Genomin ylläpito TIINA IMMONEN MEDICUM BIOKEMIA JA KEHITYSBIOLOGIA

Samankaltaiset tiedostot
Genomin ylläpito Tiina Immonen BLL Lääke8eteellinen biokemia ja kehitysbiologia

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

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

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

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

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

DNA RNA proteiinit transkriptio prosessointi translaatio regulaatio

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

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

Perinnöllisyyden perusteita

Perinnöllisyyden perusteita

DNA:n informaation kulku, koostumus

Solun tuman rakenne ja toiminta. Pertti Panula Biolääketieteen laitos 2012

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

Sukunimi Etunimet Tehtävä 3 Pisteet / 20

465 E MOLEKYYLIBIOLOGIAA

Bioteknologian perustyökaluja

DNA (deoksiribonukleiinihappo)

DNA (deoksiribonukleiinihappo)

Solu - perusteet. Enni Kaltiainen

Genomin ilmentyminen Liisa Kauppi, Genomibiologian tutkimusohjelma

Francis Crick ja James D. Watson

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

SÄTEILYN TERVEYSVAIKUTUKSET

måndag 10 februari 14 Jaana Ohtonen Kielikoulu/Språkskolan Haparanda

Perinnöllisyystieteen perusteita III Perinnöllisyystieteen perusteita

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

VASTAUS 1: Yhdistä oikein

II Genetiikka 4.(3) Nukleiinihapot

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

Euromit2014-konferenssin tausta-aineistoa Tuottaja Tampereen yliopiston viestintä

Genomin ilmentyminen

Etunimi: Henkilötunnus:

DNA > RNA > Proteiinit

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

Perinnöllisyys. Enni Kaltiainen

"Geenin toiminnan säätely" Moniste sivu 13

GEENITEKNIIKAN PERUSASIOITA

SÄTEILY JA SOLU. Riitta Mustonen ja Aki Salo

Syövän synty. Esisyöpägeenit (proto-onkogeenit)

Bioteknologian tutkinto-ohjelma Valintakoe Tehtävä 3 Pisteet / 30

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

? LUCA (Last universal common ancestor) 3.5 miljardia v.

Perinnöllisyys 2. Enni Kaltiainen

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

Biologian tehtävien vastaukset ja selitykset

ENTSYYMIKATA- LYYSIN PERUSTEET (dos. Tuomas Haltia)

Anatomia ja fysiologia 1 Peruselintoiminnat

Tuma, solusykli ja mitoosi/heikki Hervonen 2012/Biolääketieteen laitos/anatomia Solubiologia ja peruskudokset-jakso

DNA-testit. sukututkimuksessa Keravan kirjasto Paula Päivinen

Vanilliini (karbonyyliyhdiste) Etikkahappo (karboksyyliyhdiste)

VALINTAKOE 2014 Terveyden biotieteiden koulutusohjelmat/ty ja ISY

Tuma. Tuma 2. Tuma 3. Tuma 1. Hemopoiesis. solun kasvaessa tuma kasvaa DNA:n moninkertaistuminen jättisolut

BIOLOGIAN OSIO (45 p.)

BIOLOGIAN OSIO (45 p.)

BIOLOGIAN OSIO (45 p.)

DNA RNA proteiinit transkriptio prosessointi translaatio regulaatio

HOX. Esimerkki geeniperheestä: HOX

Solun tutkiminen. - Geenitekniikka

PCR - tekniikka elintarvikeanalytiikassa

Solubiologia ja peruskudokset/ Biolääketieteen laitos/ Anatomia TUMA JA SOLUSYKLI HEIKKI HERVONEN

SIKIÖDIAGNOSTIIKKA SUOMESSA

Geenitekniikan perusmenetelmät

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

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

6.4. Genomin koon evoluutio Genomin koko vaihtelee

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

BI4 IHMISEN BIOLOGIA

DNA RNA proteiinit transkriptio prosessointi translaatio regulaatio

Geenisakset (CRISPR)- Geeniterapian vallankumousko? BMOL Juha Partanen

2.1 Solun rakenne - Lisämateriaalit

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

LUENTO 3 Kyösti Ryynänen Seutuviikko 2014, Jämsä

9/30/2013. GMO analytiikka. Termistöä. Markkinoilla olevien GM kasvien ominaisuuksia

