DNA-Reparatur und Mutagenese-2 (Ulrich)
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DNA-Schäden UV-Strahlung Absorptionsmaximum der Basen nicht abschirmbar Konsequenzen: Pyrimidin-Dimere (T-T, C-T, C-C) O H O N O O H H N O N H N N N O N N O O O H O N O cis-syn-(T-T)-Cyclobutan-Dimer O H O N N H N H N O O N N N O O H OH N O T(6-4)T-Photoprodukt Störung der helikalen Struktur N N N O DNA-Schäden ionisierende Strahlung (g-, Röntgenstrahlung) Gefahr von g- und Röntgenstrahlen: Folgereaktionen: Ionisierung von Wasser H2O+ + H20 –> .OH + H3O+ . OH + .OH <–> H2O2 eaq- + O2 –> O22 O2- + 2 H+ –> O2 + H2O2 H2O –> H20+ + e(Hydroxyl-Radikal) (Peroxid) (Superoxid) (Peroxid) ==> reaktive Sauerstoff-Spezies 1. Basenschäden oxidative Schäden 2. Strangbrüche - Einzelstrangbrüche - Doppelstrangbrüche (durch Angriff am Zucker, Ringspaltung und Eliminierung) DNA-Schäden durch Chemikalien und spontan (hydrolysis) hydrolysis DNA-Schäden spontan Desaminierung: Hydrolyse der exocyclischen Amino-Gruppen unnatürliche Base –> wird als Schaden erkannt G U natürliche Base –> wird als Fehlpaarung erkannt G T Depurinierung: Hydrolyse der glycosidischen Bindung (Base-Zucker) - passiert auch bei Pyrimidinen C apurinische Stelle –> Verlust der genetischen Information DNA-Schäden spontan/Chemikalien/Strahlung Oxidation: Angriff der Doppelbindungen durch reaktive Sauerstoff-Spezies (O2-, .OH, H2O2) Verlust der Planarität z.B.: 8-oxo-7,8-dihydro-Guanin (oxoG), verursacht Mutationen durch Paarung mit A Thymin-Glycol, blockiert die Replikation DNA-Schäden Chemikalien Alkylierung/Adduktbildung: Modifizierung der N- und O-Gruppen Veränderung der Paarungseigenschaften Störung der helikalen Struktur endogene Agenzien: S-Adenosyl-Methionin O exogene Agenzien: mono-funktionell: z.B. Ethyl-Methansulfonat (ethyliert): EMS Cl bi-funktionell: Cl Cl vergleichbar: cis-Platin (cis-Pt) NH2 S O Cl S z.B. Senfgas Stickstoff-Yperit Mitomycin C O N Cl CH3 Pt Cl NH2 Strang-Vernetzungen („cross-links“) CH3 DNA-Schäden Chemikalien Strangbrüche: clastogene Agenzien / Radiomimetika z.B. Bleomycin (wirkt durch Radikalbildung) DNA-Schäden Chemikalien Basen-Analoga: werden anstelle der normalen Nucleotide in die DNA eingebaut z.B. 5-Bromo-Uracil Fehlpaarung mit G Interkalatoren: Einlagerung zwischen den Basenpaaren z.B. Ethidiumbromid Leserastermutationen Br- Kombination: Interkalation und Modifikation z.B. Benz(a)pyren metabolische Aktivierung DNA-Schäden Hauptverursacher von Schäden/Mutationen Chemikalien DNA-Schäden: Konsequenzen Abhilfe: direkte Induktion von Fehlpaarungen Desaminierung von C Oxidation von G Basen-Analoga Induktion von Leserastermutationen Interkalatoren Störung von Transkription und Replikation Photoprodukte Depurinierung Oxidation (nicht immer) Alkylierung/Addukte (nicht immer) Strangvernetzungen Strangbrüche - passiv (Schutzmechanismen) - aktiv (Reparatur) direkte Eliminierung Excision des Schadens Rekombination (Verpflanzung eines intakten Bereichs) - Toleranz Aufschub der Reparatur auf später Passiver Schutz vor DNA-Schäden Haut / Pigmente Struktur der DNA Schutz durch Basenpaarung A-Form (Bacillus-Sporen, dehydriert) Radikalfänger z.B. Vitamin C Redox-Puffer z.B. Glutathion H2O2 + 2 G-SH –> 2 H2O + G-S-S-H 2 .O2 + 2 H+ –> H2O2 + O2 2 H2O2 –> 2 H2O + O2 Enzyme Superoxid-Dismutase: Katalase: Räumliche Trennung DNA im Zellkern reaktiver Sauerstoff in Mitochondrien, Peroxisomen DNA-Reparatur: Photoreaktivierung Enzym: Photolyase - fehlt in Säugetieren - spezifisch für cis-syn-T-T-Dimere - Substratbindung im Dunkeln - Katalyse ist lichtabhängig (300-500 nm) - 2 Chromophore: 1x „Antenne“ (Lichtsammler) 1x katalytisch (e--Donor) Lichtsammler katalytischer Cofaktor DNA-Reparatur: Alkyltransferasen Reaktion: G Enzym (E. coli): Ada = O6-Methylguanin-DNA-Methyltransferase T Spezifität: O6-Methylguanin O4-Methylthymin Methylphosphotriester (nur S) andere Alkylgruppen (Ethyl, Propyl, Butyl, Chlorethyl) „Selbstmord“-(suicide)-Enzym: wirkt stöchiometrisch, nicht katalytisch „Adaptive Response“ Beobachtung: Ada ist notwendig für die Anpassung an Alkylierungs-Schäden Verringerung der Sensitivität und Mutagenese Proteolyse Termination
