Andrzej Wierzbicki
konspekt wykładu z genetyki ogólnej
wykład 9 „Genetyczne podłoże ważnych procesów”
Naprawa DNA
-naprawa bezpośrednia
-korygowanie zmian w nukleotydach bez wycinania zasad ani całych nukleotydów
-naprawa pęknięć DNA – ligaza
-usuwanie pęknięć wywołanych m.in. działaniem promieniowania
-usuwanie alkilacji – alkilotransferazy
-usuwanie dimerów cyklobutylowych i fotoproduktów 6-4
-reakcja zależna od światła – źródło energii
-fotoliaza DNA
-u wielu organizmów prokariotycznych i eukariotycznych, ale nie u człowieka
-naprawa z wycinaniem zasad
-naprawa różnych drobnych defektów w DNA
-odcięcie samej zasady
-glikozydaza DNA
-różne glikozydazy odcinają różne zasady, modyfikowane lub niekomplementarne
-uracyl, hipoksantyna, 5-hydroksycytozyna, glikol tyminowy, 7-metyloguanina, 2-metylocytozyna
-powstaje miejsce AP
-wycięcie jednego nukleotydu
-endonukleaza wycina cukier i fosforan
-zapełnienie luki
-polimeraza DNA
-ligaza odtwarza wiązanie
-naprawa z wycinaniem nukleotydów
-usuwa poważniejsze uszkodzenia
-wycięcie obszaru jednej nici
-bez usuwania zasady
-obszar wycięty jest dłuższy
-rozpoznanie nieprawidłowego kształtu podwójnej helisy DNA przez specjalne białka
-przecięcie poniżej i powyżej uszkodzenia
-odłączenie oligonukleotydu przez helikazę DNA
-wycinany obszar od kilkunastu nukleotydów do 2000 bp
-zapełnienie luki przez polimerazę
-naprawa niedopasowanych nukleotydów
-usuwanie pomyłek w replikacji
-wycięcie nukleotydów, ale inne enzymy niż w poprzednim systemie
-różne rodzaje, w jednym z nich jedną nić wycina egzonukleaza
-10bp do 1000bp
-jak rozpoznać, na której nici jest błąd?
-metylacja DNA – po podziale tylko na nici macierzystej – naprawiać trzeba nić niemetylowaną
-łączenie niehomologicznych końców DNA
-naprawa dwuniciowych przerwań
-każde takie przerwanie trzeba natychmiast naprawić, inaczej komórka umrze
-jak rozpoznać które końce powinny zostać połączone?
-skutki nieprawidłowego łączenia końców
-znaczenie naprawy
-xeroderma pigmentosum
-inne mutacje zwiększające częstość nowotworów (BRCA1 – rak sutka i jajnika)
-trzeba się chronić przed mutacjami
-rekombinacja
-rekombinacja homologiczna
-główny typ rekombinacji
-mejoza i wstawianie DNA do genomów
-wymaga dwóch cząsteczek DNA o obszarze identyczności sekwencyjnej
-model Hollidaya
-utworzenie heterodupleksu – wymiana fragmentów jednej nici z dwóch cząsteczek DNA
-sklejenie końcówek heterodupleksu przez ligazę DNA
-powstaje struktura Holliaya – rozgałęzione DNA, może się przemieszczać
-dwa możliwe sposoby rozłączenia – przecięcia w miejscu rozgałęzienia
-przecięcie w poziomie – wymiana fragmentem jednej nici odpowiadającym długości przesunięcia
-przecięcie w pionie – wymiana całych cząsteczek, obszar przesunięcia ma jedną nić z jednej cząsteczki, a drugą z drugiej cząsteczki – właśnie to zachodzi w crossing over
-białka zaangażowane w rekombinację
-RecBCD – nukleaza i helikaza, przesuwa się i rozplata DNA i jak napotka miejsce chi (GCTGGTGG) to przecina jedną nić
-RecA – wiąże się do jednoniciowego DNA i umożliwia inwazję jednoniciowego DNA do podwójnej helisy drugiej cząsteczki
-RuvA i RuvB przyłączają się do rozgałęzienia i powodują jego przesunięcie – obracają helisy DNA w odpowiedni sposób
-RuvC – tną miejsce rozgałęzienia
-rekombinacja umiejscowiona
-do rekombinacji może wystarczyć bardzo krótki obszar homologii
-bakteriofagi wstawiają swój genom do genomu bakterii przez rekombinację umiejscowioną
-robi to rekombinaza
-mechanizm działania podobny do topoizomerazy
-etapy pośrednie w których DNA jest kowalencyjnie przyłączony do reszty tyrozyny w topoizomerazie
-konieczna obecność miejsc rozpoznawanych przez rekombinazę
-znaczenie w biotechnologii
-genetyczna regulacja rozwoju
-rozwój jest regulowany przez różnicową ekspresję genów
-każda tkanka ma swój specyficzny wzór ekspresji genów
-regulacja rozwoju kwiatu u Arabidopsis
-model ABC
-budowa kwiatu okrytonasiennych: działki kielicha, płatki korony, pręciki i słupki
-jakie geny sprawiają, że w danym miejscu powstaje dany organ a nie inny?
-regulacja przez trzy geny: A, B i C, każdy aktywny w dwóch okółkach
-A – działki i płatki
-B – płatki i pręciki
-C – pręciki i słupki
-A: działki
-AB: płatki
-BC: pręciki
-C: słupki
-mutanty bez genów spełniających te funkcje – zmiany w budowie kwiatu
-co determinuje wzór ekspresji genów i różnice między komórkami?
