Molekulare Biologie: Desoxyribonucleinsäure Mutationen Reparatur
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Vorlesung Biologie für Zahnmediziner WS07/08 (4 SWS) Prof. Dr. Thomas Cremer, Prof. Dr. Michael Schleicher, Prof. Dr. Elisabeth Weiß Molekulare Biologie: Desoxyribonucleinsäure Struktur Replikation Transkription Translation Mutationen Reparatur http://www.biologie.uni-muenchen.de/ou/humbio/main_de/vorlesung.htm Mutationen Basenfehler Replikationsfehler, induziert Deletionen “ “ Insertionen “ “ Einzelstrangbruch “ “ Doppelstrangbruch “ “ Quervernetzungen induziert Mutationen Mutationen Mutationen: Spontanmutationen 1 pro 105 bis 1 pro 109 Nucleotide/Genom/Generation Atmung (O-Radikale) Spontanhydrolyse Replikationsfehler (AAAAAAAAA) Induzierte Mutationen Bis 1 pro 102 Nucleotide/Genom/Generation DNS-Schäden Biologie für Mediziner: Abb. 2.19 DNS-Schäden Biologie für Mediziner: Abb. 2.22 DNS-Schäden DNS-Schäden DNS-Schäden MismatchReparatur Nucleotidexizionsreparatur 5´ 3´ 5´ 3´ Basenexizionsreparatur DNS-Schäden MismatchReparatur Nucleotidexizionsreparatur 5´ 3´ 5´ 3´ Basenexizionsreparatur Basenexzisionsreparatur (BER): Veränderte Base wird durch DNAGlycosylase abgetrennt, Die basenlose Stelle (AP) wird herausgeschnitten und anschließend ein neues komplementäres Nucleotid eingefügt. AP:Apurin oder Apyrimidin dRPase: Deoxyribophosphodiesterase Mutagene Wirkung der Desaminierung von 5-Methyl-Cytosin DNS-Schäden MismatchReparatur Nucleotidexizionsreparatur 5´ 3´ 5´ 3´ Basenexizionsreparatur UV induziert Pyrimidindimere T=T C=C T=C Nucleotidexizionsreparatur NER H N O O= N H3C H N O= O Block in der Transkription und Replikation N H3C Cyclobutanring zwischen 2 benachbarten Pyrimidinen Pol η baut bei der Replikation ein A gegenüber Pyrimidindimeren ein: T=T A=A okay! C=C A=A Mutation Xeroderma pigmentosum (Mondscheinkinder) Xeroderma pigmentosum (XP) ist eine seltene genetisch bedingte, autosomal rezessiv vererbbare Erkrankung, die auf einer Überempfindlichkeit der Haut gegenüber ultravioletten Strahlen beruht. Die Ursache ist ein Mangel an DNA-Reparaturenzymen. Charakteristisch für die Erkrankung ist das Auftreten von Sonnenbränden, schon nach sehr kurzen Sonnenlicht-expositionen. Die Haut wird buntscheckig, trocken und zeigt Schrumpfungen. Bereits im Kindesalter entwickeln sich außerdem verschiedene bösartige Hauttumoren. Eine Heilung der Erkrankung ist bisher nicht möglich. Die Therapiemaßnahmen beschränken sich auf die Vermeidung von Sonneneinwirkung sowie eine frühzeitige Diagnose und Therapie bösartiger Tumoren. Bei mehr als zwei Dritteln der Betroffenen verläuft die Erkrankung bereits im Kindesalter tödlich. Nucleotidexizionsreparatur NER Schadenserkennung Akkumulation des NER-Komplexes Endonuclease ✂ 5´der Läsion (ss) Endonuclease ✂ 3´der Läsion (ss) Einzelstrang wird entfernt und DNAPolymerase polymerisiert neuen komplementären Strang, Ligase schließt die Phosphodiesterbindung Mismatch-Reparatur MMR (Fehlpaarungsreparatur) E. coli MutS 1-BP-Mismatch MutL MutH 1-BP-Ins/Del MutL 1-8-BP-Ins/Del MutL MutL Kolonkarzinom FAP 1: 8.500 Gardner S. 1:14.000 Knochen-, Bindegewebs-, Kolon-Tumore HNPCC Hereditäres nonpolyposis colon cancer Kolon Endometrium Magen Harnwege Fehler in der Replikation simpler repetitiver Sequenzen Mutationen in MMR-Genen Defekt in Genen, die die Zellteilung und Apoptose steuern 2-5 % geerbt spontan 15 % Rasterverschiebung Selektionsvorteil DNS-Schäden 5´ 3´ 5´ 3´ DoppelstrangbruchReparatur Homologe Rekombination Ohne Fehler Nicht-homologe Endverknüpfung NHEJ Fehler (DNA-Sequenz geht verloren) Homologe Rekombination ss Resektion Stranginvasion DNS-Synthese „branch migration“ Ligation Auflösung NHEJ (nicht homologe Endverknüpfung) DSB DNA-Transkription Ende Fragen: 1. Bitte schreiben Sie die komplementären DNS-Strang: 5‘-AAGTCCATATAGGGAATTCTCTAAGCTGAATTCAA-3‘ 3‘2. Die genomische DNS eines Organismus enthält 30 % Guaninbasen (G). Wie groß ist der Anteil für die Basen A, C und T? 3. Worin unterscheiden sich DNS von der RNS a) b) c) 4. Welche Enzyme und Bausteine benötigt die DNS-Polymerase? Fragen: 1 2 3 4 5 7) In welchen Bereichen des oben dargestellten Gens können Mutationen zu nicht funktionellen Proteinen führen? Fragen: 5. Welche Enzyme und Bausteine benötigt die RNS-Polymerase? 6) Welche Funktion hat die Telomerase? Wie unterscheidet sie sich von der DNS-Polymerase?
