co najczęściej uszkadza DNA?

* endogenne mutageny:

• H

2

O – hydroliza → usuwanie zasad, deaminacja C do U

• O

2

– oksydacja → modyfikacje i rozpad zasad lub deoksyrybozy,

pękanie DNA (nick)

• czynniki alkilujące → modyfikacje zasad i szkieletu fosfodiestrowego

* światło słoneczne (UV)
* mutageny, karcinogeny np. BBQ, palenie i żucie tytoniu,

aflatoksyny tworzone przez pleśnie

Uwagi do tematu: mutacje/naprawa DNA

2

Mutagens

: electromagnetic radiation

UV light

- causes intrastrand

pyrimidine dimers

Gamma-rays, X-rays

- ionizing radiation
- break DNA strands

http://www.stanford.edu/class/bio203/lecture_files/stearns3.ppt#312,9,Slajd 9

1927 odkrył,
że pr.X jest
mutagenne,
Nobel 1946

mutageny wykazują specyficzność

np. EMS: G-C

→

A-T

UV: dimery Py

cytozyna uracyl

deaminacja cytozyny

spontaniczna lub wynik działania kwasu
azotawego, hydroksylaminy, HSO

3

-

5mC jest gorącym m-scem deaminacji; C

→

T

Brown TA 2002 Genomes 2nd ed. Garland Sci.
Ryc. 14.6. 5-Bromouracil and its mutagenic effect
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=genomes.figgrp.8387

bromouracyl: T-A→C-G

Patogenne mutacje zachodzą w obrębie 3 typów sekwencji DNA:
• kodujących
• wewnątrzgenowych niekodujących
• regulatorowych

mutacje nonsens – wynik podstawienia lub insercji lub delecji
skutki:
• niestabilny mRNA - najczęściej
• skrócony peptyd
• opuszczenie eksonu z mutacją nonsens - rzadko

Fig.9.11. Zaburzenia splicingu -wynik

mutacji naturalnych sekwencji miejsc

donorowych lub akceptorowych

splicingowych lub aktywacji

kryptycznych m-sc splicingowych.

splice donor (SD)
splice acceptor (SA)

Strachan & Read 1999 Human Molecular Genetics 2,

Garland Sci.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=hmg.figgrp.1124

Fig. 9.13. Mutations can cause abnormal RNA
splicing by activation of cryptic splice sites.

Strachan & Read 1999 Human Molecular Genetics 2,

Garland Sci.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=hmg.figgrp.1125

Fig. 9.12.

When a silent mutation is not silent.

Mutacja w genie kalpainy 3 u pacjenta z dystrofią

obręczowo-kończynową LGMD2A. Kodon glicynowy (GGC) zostaje zastąpiony innym glicynowym (GGT), co

powoduje powstanie kryptycznego donorowego m-sca splicingowego w eksonie 16 , a w konsekwencji

utratę części sekwencji eksonu 16 i zmianę ramki odczytu ( Richard i Beckmann, 1995).
Strachan & Read 1999 Human Molecular Genetics 2, Garland Sci.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=hmg.figgrp.1072

geny zawierające

niestabilne powtórzenia trójnukleotydowe

:

• z umiarkowaną ekspansją powtórzeń (CAG)

n

w sekwencji kodującej

typowo stabilny niepatologiczny allel ma n=10–30, a niestabilny

patologiczny 40–200;

transkrypcja i translacja genu nie zmienia się, ale produkt nabywa

funkcję: jego długi trakt poliglutaminowy powoduje agregację białka

w niektórych komórkach i ich śmierć

• z dużą ekspansją niekodującego powtórzenia

powtórzenia różnych trójek (np. CGG, CCG, CTG, GAA) w promotorze,

UTRach lub intronach

allel niepatologiczny ma n= 5-50, a niestabilny patologiczny setki-

tysiące

powoduje to zahamowanie ekspresji genu, utratę funkcji

przykłady chorób spowodowanych

transpozycją elem. ruchomych

:

• u 2 ze 140 niespokrewnionych pacjentów hemofilia A była spowodowana

insercją

de novo

elem. LINE-1 do eksonu w genie czynnika VIII

(Kazazian et al., 1988)

• w neurofibromatozie typu I znane są przypadki inaktywacji poprzez

insercję elem. Alu (Wallace et al., 1991)

Tandemowe powtórzenia i rodziny zgrupowanych genów mają skłonność
do patogennych nierównych c-o oraz konwersji genów

Fig. 9.17. Niemal wszystkie
mutacje w genie 21-hydroksylazy
steroidowej CYP21 są wynikiem
wymiany sekwencji z blisko
spokrewnionym pseudogenem.

