Zarys biologii molekularnej genu. Replikacja i stabilność genomu

Podobne dokumenty
Zarys biologii molekularnej genu Replikacja DNA

Biologia molekularna genu - replikacja

Biologia molekularna genu. Replikacja i stabilność genomu

Biologia molekularna genu. Replikacja i stabilność genomu c. d.

Zarys biologii molekularnej genu. Replikacja i stabilność genomu

Podstawowe strategie i narzędzia genetyki molekularnej

Podstawy genetyki III. Biologia molekularna genu, replikacja, mutageneza, naprawa DNA

Podstawy genetyki III. Biologia molekularna genu, replikacja, mutageneza, naprawa DNA

Podstawy genetyki III. Biologia molekularna genu, replikacja, mutageneza, naprawa DNA

REPLIKACJA, NAPRAWA i REKOMBINACJA DNA

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Jak działają geny. Podstawy biologii molekularnej genu

Podstawy genetyki III. Biologia molekularna genu, replikacja, mutageneza

Prokariota i Eukariota

POLIMERAZY DNA- PROCARYOTA

Stabilność genomu. Telomery. Mutageneza i naprawa DNA. Rekombinacja.

Podstawy genetyki molekularnej

Replikacja DNA. Materiały dydaktyczne współfinansowane ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.

POLIMERAZY DNA- PROCARYOTA

Zarówno u organizmów eukariotycznych, jak i prokariotycznych proces replikacji ma charakter semikonserwatywny.

WPROWADZENIE DO GENETYKI MOLEKULARNEJ

Wykład 14 Biosynteza białek

Biologiczne podstawy ewolucji. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

WPROWADZENIE DO GENETYKI MOLEKULARNEJ

Dr. habil. Anna Salek International Bio-Consulting 1 Germany

Podstawy biologii. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

Dominika Stelmach Gr. 10B2

Podstawy biologii. Podstawy biologii molekularnej

Podstawy biologii. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

października 2013: Elementarz biologii molekularnej. Wykład nr 2 BIOINFORMATYKA rok II

TRANSKRYPCJA - I etap ekspresji genów

Dr hab. Anna Bębenek Warszawa,

Nośnikiem informacji genetycznej są bardzo długie cząsteczki DNA, w których jest ona zakodowana w liniowej sekwencji nukleotydów A, T, G i C

TATA box. Enhancery. CGCG ekson intron ekson intron ekson CZĘŚĆ KODUJĄCA GENU TERMINATOR. Elementy regulatorowe

Podstawy biologii. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

Geny i działania na nich

Biologiczne podstawy ewolucji. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

Numer pytania Numer pytania

Podstawowe metody i podejścia badawcze genetyki. Genomika funkcjonalna, biologia systemów, biologia syntetyczna

Informacje dotyczące pracy kontrolnej

GENETYKA. Budowa i rola kwasów nukleinowych Geny i genomy Replikacja DNA NM G

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

2. Enzymy pozwalające na manipulację DNA a. Polimerazy DNA b. Nukleazy c. Ligazy

Biologia medyczna II, materiały dla studentów kierunku lekarskiego

Wprowadzenie. DNA i białka. W uproszczeniu: program działania żywego organizmu zapisany jest w nici DNA i wykonuje się na maszynie białkowej.

SCENARIUSZ LEKCJI BIOLOGII Z WYKORZYSTANIEM FILMU Transkrypcja RNA

Generator testów Biochemia wer / Strona: 1

Kwasy Nukleinowe. Rys. 1 Struktura typowego dinukleotydu

WARUNKI ZALICZENIA PRZEDMIOTU- 5 ECTS

Biologia medyczna, materiały dla studentów

Ekspresja informacji genetycznej

Kwasy nukleinowe. Replikacja

WYKŁAD: Klasyczny przepływ informacji ( Dogmat) Klasyczny przepływ informacji. Ekspresja genów realizacja informacji zawartej w genach

Transkrypcja i obróbka RNA. Materiały dydaktyczne współfinansowane ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.