-niesymetryczne podziały komórkowe
-gradienty substancji regulacyjnych
-znaczenie niesymetrycznych podziałów komórkowych
-rozwój Caenorhabditis elegans
-przykład rozwoju mozaikowego
-komórki dzielą się bardzo precyzyjnie
-gdy komórki się dzielą każda potomna ma zdeterminowaną funkcję
-powstaje ściśle określona liczba komórek danego typu
-ściśle określona liczba komórek umiera w procesie apoptozy
-dorosły ma równo 959 komórek
-pierwszy podział komórkowy jest niesymetryczny
-miejsce wniknięcia komórki plemnikowej wyznacza oś tej asymetrii
-przemieszczają się granule P w zygocie
-dalsze podziały też są niesymetryczne
-komórki różnią się dalszymi losami
-determinacja
-każda komórka ma swój specyficzny wzór ekspresji genów
-ten mechanizm dominuje u większości bezkręgowców
-znaczenie gradientów substancji regulacyjnych
-komórki na jednym końcu zarodka wydzielają jakąś substancję
-wzdłuż zarodka jest gradient
-stężenie morfogenu w danym obszarze określa dalszy los komórek
-morfogen wpływa na ekspresję genów
-wyobrażenie z flagą
-kombinacja większej liczby morfogenów (to wraz z historią rozwoju reguluje całością rozwoju)
-regulacja we wczesnym rozwoju zarodkowym Drosophila – determinacja głowy tułowia i odwłoka przez gradienty bicoid i nanos
-ten mechanizm jest u kręgowców i owadów
-genetyka odporności
-główne zadanie układu odpornościowego – rozpoznawanie i niszczenie obcych
-kłopot – obcych bardzo dużo różnych, a genów ograniczona liczba
-przeciwciała – rozpoznają peptydy po kształcie i jeśli wykryją obcy to go kierują do niszczenia
-może być około 10 do potęgi 11 różnych peptydów a genów człowieka jest 10 do 5, par zasad 10 do 9
-skąd brać tyle przeciwciał?
-budowa przeciwciał
-4 polipeptydy, struktura czwartorzędowa
-dwa łańcuchy typu ciężkiego (dłuższe)
-dwa łańcuchy typu lekkiego (krótsze)
-na końcu jest miejsce rozpoznające antygen – w rozpoznawaniu biorą udział wszystkie cztery łańcuchy
-nie znaleziono w genomie sekwencji kodujących polipeptydy przeciwciał
-obszary bliżej końca są bardzo zmienne, a te na dole raczej stałe
-skąd się bierze ta zmienność
-łańcuch ciężki składa się z 4 elementów V, D, J i C
-lekki z 3: V, J i C
-w genomie jest 86 sekwencji typu V, 30 typu D, 9 typu J i 11 wersji części stałej
-są składane po jednym elemencie każdej
-podczas składania często dochodzi do drobnych delecji i insercji
-bardzo wysoka częstość mutacji (1000 razy wyższa niż zwykle)
-pozostałe łańcuchy podobnie
-to pozwala uzyskać 10 do 11 kształtów
-genetyczne podłoże chorób
-choroby genetyczne dziedziczone mendlowsko
-szereg chorób występuje w rodzinach
-defekty w genach kodujących enzymy
-ogólne cechy
-prawie zawsze recesywne – brak aktywności enzymu
-brak produktu enzymu lub akumulacja substratu
-może dojść do utraty większej liczby aktywności enzymatycznych – uszkodzenie wspólnego kofaktora lub efekty wtórne
-uszkodzenie różnych genów jednego szlaku metabolicznego może powodować identyczną chorobę
-przykład: fenyloketonuria
-1/15000 urodzeń
-brak aktywności hydroksylazy fenyloalaninowej – enzymu rozkładającego fenyloalaninę
-akumulacja fenyloalaniny w organizmie – prowadzi do ogólnych uszkodzeń, głównie upośledzenia umysłowego
-przyczyną mutacja w genie kodującym enzym lub w genach biosyntezy kofaktora (tetrahydrobioptryny)
-można zapobiegać uszkodzeniom przez stosowanie diety ubogiej w fenyloalaninę
-defekty w genach kodujących receptory
-uszkodzenie białek rozpoznających inne substancje i odpowiedzialnych za ich transport lub inne funkcje
-rodzinna hiperholesterolemia – najlepiej znany przykład
-uszkodzenie genu kodującego receptor LDL
-homozygoty 1/1000000, umierają przez trzydziestką
-heterozygoty też mają problemy, 1/500, niepełna dominacja
-niezdolne do wyciągania z krwioobiegu cholesterolu LDL – jest go nadmiar i się odkłada w naczyniach krwionośnych
-defekty w genach kodujących transportery
-uszkodzenie transportu substancji przez błony komórkowe
-mukowiscydoza – jedyny częsty przykład
-u Europejczyków 1/2500 urodzeń, nosiciele 1/50 osób
-uszkodzenie transportera jonów chlorkowych
-złe stężenie jonów powoduje wydzielanie gęstego śluzu w płucach i uszkodzenia trzustki (fenotyp dość odległy od pierwotnej funkcji transportera)
-defekty w białkach strukturalnych
-uszkodzenie białka dystrofiny, składnika cytoszkieletu w komórkach mięśniowych – prowadzi do zaniku mięśni
-1/3000 urodzonych chłopców (sprzężona z płcią)
-objawia się w wieku paru lat, śmierć przez dwudziestką
-1/3 mutacji to są defekty de novo, a nie rodzinne