Genomin ylläpito 14.1.2014 Tiina Immonen BLL Lääke8eteellinen biokemia ja kehitysbiologia
Luennon sisältö DNA:n kahdentuminen eli replikaa8o DNA:n korjausmekanismit Replikaa8ovirheiden korjaus Emäksenpoistokorjaus Nukleo8dienpoistokorjaus DNA- katkosten korjaus ja telomeerit MeiooKnen rekombinaa8o, crossing over ja geenikonversio Mutaa8oiden merkitys
DNA:N KAHDENTUMINEN ELI REPLIKAATIO
Ihmisen perimässä on kolme miljardia emäsparia Haploidi: 23 kromosomia Diploidi: 2 x 23 = 46 kromosomia Genomi Tuman + mitokondrioiden DNA Suppeammin: Haploidi (tuman) kromosomisto vrt. genomin selviwäminen, genomin koko Figure 4-11 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Tuman kromosomit kahdentuvat ennen mitoosia Figure 17-4 + fig. from ch. 17, 5 and 4 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
DNA:n rakenne Vas8njuosteet aina vastakkaissuuntaiset Emäsparit: A- T, G- C nukleo8di: fosfaak, sokeri (= deoksiriboosi) ja emäs (A, C, G, T)
DNA:n kahdentumisen tärkein entsyymi on DNA- polymeraasi II uusi deoksiribonukleo8di (esim ATP, GTP) liitetään templaa8n kanssa pariutuneen nukleo8din vapaaseen 3 - OH- ryhmään DNA- pol II osaa tehdä uuwa DNA- juostewa vain 5 3 suuntaan DNA- pol II tarvitsee alukkeen (ei pysty aloiwamaan tyhjästä)
Kromosomien replikaa8o Kussakin kromosomissa on useita replikaa8on aloituskoh8a Replikaa8o etenee kustakin aloituskohdasta kahteen suuntaan, jolloin muodostu 2 replikaa8ohaarukkaa Replikaa8o jatkuu kunnes replikaa8ohaarukat yhtyvät toisiinsa ja saavuwavat myös kromosomin päät Replikaa8ohaarukassa replikaa8on etenemissuunta on toisen juosteen kopioinnissa sama kuin DNA- synteesin suunta, muwa toisessa juosteessa sille vastakkainen Figure 4-21 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Replikaa8o ja replikaa8okoneisto Figure 5-19a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Tuman DNA replikoituu tasan kerran solusyklin aikana: valmistautuminen G1 vaiheessa DNA:n replikaa8on aloituskohdissa (origin) on kiinniwyneenä proteiinikompleksi ORC FosforyloitumaWomaan ORC- kompleksiin liiwyvät replikaa8ota estävät Cdc6 ja Cdt1 sekä helikaasit ORC+Cdc6+Cdt1+ helikaasi = prereplika8ivinen kompleksi Figure 5-36 (part 1 of 3) Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Replikaa8o alkaa S- vaiheessa Cdk- kinaasit ak8voituvat pre- replika8ivinen kompleksi hajoaa ORC fosforyloituu defosforyloituu vasta G1- vaiheessa prereplika8ivinen kompleksi voi muodostua vasta seuraavassa G1- vaiheessa Cyclin- dependent kinase : kinaasi jonka ak8ivisuus riippuu solusyklin vaiheesta Figure 5-36 (part 2 of 3) Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
DNA:N KORJAUSMEKANISMIT
Replikaa8ovirheiden korjaus Virheitä / genomi 10 4 10 2 10 0 DNA- polymeraasi tarkistaa jälkensä : 3 5 eksonukleaasiak8ivisuus Jonkin aikaa replikaa8on jälkeen voidaan yhteensopimawomista emäksistä päätellä kumpi on uusi (= virheellinen) ja vaihtaa se oikeaan Table 5-1 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
DNA- polymeraasi poistaa itse väärin liitetyn nukleo8din DNA- polymeraasissa on myös 3-5 eksonukleaasi- ak8ivisuus: editoin8tasku poistaa he8 väärän nukleo8din, sillä muuten seuraavan nukleo8din liiwäminen vaikeutuu