Zduplikowane geny dopełniacza C4 i 21-
hydroksylazy steroidowej tworzą 30-kb
tandemowe powtórzenia o 97%
identyczności sekwencji. Geny C4A, C4B
i CYP21B ulegają ekspresji, CYP21A
(21A) jest pseudogenem. Ok. 25%
patologicznych mutacji locus 21B
stanowią 30-kb delecje spowodowane
nierównym c-o (unequal crossover, UEC)
lub nierówną wymianą siostrzanych
chromatyd (unequal sister chromatid
exchange, UESCE). Pozostałe mutacje to
na mała skalę konwersje genowe CYP21B
– mały fragment CYP21A zawierający
szkodliwą mutację jest kopiowany i
zastępuje oryginalna sekwencję CYP21B

Strachan & Read 1999 Human Molecular
Genetics 2, Garland Sci.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=hmg.figgrp.1135

Fig. 9.19. Short direct repeats mark the endpoints of many pathogenic deletions

in the mitochondrial genome. Scale represents nucleotide position in the

mitochondrial genome. Position 1 occurs within the D loop region and numbering

increases in a clockwise direction for the illustration in Figure 7.2.

Note that as

recombination does not occur within the mitochondrial genome, one likely mechanism

to explain the deletions is slipped strand mispairing.

Strachan & Read 1999 Human Molecular Genetics 2, Garland Sci.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=hmg.figgrp.1147

powtórzenia rozproszone (krótkie proste oraz Alu)

predysponują do dużych delecji i duplikacjji

Fig. 9.14. Krótkie tandemowe powtórzenia (1-6-nt) są gorącymi m-scami delecji/insercji.
CFTR, cystic fibrosis transmembrane regulator
FIX, factor IX (hemophilia B)
APC, adenomatous polyposis coli
XPAC, xeroderma pigmentosa complementation group C
HBB, β-globin (β-thalassemia).
Original references are listed in Appendix 3 of

Cooper and Krawczak (1993)

. Though not illustrated here,

small insertions are often tandem repeats of sequences flanking them (see

Table 8.1

of

Cooper and

Krawczak, 1993

).

Strachan & Read 1999 Human Molecular Genetics 2, Garland Sci

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=hmg.figgrp.1134

(patogenne) inwersje mogą być skutkiem

wewnątrzchromatydowej rekombinacji między odwróconymi powtórzeniami

Figure 8.28. Inversion or deletion results in V-J splicing
to produce functional Ig κ light chain genes. The human κ
light chain gene cluster contains about 76 Vκ segments
arranged in two large clusters, in opposite orientations. V
segments in the distal cluster have the opposite orientation
to the Jκ segments and the single Cκ sequence. As a result,
the DNA rearrangements used to splice distal Vκ segments
to a Jκ segment are megabase inversions ( Weichhold

et al.

,

1990). Those in the proximal cluster can undergo V-J joining
by a somatic recombination resulting in a deletion of the
intervening chromosomal segment, most likely through an
intrachromatid recombination event such as that used in
class switching (see

Figure 8.29

).

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=hmg.figgrp.900

Figure 9.20. Inversions disrupting the factor VIII gene
result from intrachromatid recombination between inverted
repeats. For the sake of clarity only exons 22, 23 and the
first and last exons (1 and 26) of the factor VIII gene (

F8

;

open box) are shown. Intron 22 of this gene contains a CpG
island from which the

F8B

gene internal is transcribed in the

same direction as the factor VIII gene, and expression
involves splicing of a novel exon within intron 22 on to exons
23–26 of the factor VIII gene. The internal

F8A

gene is also

transcribed from the intron 22 CpG island but in the opposite
direction. Two other sequences closely related to

F8A

are

found about 500 kb upstream of the factor VIII gene and are
transcribed in the same direction as the factor VIII gene and
the opposite direction to that of the

F8A

gene. The high

degree of sequence identity between the three members of
the

F8A

gene family means that pairing of the

F8A

gene with

one of the other two members on the same chromatid can
occur by looping back of the chromatid. Subsequent chromatid
breakage and rejoining can result in an inversion of the region
between the

F8A

gene and the other paired family member,

resulting in disruption of the factor VIII gene (see Lakich

et

al.

, 1993).

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=hmg.figgrp.1137

uszkodzenia DNA/jądro ludzkiej komórki (46 chr., 6×10

9

pz)

typ

tempo indukcji [#/godz]

tempo naprawy [#/godz]

Hydroliza

utrata zasad
Pu (A, G)

500

szybkie (BER)

Py (C, T)

25

Deaminacja
C, 5mC

100-500

szybkie (BER)

Oksydacja

8oxoG

100-500

szybkie (BER)

nicks

2 500

20 000 (ligaza DNA)

Alkilacja

3mA

25

szybkie (BER)

O

6

mG

?

? (transferaza Me)

UV (dimery Py)

50 000

50 000 (NER)

http://www.biology.ualberta.ca/courses/genet408/index.php?Page=6827, Lec02

W ludzkim genomie jest co najmniej 130 genów białek naprawy DNA – mutacje niektórych,
np. Ogg1 naprawiającego 8oxoG, nie są letalne, bowiem Reperacja, Replikacja, Rekombinacja
działają w skoordynowany sposób, ale najczęściej nieprawidłowe działanie któregokolwiek
ze składników 3R prowadzi do niestabilności genomu.