HC 2.1: DNA schade en reparatie: deel 1

Question 1

hoeveel DNA-schades treden er per cel per dag op?

Answer 1

75.000 DNA-schade / cel/ dag

Question 2

centrale dogma in de moleculaire biologie:

Answer 2

DNA –> RNA –> eiwit (het uiteindelijke product)
Replicatie (DNA synthese)
Transcriptie (RNA synthese)
Translatie (eiwit synthese)

Question 3

kanker is een ziekte van de genen, die ontstaat door opeenstapeling van mutaties. daarom is kanker ook wel een ouderdomsziekte

Question 4

mutaties zijn de …

Answer 4

oorzaak van kanker

Question 5

2 grote groepen met mutaties:

Answer 5

• puntmutaties
• chromosomale afwijkingen

Question 6

puntmutaties:

Answer 6

• kleine veranderingen op basepaar niveau
• we kunnen een verandering hebben van 1 nucleotide (transities, dus purine –> purine (A/G) of pyrimidine –> pyrimidine (C/T))
• transversies (purine –> pyrimidine of vice versa)
• kleine inserties/deleties

Question 7

chromosomale afwijkingen:

Answer 7

• grote veranderingen, waar te nemen op chromosomaal niveau
• translocatie (stukje chromosoom van de ene chromosoom naar de ander)
• amplificaties (daarbij wordt 1 gen heel vaak gekopieerd, waardoor het aantal kopieën van dat gen per cel toenemen)
• deleties (er ontbreekt een deel van de erfelijke code in een chromosoom)
• numerieke afwijkingen (er is een chromosoom teveel of te weinig aanwezig)

Question 8

wat zijn de oorzaken van DNA schade?

Answer 8

Zowel dingen van buitenaf als dingen die in de cel gebeuren
- chemische instabiliteit
- chemische verbindingen
- biologische stoffen
- fysische agentia (bijv. zonlicht)
- foutieve replicatie

Question 9

wat voor soort DNA beschadigingen?

Answer 9

• chemische adducten
• intrasteng crosslinks
• interstreng crosslinks
• DNA strengbreueken
• basepaar mismatches

Question 10

adduct:

Answer 10

een stof die bindt aan de nucleotide

Question 11

intrastrengs crosslinks:

Answer 11

2 nucleotiden binnen 1 streng van een helix, die verbinding maken

Question 12

interstreng crosslinks:

Answer 12

daarbij wordt dus verbinding gemaakt tussen 2 verschillende strengen

Question 13

spontane hydrolyse (chemische instabiliteit):

Answer 13

• in de cel kan spontaan optreden dat de verbinding tussen een base (bijv. guanine) en suiker wordt verbroken
• je krijgt dan dus een depurinated sugar, een suiker zonder purine

Question 14

die depurinatie leidt tot 1 basenpaar deletie

Question 15

ander voorbeeld leidend tot chemische instabiliteit:

Answer 15

deaminatie van basen

Question 16

deaminatie van basen:

Answer 16

• de amino groep, NH2, wordt verwijderd van de basen (bijvoorbeeld van een cytosine)
• daardoor ontstaat een Uracil, wat eigenlijk alleen in RNA voorkomt
• een C wordt vervangen door een U
• wanneer replicatie plaatsvindt komt er tegenover de U een A te staan
• als die streng vervolgens weer wordt gerepliceerd, dan ontstaat een mutant DNA
• er ontstaat een transitie (C –> T)

Question 17

oxidatieve DNA schade (biologische stoffen):

Answer 17

• een cel heeft energie nodig, uit mitochondriën
• door die energie productie, worden ROS geproduceerd, Reactive Oxygen Species
• een ROS kan bij bijv. een guanine, een oxydatieve reactie veroorzaken, waardoor er een zuurstof molecuul wordt ingebouwd in het guanine
• daardoor is het guanine nu een 8-oxoguanine geworden
• het probleem is dat de 8-oxoguanine niet meer binding aangaat met cytosine, maar met adenosine
• die verandering van complementariteit zorgt dus voor, dat na 2 rondes van replicatie je eindigt met de inbouw van een verkeerde nucleotide