DNA superhelikalny eukariota DNA kolisty bakterie plazmidy mitochondria DNA liniowy wirusy otrzymywany in vitro

PCR - ang. polymerase chain reaction

Ćwiczenia 1 Wirtualne Klonowanie Prowadzący: mgr inż. Joanna Tymeck-Mulik i mgr Lidia Gaffke. Część teoretyczna:

Konspekt do zajęć z przedmiotu Genetyka dla kierunku Położnictwo dr Anna Skorczyk-Werner Katedra i Zakład Genetyki Medycznej

Komórka stuktura i funkcje. Bogusław Nedoszytko. WSZPIZU Wydział w Gdyni

Zawartość. Wstęp 1. Historia wirusologii. 2. Klasyfikacja wirusów

Podstawy genetyki. Dziedziczenie wieloczynnikowe na przykładzie człowieka. Asocjacje.

Składniki diety a stabilność struktury DNA

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Metody odczytu kolejności nukleotydów - sekwencjonowania DNA

Księgarnia PWN: B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter Podstawy biologii komórki. Cz.

Inżynieria genetyczna- 6 ECTS. Inżynieria genetyczna. Podstawowe pojęcia Część II Klonowanie ekspresyjne Od genu do białka

Hybrydyzacja kwasów nukleinowych

Regulamin Wojewódzkiego Konkursu Biologicznego dla uczniów pierwszych klas liceum ogólnokształcącego ZMAGANIA Z GENETYKĄ ( , III edycja)

Inżynieria Genetyczna ćw. 3

DNA musi współdziałać z białkami!

Najważniejsze z nich to: enzymy restrykcyjne wektory DNA inne enzymy np. ligazy, fosfatazy, polimerazy, nukleazy

Spis treści. Księgarnia PWN: Terry A. Brown - Genomy. Część 1 Jak bada się genomy 1 Rozdział 1 Genomy, transkryptomy i proteomy 3

Scenariusz lekcji biologii z wykorzystaniem metody CILIL Lekcja dla klasy IV technikum o rozszerzonym zakresie kształcenia

Hybrydyzacja kwasów nukleinowych

Mutageneza i naprawa DNA Rekombinacja

Wykład 12 Kwasy nukleinowe: budowa, synteza i ich rola w syntezie białek

Translacja i proteom komórki

PCR - ang. polymerase chain reaction

Regulamin Wojewódzkiego Konkursu Biologicznego dla uczniów pierwszych klas liceum ogólnokształcącego ZMAGANIA Z GENETYKĄ [2017/2018]

Regulacja Ekspresji Genów

Mikrosatelitarne sekwencje DNA

The Role of Maf1 Protein in trna Processing and Stabilization / Rola białka Maf1 w dojrzewaniu i kontroli stabilności trna

PCR łańcuchowa reakcja polimerazy

PCR - ang. polymerase chain reaction

Markery klasy II -Polimorfizm fragmentów DNA (na ogół niekodujących): - RFLP - VNTR - RAPD

TRANSLACJA II etap ekspresji genów

Klonowanie molekularne Kurs doskonalący. Zakład Geriatrii i Gerontologii CMKP

INICJACJA ELONGACJA TERMINACJA

Monika Maciąg-Dorszyńska

Najważniejsze z nich to: enzymy restrykcyjne wektory DNA inne enzymy np. ligazy, fosfatazy, polimerazy, nukleazy

Cykl komórkowy. Rozmnażanie komórek G 1, S, G 2. (powstanie 2 identycznych genetycznie komórek potomnych): podwojenie zawartości (interfaza)

Związek szlaku pentozofosforanowego z regulacją replikacji DNA w ludzkich fibroblastach Karolina Fornalewicz

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: EIB BN-s Punkty ECTS: 3. Kierunek: Inżynieria Biomedyczna Specjalność: Bionanotechnologie

Wprowadzenie do biologii molekularnej.