- Jakautuvat kahteen selvästi erottuvaan luokkaan,

Populaatiosimulaattori. Petteri Hintsanen HIIT perustutkimusyksikkö Helsingin yliopisto

Solujen viestintäjärjestelmät. Katri Koli, Solu- ja molekyylibiologian dosentti Helsingin Yliopisto

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

LIIKUNNAN JA HERA- TAI PROTEIINIJUOMADIEETIN VAIKUTUKSET SIRTUIINIEN 1-7 ILMENTYMISEEN LCR- ROTTIEN RAAJALIHAKSESSA

Perimä on DNA:ta. DNA koodaa proteiineja Osa geeneistä on ns. RNA-geenejä. Ihmisen perimä. Periytymisen molekyylitason mekanismit

Biomolekyylit 2. Nukleotidit, aminohapot ja proteiinit

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

HPV-infektion ja kohdunkaulan syövän esiasteiden luonnollinen kulku

MYKOPLASMA- WORKSHOP!

Säteilyvaikutuksen synty. Erikoistuvien lääkärien päivät Kuopio

Essential Cell Biology

E. colin auksotrofiset mutantit

The Plant Cell / Sytoskeleton

Miten letaalialleeleita käsitellään Drosophilalla? Välttämätön taito esimerkiksi alkionkehityksen alkuvaiheiden selvittämisessä

Drosophila on kehitysgenetiikan mallilaji nro 1

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

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

Oksidatiivinen fosforylaatio = ATP:n tuotto NADH:lta ja FADH2:lta hapelle tapahtuvan elektroninsiirron ja ATP-syntaasin avulla

Miten on mahdollista, että meillä on vasta-aineet (antibodit) aivan kaikkea mahdollista sisääntunkeutuvaa vierasmateriaalia vastaan?

Biotieteiden perusteet farmasiassa, syksy 2017

Mutaatiot ovat muutoksia perimässä

PERINNÖLLISET TEKIJÄT JA NIIDEN MERKITYS RINTASYÖPÄSAIRASTUMISESSA. Robert Winqvist. SyöpägeneCikan ja tuumoribiologian professori Oulun yliopisto

PROTEIINIEN MUOKKAUS JA KULJETUS

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

Transkriptio:

Genomin ylläpito 5.12.2017 TIINA IMMONEN MEDICUM BIOKEMIA JA KEHITYSBIOLOGIA

Luennon sisältö Tuman kromosomien rakenne ja pakkautuminen Pakkautumisen säätely: histonien modifikaatiot DNA:n kahdentuminen eli replikaatio Replikaatiovirheiden ja DNA-vaurioiden korjaus DNA-katkosten korjaus ja sen rooli genomin muuntumisessa

Kromosomien rakenne ja pakkautuminen

Ihmisen perimä Genomi = tuman + mitokondrioiden DNA Diploidin solun tumassa 22 autosomaalista kromosomiparia 2 sukukromosomia 2 x 3 x 10 9 emäsparia Mitokondriossa n. 16,5 x 10 3 emäsparia Figure 4-11 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

Kromosomi koostuu emäsparien muodostamasta DNA-kaksoiskierteestä

Tumassa on DNA:ta noin 1,8 m DNA-rihma pitää pakata tiiviisti. Pakkaamisessa auttavat siihen kiinnittyneet histoniproteiinit, jotka neutraloivat DNAkaksoiskierteen negatiivisen varauksen Ennen solunjakautumista kromatiini (DNA + proteiinit) on kiertynyt kaikkein tiiveimmin (n. 15000x)

Kromatiinin pakkautumista auttavat proteiinit Histonioktameeri + sen ympärille kiertynyt DNA + H1 = nukleosomi Histonit positiivisesti varautuneita

Histonihäntien kovalenttiset modifikaatiot Lysiinit (K) voivat asetyloitua tai metyloitua Seriinit (S) voivat fosforyloitua

Asetylaatio poistaa positiivisen varauksen, metylaatio stabiloi sitä Asetylaatio heikentää histonien positiivista varausta - > heikentää histonien ja DNA-rihman välistä vetovoimaa -> löyhentää pakkausta ja helpottaa DNA:n luentaa Metylaatio stabiloi histonien positiivista varausta ja ylläpitää histonien ja DNA-rihman välistä sähköistä vuorovaikutusta -> ylläpitää pakkausta -> vaikeuttaa DNA:n luentaa