Question 18

chemische adducten die de DNA dubbelhelix niet verstoren:

Answer 18

• spontane hydrolyse
• deaminatie
• oxidatieve DNA schade

Question 19

mutatie die we bijv. wel kunnen tegengaan:

Answer 19

• mutatie die optreedt door stoffen in sigarettenrook

Question 20

stof in sigarettenrook:

Answer 20

• in de sigarettenrook zit een stof, benzo(a)pyreen
• die stof is op zichzelf niet gevaarlijk, maar wel als het in de cel wordt omgezet in benzo(a)pyreen diol epoxide (BPDE)
• BPDE kan binden aan DNA
• en dan vooral binden aan guanine
• en ook hier treedt weer verandering op van de complementariteit

Question 21

BPDE:

Answer 21

• veroorzaakt chemische adducten die de DNA dubbelhelix verstoren
• BPDE reageert voornamelijk met Guanine
• tegenover G-BPDE wordt een A ingebouwd, in plaats van een C
  –> dit zal dus ook weer een puntmutatie veroorzaken

Question 22

UV straling (fysische agentia):

Answer 22

• UV straling zorgt voor intrastreng DNA beschadigingen
• er vindt crosslinks plaats tussen 2 pyrimidines (cytosine en thyamine)
• je krijgt door die crosslinks pyrimidine dimeren
• er kunnen 2 soorten dimeren ontstaan, de cyclopyrimidine dimeer (CPD) en de 6-4 fotoproduct
• er ontstaan dus door UV straling pyrimidine dimeren, binnen 1 streng

Question 23

2 soorten excisie reparatie mechanismen:

Answer 23

(excisie, dus eruit halen)
- Base Excisie Reparatie (BER)
- Nucleotide Excisie Reparatie (NER)

Question 24

BER:

Answer 24

• een enzymatisch proces
• betrokken bij reparatie/herstel van kleine adducten (oxidatieve DNA-schade, deaminatie van basen en signle strand DNA breuken)

Question 25

DNA reparatie grofweg te verdelen in 3 stappen:

Answer 25

1 Herkenning van de DNA schade 2 Excisie van de DNA schade, de schade uit het DNA halen 3 Herstel

Question 26

door welk eiwit vindt de herkenning van de DNA schade plaats bij BER?

Answer 26

een schade-specifieke DNA glycosylase (bijv. bij deaminatie, waarbij er een uracil is ingebouwd in plaats van een cytosine. daar heb je het Uracil DNA glycosylase (UNG) wat de ongewenste Uracil kan verwijderen. hierdoor ontstaat een suiker met een abasische plaats, dus zonder purine of pyrimidine)

Question 27

glycosylases:

Answer 27

- scannen het DNA - het bindt aan de verkeerde base, bijv. uracil en verwijdert het

Question 28

DNA glyosylase bij oxidatieve DNA-schade:

Answer 28

- bij oxidatieve DNA schade ontstaat dat 8-oxoguanine - 8-oxoguanine DNA glycosylase (OGG1) - dat DNA glycosylase haalt die 8-oxoguanine er af, waardoor weer een abasische plaats ontstaat

Question 29

BER (stap voor stap):

Answer 29

- DNA schade wordt herkend door een schade-specifieke DNA glycosylase, wat een abasische plaats (AP) creëert - Endonuclease herkent die AP-site en maakt een knip in het DNA, de AP-site wordt verwijderd - voor het herstel zijn DNA polymerase en ligase belangrijk

Question 30

NER:

Answer 30

- Nucleotide Excisie Reparatie (NER) - herstel van grote adducten (cyclopyrimidine dimeren, 6-4 fotoproducten, bulky adducten (door roken))