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Wykład 13. Regulacja cyklu komórkowego w odpowiedzi na uszkodzenia DNA. Mechanizmy powstawania nowotworów

Polimorfizm genu mitochondrialnej polimerazy gamma (pol γ) w populacjach ludzkich Europy

Wykład 5. Remodeling chromatyny

Ćwiczenia 1 Wirtualne Klonowanie. Prowadzący: mgr Anna Pawlik i mgr Maciej Dylewski. Część teoretyczna:

Transkrypt:

Zarys biologii molekularnej genu Replikacja i stabilność genomu 1

Pionierskie doświadczenia Griffiths Bakterie zawerają czynnik transformujący, zdolny do przekazania informacji z żywych bakterii do martwych Avery, McLeod, McCarthy Czynnikiem transformującym jest DNA 2

Materiał genetyczny } Materiałem genetycznym są kwasy nukleinowe } Materiałem genetycznym organizmów komórkowych jest kwas deoksyrybonukleinowy (DNA) 3

Budowa DNA DNA zbudowany jest z nukleotydów podwójna helisa DNA 4

Zasada komplementarności pozwala na replikację DNA 5 Na podstawie sekwencji jednej nici można jednoznacznie odtworzyć sekwencję nici komplementarnej 5 GATGTACTGATGACATA3 3 CTACATGACTACTGTAT5 5 GATGTACTGATGACATA3 3 CTACATGACTACTGTAT5

Centralna hipoteza ( dogmat ) DNA RNA BIAŁKO 6

Model semikonserwatywny replikacji 7

Inne modele replikacji Rozproszony Semikonserwatywny Konserwatywny 8

Doświadczenie Meselsona i Stahla 9

Doświadczenie Meselsona i Stahla 10

Etapy replikacji } Inicjacja } Elongacja } Terminacja 11

Inicjacja } Rozplecenie (topnienie) podwójnej helisy DNA 12 Inicjacja replikacji u bakterii

Inicjacja u Eukaryota 13

Elongacja 14

Replikacja małego genomu kolistego pętla D 15

Replikacja małego genomu kolistego rolling circle 16

Problem topologiczny Replikacja DNA postępując będzie generować naprężenia (superskręty) W DNA liniowym praktycznie nierozwiązywalne ze względu na upakowanie w komórce W DNA kolistym absolutnie nierozwiązywalne ze względu na brak wolnych końców 17

Problem topologiczny - topoizomerazy Topoizomeraza typu I wprowadza nacięcie w jednej z nici, przesuwa drugą nić przez przerwę i łączy końce Topoizomerazy typu II nacinają obie nici 18

Synteza DNA - polimeraza Synteza DNA (i RNA też) zawsze zachodzi przez dołączanie nowych nukleotydów do grupy OH na końcu 3 syntetyzowanej cząsteczki Substratem są trójfosforany nukleotydów, enzymem polimeraza (zależna od DNA polimeraza DNA) Polimeraza DNA potrafi dobudowywać nukleotydy do istniejącego łańcucha, nie potrafi rozpocząć syntezy 19

Startery 20

Prymaza U Eukaryota: kompleks pol α: podjednostki prymazy i polimerazy DNA Prymaza (polimeraza RNA zależna od DNA) syntetyzuje starter (RNA) dla polimerazy DNA, która go wydłuża. 21

Aktywności polimeraz DNA Synteza DNA Egzonukleaza 3-5 korekcja błędów 22 Egzonukleaza 5-3 naprawa uszkodzeń, usuwanie starterów

Problem nici nieciągłej Na nici nieciągłej trzeba co pewien odcinek ponawiać syntezę startera fragmenty Okazaki 23

Maszyneria replikacyjna 24

Maszyneria replikacyjna Topoizomeraza - usuwa naprężenia Helikaza (DnaB) - rozdziela nici SSB stabilizuje jednoniciowy DNA Prymaza syntetyzuje startery Polimeraza (-y) Ligaza skleja fragmenty 25