Seriinien fosforylaatio lisää negatiivisen varauksen Löyhentää pakkausta (neg. DNArihman ja histonihäntien välinen sähköinen hyljintä) - helpottaa DNA:n informaation lukemista ja geenien ilmentymistä

DNA:n pakkautuminen säätelee sen aktiivisuutta Eukromatiini sisältää kromosomialueita joista geenien luenta l. ilmentyminen on mahdollista Heterokromatiini on erityisen tiukkaan pakkautunutta kromatiinia. Se ei sisällä aktiivisia geenialueita.

Geenit sijaitsevat kromosomeissa Kahdentunut kromosomi ennen solunjakautumista

DNA:n kahdentuminen eli replikaatio

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

Tumakromosomien replikaatio Kussakin kromosomissa on useita replikaation aloituskohtia Replikaatio etenee aloituskohdista kahteen suuntaan, jolloin muodostu 2 replikaatiohaarukkaa Replikaatio jatkuu kunnes replikaatiohaarukat yhtyvät toisiinsa ja saavuttavat myös kromosomin päät Replikaatiohaarukassa replikaation etenemissuunta on toisen juosteen kopioinnissa sama kuin DNA-synteesin suunta, mutta toisessa juosteessa sille vastakkainen Figure 4-21 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

Tuma-DNA replikoituu tasan kerran solusyklin aikana Valmistautuminen (G1-vaihe): ORC eli kromosomissa olevan replikaation aloituskohdan tunnistava proteiinikompleksi kiinnittyy aloituskohtaan ORC houkuttelee paikalle muita replikaatioon tarvittavia proteiineja, jolloin muodostuu prereplikatiivinen kompleksi S-vaiheessa tuman sykliiniriippuvaiset kinaasit aktivoituvat pre-replikatiivinen kompleksi hajoaa,helikaasit ja ORC fosforyloituvat, replikaatio alkaa Pre-replikatiivinen kompleksi voi muodostua uudestaan vasta solunjakautumisen jälkeen kun ORC defosforyloituu G1-vaiheessa

Replikaation tärkein entsyymi on DNA-polymeraasi II Osaa tehdä uutta DNA-juostetta vain 5 3 Osaa liittää nukleotidin (datp, dgtp, dttp, dctp) pariutuneen juosteen vapaaseen 3 -OH-ryhmään Ei osaa aloittaa synteesiä

Replikaatio ja replikaatiokoneisto Figure 5-19a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

Histonit purkautuvat replikaatiohaarukan edessä ja kootaan uudestaan sen takana

Pakkautuminen säilyy solunjakautumisessa

Kromosomien päissä on telomeerit Kromosomien päissä on repetitiivistä sekvenssiä sisältävät telomeerit geenit eivät siis ulotu päähän asti

Telomeraasi-entsyymi kantaa mukanaan aluketta ja pidentää replikaatiossa lyheneviä päitä

DNA:n korjausmekanismit

Replikaatiovirheet ja niiden korjaus DNA-polymeraasi tekee n. 1000 virhettä / genomi Korjausten jälkeen jää n. 1/replikaatio/ genomi Table 5-1 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

DNA-polymeraasi poistaa itse väärin liitetyn nukleotidin DNA-polymeraasissa on 3-5 eksonukleaasi-aktiivisuus: editointitasku poistaa heti väärän nukleotidin, sillä muuten seuraavan nukleotidin liittäminen vaikeutuu. Väärä nukleotidi tunnistetaan, sillä se ei pariudu vastinemäksen kanssa riittävän tiukasti.