Question 31

4 stappen van de NER:

Answer 31

1 Herkenning van de DNA schade 2 Openen van omringende DNA 3 Verwijderen DNA schade (en aangrenzende gebieden van dezelfde streng) 4 Herstel door DNA synthese/ligatie

Question 32

voorbeeld NER:

Answer 32

- door UV-straling is pyrimidine dimeren DNA schade ontstaan - een groep eiwitten (XPC, CETN2, RAD23B) herkennen de schade - die eiwitten binden aan de schade en rekruteren dan nog een andere groep eiwitten (UV-DDB) - nadat het UV-DDB heeft gecontroleerd of het om de juiste mutatie gaat, laat RAD23B los - dat is het signaal voor een complex eiwit, TF2H - dat TF2H bindt aan de promotor, waardoor het dubbelstrengs DNA wordt geopend om de transcriptie te faciliteren - zodra die dubbele streng is geopend, komen er eiwitten die een knip kunnen zetten in het DNA, aan beide kanten van de mutatie - het stuk DNA met de mutatie wordt dus verwijderd - DNA polymerase gaat vervolgens dat gat opvullen, met behulp van ligase

Question 33

verschil globaal genoom NER en Transcriptie gekoppeld NER

Answer 33

globaal genoom NER: vorige kaartje, dus met die eiwitten XPC, CETN2 en RAD23B en UV-DDB transcriptie gekoppeld NER: wanneer tijdens transcriptie er op een mutatie wordt gestuit en dat dan weer dezelfde pathway wordt gevolgd, dus met het TF2H complex enzovoorts

Question 34

globaal genoom NER:

Answer 34

- gebeurt in een niet getranscribeerd gebied - het is een traag proces

Question 35

hoe vindt herkenning plaats bij globaal genoom NER en transcriptie gekoppeld NER?

Answer 35

globaal genoom NER: scanning door XPC/RAD23B complex transcriptie gekoppeld NER: scanning door RNA pol 2 complex ( en dus globaal genoom NER reparatie van DNA over het gehele genoom en transcriptie gekoppeld NER alleen DNA herstel van getranscribeerde streng actieve genen)

Question 36

Xeroderma Pigmentosum (XP):

Answer 36

- autosomaal recessief - symptomen: hoge zongevoeligheid, harde huid, pigmentatie afwijkingen, cataract (staar) en een heel erg verhoogde kans op huidkanker (>2000keer verhoogd) - oorzaak: mutatie in 1 van de XPG genen (in totaal zijn er 8), betrokken bij NER

Question 37

XP bij kinderen:

Answer 37

- ze worden 'children of the moon' genoemd - ze zijn zo gevoelig voor de zon, dat ze veel binnen moeten blijven of helemaal beschermd zijn wanneer ze naar buiten gaan - regelmatige dermatologische controle en behandeling

Question 38

Cockayne Syndroom (CS):

Answer 38

- autosomaal recessief - symptomen: zongevoeligheid, groei achterstand, neurologische achteruitgang, netvliesafwijkingen, versnelde veroudering, geen huidkanker - oorzaak: mutatie in 2 genen, CSA en CSB (deze genen zorgen voor een eiwit dat betrokken is bij de transcriptie gekoppelde NER) - soms ook nog een mutatie in XPG gen

Question 39

hoe ontstaat de versnelde ouderdom bij CS?

Answer 39

- als een cel niet verder kan met aflezen van een gen, ontstaat stress - dat kan leiden tot apoptose, wat ervoor zorgt dat mutaties niet kunnen worden doorgegeven - maar doordat systematisch eigenlijk al die cellen doodgaan, omdat ze niet kunnen doen aan transcriptie gekoppelde NER, moeten er steeds weer nieuwe cellen worden gemaakt vanuit de pool van stamcellen - doordat die stamcellen zo snel 'op' raken, krijg je versnelde ouderdom