Widełki replikacyjne - topologia 26

PCNA } Proliferating Cell Nuclear Antigen } Kompleks białkowy w formie pierścienia przesuwającego się po nici DNA w czasie replikacji } Koordynuje różne etapy replikacji i syntezy DNA 27

Inne kompleksy białkowe } MCM Mini Chromosome Maintenance pierścień przesuwający się razem z widełkami replikacyjnymi } GINS (Go, Ichi, Ni, San; 5,1,2,3) pierścień współdziałający z MCM, przejście z fazy inicjacji do elongacji i utrzymanie elongacji GINS 28

Polimerazy bakteryjne PolIII (PolC) główny enzym replikacyjny, ma aktywność Exo 3-5 (korekta błędów), synteza do 1000 nt/s PolIII nie ma aktywności Exo5-3 PolI (PolA) ma dodatkowo aktywność Exo 5-3, usuwa startery i dokańcza syntezę, do 20 nt/s Ligaza łączy zsyntetyzowane fragmenty (nie jest polimerazą) 29

Polimerazy bakteryjne c.d. PolII (PolB) naprawa uszkodzonego DNA w fazie stacjonarnej PolIV i polv synteza DNA w fazie stacjonarnej (poliv) i przy znacznych uszkodzeniach genomu (polv) 30

Mutacje w polimerazach E. coli } PolI i polii mutacje nie są letalne, zwiększona wrażliwość na czynniki mutagenne (np. UV) } PolIII (i niektóre poli) mutacje letalne, badana przez mutanty warunkowe (np. termowrażliwe) 31

Polimerazy Eukaryota Pol α prymaza, wydłuża startery Pol β naprawa DNA Pol δ główny enzym replikacyjny Pol ε replikacja, kontrola cyklu kom., naprawa DNA Pol γ replikacja DNA w mitochondriach Polimerazy eukariotyczne nie mają aktywności Exo 5-3, startery RNA usuwają nukleazy FEN1, RnazaH i inne białka 32

Mutacje polimeraz eukariotycznych } U drożdży (przykłady) } } } } } POL1 (pol α) letalny, ts POL2 (pol ε) letalny, ts CDC2 (pol δ) letalny POL4 (pol β) zwiększona częstość rekombinacji i wrażliwość na mutageny MIP1 (pol γ) utrata funkcji mitochondrialnej, utrata mtdna } U człowieka } POLG (pol γ) mutacje powodują dziedziczoną autosomalnie chorobę mitochondrialną PEO -postępująca zewnętrzna oftalmoplegia (porażenie mięśni gałki ocznej) związana z uszkodzeniami mtdna opadanie powiek (ptosis), niezdolność do poruszania gałkami oczu, ogólne osłabienie mięśni, zaburzenia neurologiczne, 33

Dwie klasy polimeraz } O dużej wierności mało błędów, ale wrażliwe na uszkodzenia w matrycy } zatrzymują się w miejscu uszkodzenia } standardowe enzymy replikacyjne } O niskiej wierności więcej błędów, ale mniej wrażliwe na uszkodzenia matrycy } są w stanie kontynuować syntezę mimo uszkodzeń matrycy TLS (trans-lesion synthesis) } mechanizm umożliwiający dokończenie replikacji uszkodzonego DNA (zapobiega rearanżacjom genomu) 34

Rola PCNA } Ubikwitynacja i deubikwitynacja PCNA przełącza między replikacją TLS i wierną 35 http://www.acsu.buffalo.edu/~kowalsk/dnarepair/

Problem zakończenia replikacji DNA liniowego } Na końcu cząsteczki nie ma skąd zacząc nowego fragmentu Okazaki na nici opóźnionej } Cząsteczka potomna będzie skrócona 36