Spontaanit DNA-vauriot: muutokset emäksissä depurinaatio Hydrolyysi voi aiheuttaa emäksen irtoamisen (depurinaatio) tai deaminaation Hallitsematon metylaatio Oksidatiiviset vauriot deaminaatio Figure 5-44 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) depurinaatio

Emäsvauriot on yleensä helppo tunnistaa Esimerkiksi deaminaation seurauksena DNA:n normaalien emästen paikalle syntyy poikkeavia rakenteita

DNA:lle vieraiden emäsrakenteiden ja puuttuvien emästen korjaus EMÄKSENPOISTOKORJAUS VAIHEET 1. Glykosylaasi poistaa virheellisen emäksen 2. Sokerifosfaattitukirangan katkaisu ja sokerifosfaatin poisto endonukleaasilla ja fosfodiesteraasilla 3. DNA polymeraasi lisää uuden nukleotidin 4. Ligaasi sulkee sokerifosfaattiketjun Korjaus kohdistuu siis vain yhteen nukleotidiin Mekanismi osaa korjata myös emäksen irtoamisesta johtuvat vauriot Figures 5-48a and 5-50a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

Strand-directed mismatchrepair Jonkin aikaa replikaation jälkeen on mahdollista erottaa, kumpi kaksoiskierteen juosteista on uusi Kun korjausentsyymit löytävät väärin pariutuneet emäkset, korjataan uuden juosteen nukleotidi Muuten korjaus olisi sattumanvaraista ja 50% korjauksista johtaisi mutaatioon (alkuperäisen emäsparin vaihtumiseen) koska korjauskoneisto ei enää tiedä kumpi emäksistä on väärä

Tehoton korjaus johtaa mutaatioihin Geenien aktiivisuutta säädellään mm. metyloimalla sytosiineja: DNA:ssa on paljon metyylisytosiineja 5-metyylisytosiinin deaminaatiossa syntyy tymiini Alkuperäinen G- m5 C pari muuttuu G-T kumpikaan juoste ei uusi korjaus sattumanvaraista tuloksena joko G-C tai A-T n. 1/3 tunnetuista yhden emäksen laajuisista tautimutaatioista syntynyt tällä tavalla Figure 5-50b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

UV-säteily aiheuttaa kovalenttisia sidoksia vierekkäisten emästen välillä NUKLEOTIDIENPOISTOKORJAUS VAIHEET Pyrimidiini-dimeeri (vierekkäisten CC, CT, tai TT emästen välinen kovalenttinen sidos) aiheuttaa mutkan, joka tunnistetaan 1. Nukleaasi katkaisee sokerifosfaattirungon mutkan molemmin puolin 2. Helikaasi irroittaa katkaistun oligonukleotidin 3. Polymeraasi ja ligaasi täyttävät aukon Figure 5-48 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

DNA-katkokset: Ennen solunjakautumista kaikkien kromosomien pitää kiinnittyä tumasukkulaan Katkosten aiheuttajia: Ionisoiva säteily Replikaatiovirheet Hapettimet ja muut metaboliatuotteet Jos katkenneessa kromosomin palassa ei ole sentromeeriä, se häviää seuraavassa solunjakautumisessa Figure 17-14 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

DNA-katkosten korjaus: kaksi tapaa Hätäkorjaus ihmisellä yleinen Mitoosissa sisarkromatidien välillä kun DNA kahdentunut Figure 5-51 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

Katkosten korjaus genomin monimuotoisuuden aiheuttajana

Epähomologinen yhdistäminen vasta-aineiden tuotannossa Epähomologista päiden yhdistämistä käytetään myös vasta-aineita tuottavien immuunijärjestelmän solujen genomin uudelleenjärjestelyissä. Kromosomit katkaistaan, jolloin korjauksessa syntyy uusia vastaaineiden variaabelialueita koodaavia nukleotidijärjestyksiä.

Homologinen rekombinaatio sukusolujen meioosissa HOMOLOGINEN REKOMBINAATIO VASTINKROMOSOMIEN VÄLILLÄ EMÄSJÄRJESTYS KOPIOIDAAN EPÄIDENTTISESTÄ TEMPLAATISTA Meioosissa kahdentuneet vastinkromosomit asettuvat vierekkäin jakotasoon Vastinkromosomien välillä voi tapahtua nk. crossing over, jolloin homologinen rekombinaatio tapahtuu epäidenttisten vastinkromosomien juosteiden välillä Tästä aiheutuu muutoksia kromatidien emäsjärjestykseen

Voi johtaa kromosomien päiden vaihtumiseen (crossing over) tai joidenkin alleelien välisten erojen kopiointiin (gene conversion)