Strand- directed mismatch- repair Jonkin aikaa replikaa8on jälkeen on mahdollista erowaa, 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 nukleo8di: muuten korjaus olisi sawumanvaraista ja 50% korjauksista johtaisi mutaa8oon (alkuperäisen emäsparin vaihtumiseen)
Spontaanit DNA- vauriot: muutokset emäksissä depurinaatio deaminaatio depurinaatio Hydrolyysi voi aiheuwaa emäksen irtoamisen (depurinaa8o) tai deaminaa8on Hallitsematon metylaa8o Oksida8iviset vauriot Figure 5-44 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Emäksenpoistokorjaus DNA:lle vieraiden emäsrakenteiden ja puuwuvien emästen korjaus Figures 5-48a and 5-50a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Metyylisytosiinista tulee tymiini Geenien ak8ivisuuwa säädellään mm. metyloimalla sytosiineja DNA:ssa paljon metyylisytosiineja 5- metyylisytosiinin deaminaa8o tymiini: DNA:N LUONNOLLINEN EMÄS Syntyneen G- T parin korjaus tehotonta replikaa8ossa toiseen tytärjuosteeseen A- T N. 1/3 tunnetuista yhden emäksen tau8mutaa8oista! Figure 5-50b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
UV- säteily aiheuwaa vierekkäisten emästen kovalenksia sidoksia Emästen välinen sidos aiheuaaa mutkan DNA:ssa NukleoCdipoistokorjaus leikkaa koko vioiauneen alueen pois Figure 5-48 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Ennen solunjakautumista kaikkien kromosomien pitää kiinniwyä tumasukkulaan Figure 17-14 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) DNA- molekyylit voivat katketa Ionisoiva säteily Replikaa8ovirheet HapeKmet ja muut metaboliatuoweet Jos palassa ei ole sentromeeriä, se häviää seuraavassa solunjakautumisessa
Figure 5-51 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) DNA- katkokset
Replikaa8on jälkeen: homologinen rekombinaa8o Figure 5-59 (part 1 of 2) Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Miksei kromosomeja liitetä yhteen? Figure 5-34 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Telomeerit Replikaa8ossa laahaava juoste lyhenee 5 - päästään sillä viimeistä RNA- alukewa ei voida korvata DNA:lla Telomeraasi pidentää yksijuosteista 3 päätä toistojaksoilla Kromosomin päässä erityinen telomeerirakenne: toistojaksot, T- loop ja proteiineja Figure 5-41 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
GENOMIN VARIAATIO: MEIOOTTINEN REKOMBINAATIO
Meioosin aikana isältä ja äidiltä saadut vas8nkromosomit asewuvat vierekkäin Maternaalisten ja paternaalisten kroma8dien emäsjärjestys ei ole idenknen (alleelierot), toisin kuin sisarkroma8dien välillä Figure 17-48 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
MeiooKnen rekombinaa8o luo uusia alleeliyhdistelmiä Rekombinaa8o vas8nkromosomien välillä: emäsjärjestys ei ole idenknen kopioin8 epäidenksestä templaa8sta Tuloksena joko vas8nkromosomien sekvenssien vaihtuminen risteyskohdasta kromosomin päähän as8 (crossing over) tai vain lyhyeltä matkalta (gene conversion) Figure 5-64 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
MeiooKnen rekombinaa8o s u k u sol u t Figure 5-63 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Figure 5-66 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Mutaa8oiden merkitys Evoluu8o uusia alleeleja ja uusia ominaisuuksia (ABO- veriryhmäan8geenit) MuWa myös sairauksia C- T yleisin yksiwäinen tau8mutaa8o Xeroderma pigmentosum korjausmekanismien virheistä