Telomery i telomeraza } } } } Końce chromosomów posiadają serię powtórzonych fragmentów telomerów Telomeraza może wydłużać telomery wykorzystując fragment RNA Skracanie telomerów ogranicza liczbę podziałów niektórych komórek Aktywacja telomerazy związana jest z unieśmiertelnianiem komórek nowotworowych 37

Telomery } Końce chromosomów } Sekwencje powtórzone (TTAGGG) } Skracają się przy każdym podziale komórki } W niektórych komórkach mogą jednak być odtwarzane Aubert & Lansdorp, Physiol Rev vol 88 38

Kompleks chroniący końce chromosomów } Shelterin (ang. shelter = schronienie) } Pozbawienie telomerów białek indukuje odpowiedź naprawy uszkodzeń DNA 39 Denchi, DNA Repair 8 (2009) 1118 1126

Telomery a starzenie } Komórki somatyczne mają ograniczoną liczbę możliwych podziałów granica Hayflicka } Komórki linii płciowej dzielą się bez orgraniczeń } Granica Hayflicka związana jest ze skracaniem się telomerów } Aktywacja telomerazy wystarcza do unieśmiertelnienia i umożliwienia nieograniczonych podziałów } Limitująca jest ekspresja białkowej podjednostki telomerazy (htert), składnik RNA wyrażany konstytutywnie 40

Los komórki, która utraciła telomery } Aktywacja szlaków odpowiedzi na uszkodzenia DNA } Sygnał uszkodzeń genomowych zastopowanie cyklu komórkowego (tzw. kryzys replikacyjny) } Ograniczenie zdolności podziałowej jest ważnym mechanizmem ochronnym } Zapobieganie nowotworom } Utrzymywanie zróżnicowania klonalnego populacji komórek macierzystych 41

Telomery a odpowiedź na uszkodzenia DNA 42 Denchi, DNA Repair 8 (2009) 1118 1126

Telomery a nowotwory } W komórkach z defektywnym szlakiem odpowiedzi na uszkodzenia DNA (np. defekty p53) komórki ze skróconymi (lub uszkodzonymi) telomerami wciąż się dzielą } Efektem są rearanżacje chromosomów (fuzje, translokacje) } Prowadzi to do transformacji nowotworowej } W komórkach nowotworowych ponowna aktywacja telomerazy 43 Denchi, DNA Repair 8 (2009) 1118 1126

Dwa oblicza telomerów } Telomery chronią przed uszkodzeniami DNA i zaburzeniami chromosomów, które mogą prowadzić do nowotworzenia, ale... } Aktywność telomerazy unieśmiertelnia komórki (aktywna w 90% nowotworów) 44

Telomery a starzenie } U drożdży defekt telomerazy ustanie podziałów po kilku pokoleniach } U roślin, bezkręgowców i myszy podobnie (defekt po kilku pokoleniach) } U człowieka nawet częściowa utrata telomerazy (heterozygota) powoduje poważne defekty: } niedokrwistość } defekty układu odpornościowego } zwłóknienie płuc } Związek z wydłużeniem życia? 45 Aubert & Lansdorp, Physiol Rev vol 88

Co nam może dać telomeraza } Wieczna młodość?? } Leki przeciwnowotworowe?? 46

Wieczna młodość? } Starzenie się komórek somatycznych, nie dzielących się (np. układ nerwowy) nie zależy od telomerów } Telomery odgrywają rolę w starzeniu się komórek macierzystych i komórek układu odpornościowego } Skracenie telomerów jest ważnym mechanizmem przeciwnowotworowym } Z drugiej strony dostarcza silnej selekcji na komórki z defektami naprawy DNA, niestabilność chromosomów } Systemy podtrzymujące stabilność DNA komórek somatycznych nie są lepsze, niż jest to absolutnie niezbędne ( disposable soma ) 47

Naiwnych nie sieją... 48

Magiczna moc telomerazy c.d. 49

Terapie przeciwnowotworowe } Telomeraza jest aktywna w >90% nowotworów } Inhibitory telomerazy } chemiczne } sirna } przeciwciała (szczepienia) 50

51