatioista! Figures 5-48a and 5-50a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 5-50b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 3
Säteilyvauriot: tymidiinidimeerit mutka DNA:ssa UV-säteily Figure 5-48b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 5-48 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) DNA-katkokset Miksei kromosomeja liitetä yhteen? Somaattisissa soluissa yleinen korjaus DNA-katkosten aiheuttajia Ionisoiva säteily Replikaatiovirheet Hapettimet Muut metaboliatuotteet Tärkeintä on saada katkenneet palat talteen (jos palassa ei ole sentromeeriä, se häviää seuraavassa solunjakautumisessa) Figure 5-51 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 5-34 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Replikaatiossa laahaava juoste lyhenee 5 - päästään sillä viimeistä RNA-aluketta ei voida korvata DNA:lla Telomeraasi pidentää yksijuosteista 3 päätä toistojaksoilla Kromosomin päässä erityinen telomeerirakenne: toistojaksot, T-loop ja proteiineja Telomeerit Replikaation jälkeen: homologinen rekombinaatio Figure 5-41 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 5-59 (part 1 of 2) Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 4
DNA:n hybridisaatio parin löytäminen! DNA-katkosten homologisessä korjauksessa sisarkromatidien välillä Jos A=B=C..(DNA-toistojaksot) homologinen pariutuminen voi tapahtua juoponnappiin GENOMIN VARIAATIO: MEIOOTTINEN REKOMBINAATIO Meioottinen rekombinaatio mahdollistaa tekijöiden vaihdon Rekombinaatio vastinkromosomien välillä: emäsjärjestys ei ole identtinen kopiointi epäidenttisestä templaatista Tuloksena joko vastinkromosomien sekvenssien vaihtuminen risteyskohdasta kromosomin päähän asti (crossing over) tai vain lyhyeltä matkalta (gene conversion) Meioottinen rekombinaatio s u k u s o l u t Figure 5-64 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 5-63 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 5-66 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 5
Haplotyyppi = haploidi genotyyppi Yksilöllisen genotyypin (haplotyypin) selvittämisellä voi olla merkitystä sairauksien hoidolle Emäskoodin muutokset ja evoluutio Sukusolulinjassa tapahtuvat mutaatiot periytyvät evoluutiokello Somaattisissa soluissa tapahtuvat muutokset solun toiminnan muutokset syöpä Figure 4-75 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 6