Genen & Cellen
Genen
College 1
Mutaties: overerfbare verandering in genetische code
Uitkomst kan schadelijk, maar ook nuttig zijn
Essentieel voor ontwikkeling en voortgang leven → zorgt voor variatie en evolutie
DNA repair herstelt DNA schade
Kanker is gevolg van gemuteerde genen
Veranderen de DNA sequentie
Puntmutatie treft een basepaar, 2 type veranderingen:
1. Verandering van nucleotide type → basenvolgorde
2. Deletie of insertie van nucleotide
Kan allebei ook bij grotere delen DNA zijn
Gen mutaties kunnen de aminozuurvolgorde veranderen (als dat gen belangrijk is voor codering eiwit)
- Missense mutation (non-synonymous) → door de mutatie verandert het codon voor een
aminozuur in de sequentie, waardoor er 1 ander aminozuur in het eiwit zit
- bv Sickle-cell anemie en hemoglobin mutatie
- Silent mutation (non-synonymous) → nieuwe aminozuur lijkt erg op oorspronkelijke aminozuur
- Silent mutation (synonymous) → gemuteerd codon geeft hetzelfde aminozuur
- Codon codes zijn gedegenereerd
- Nonsense mutation → normaal codon muteert naar stop codon
- Gecodeerd eiwit is korter (truncated), mist deel van de functies normale eiwit
- Frameshift mutation → insertie of deletie van 1 of 2 nucleotides (niet 3 of 6 ofz)
- Geeft frameshift → genen verschuiven in de codons
- Compleet andere aminozuurvolgorde achter de insertie/deletie
- Meest ernstige vorm van mutatie in genen
Regulatoire sequenties → mutaties buiten coderende sequentie van een gen
- Een mutatie kan promotor treffen en heeft dan invloed op de mate van initiatie van transcriptie
- Kan zowel hogere als lagere genexpressie
- Zowel puntmutaties als inserties/deleties
- Een mutatie van in de regulatory elements (enhancers, silencers)
- Binding-site voor Transcriptie Regulator verandert door mutatie en daardoor binding
- Zowel puntmutaties als inserties/deleties
Mutaties in kiemlijn vs somatische cellen
Wanneer & waar mutatie bepaalt ernst effect (kan mutatie worden doorgegeven?)
- Germ-line cells → kiemlijn maakt gameten (geslachtscellen)
- Ei- en spermacellen en hun voorlopers
- Mutaties worden doorgegeven aan nageslacht
- Somatic cells → cellen in weefsels (niet betrokken bij voortplanting). Mutaties kunnen
vroeg of laat in ontwikkeling plaatsvinden
- Mozaïek patroon door mutaties vroeg in ontwikkeling weefsel
, Genen & Cellen
Genen
Spontane mutaties door biologische processen
- Veroudering nucleotides
- Fouten DNA replicatie, DNA repair en effect van transposons
- Toxische stoffen uit cellulair metabolisme (bv zuurstof radicalen)
- Frequentie in mens: 1 mutatie per 1 miljoen genen per celdeling (laag door DNA-repair)
- Kleine kans dus (meer kans in grote genen)
- Gevaar van schade:
- Verandering functie eiwitten
- Mutaties gevaarlijk bij replicatie → celdeling geblokkeerd
- Puntmutaties (1 nucleotide)
- Deleties/inserties (1 nucleotide/transposon)
- Breuken in DNA strengen → deleties en inserties
- Re-arrangement van chromosomen (bij heel veel breuken), doordat verkeerde
stukken aan elkaar worden gezet, kunnen genen door verstoord raken
Geïnduceerde mutaties gevolg van omgevingsfactoren (chemische stoffen/straling)
- Mutatiefrequentie door omgevingsfactoren hoger dan door spontane reacties
- Meer mutaties per cel
- Sommige typen geïnduceerde mutaties zijn moeilijker te herstellen
- Grotere kans op chromosoombreuken → herstel geeft soms toch schade
Radioactieve straling: hoog energetisch, dringt diep door in weefsels
X-rays en gamma rays
Base-deleties, base cross-links en DNA breuken
UV-licht: minder hoog energetisch, dringt niet door huid
Base-dimeren door cross-links
Ames test for identifying mutagenic compounds:
- Gemuteerde salmonella typhimurium kan
geen histidine (His; aminozuur) maken als gevolg
van puntmutatie in gen
- Groeit als:
- Histidine in medium aanwezig is
- OF wanneer mutatie is geïnduceerd
die synthese van HIS mogelijk maakt
- Test bepaalt mutatiefrequentie → mutageniciteit stof
, Genen & Cellen
Genen
Ames test op sigarettenrook
- Negatieve controle: geen rook
- Positieve controle: bekend mutagene stof (EMS)
- Test stof: concentraat sigarettenrook
DNA repair → herstel van DNA aanwezig in alle organismen
(system lijkt op elkaar → homoloog (verwant))
- Proofreading door DNA polymerase tijdens replicatie
- DNA polymerase herkent en hersteld fouten, omdat baseparing verstoort is, dan kan
DNA polymerase namelijk niet verder. Schuift dan terug (3’ naar 5’) over het DNA en
haalt het verkeerde basepaar er daarmee af. Gaat dan weer verder
- Other DNA repair (onafhankelijk van replicatie en vlak voor de cel deelt):
- DNA damage detection
- Repair of DNA damage
DNA repair tussen replicatierondes (voor de cel deelt)
- Direct repair
- Enzymen herkennen en verwijderen DNA schades
- Enzyme specifiek voor schade
- Thymine dimers, methylering en alkylering
- Verwijdering beschadigde DNA streng gevolgd door synthese nieuw DNA zonder schade
- Meerdere typen schades, NER (Nucleotide Excision Repair)
- Algemeen systeem in alle organismen aanwezig (eu- en prokaryoten)
- DNA streng met schade erin wordt eerst verwijderd
- Daarna is onbeschadigde overblijvende DNA streng template voor DNA
synthese en klopt DNA sequentie weer
NER and human genetic disease
- Human NER systems were discovered by the analysis of genetic diseases due to defects in DNA
repair processes
- Xeroderma pigmentosum (XP), Cockayne’s syndrome (CS), Trichothiodystrophy
(PIBIDS)
- All syndromes give Photosensitivity, because of an inability to repair UV-induced lesions
Kanker en tumorvorming
- Kanker (in multicellulaire organismen) → ongecontroleerde/ongeremde celdeling
- 100.000 mensen per jaar gediagnosticeerd en 40.000 sterfgevallen in Nederland
- 10% vd gevallen: kans op kanker hoger door erfelijke eigenschap (borstkanker)
- 90% vd gevallen: Meeste kankervormen ontstaan uit genetische verandering tijdens je leven
Carcinogenen → stoffen die kans op tumor-ontwikkeling verhogen (mutagene stof die DNA in
somatische cellen verandert)
- Van blootstelling hieraan zijn 80% vd kankers het gevolg
Genen
College 1
Mutaties: overerfbare verandering in genetische code
Uitkomst kan schadelijk, maar ook nuttig zijn
Essentieel voor ontwikkeling en voortgang leven → zorgt voor variatie en evolutie
DNA repair herstelt DNA schade
Kanker is gevolg van gemuteerde genen
Veranderen de DNA sequentie
Puntmutatie treft een basepaar, 2 type veranderingen:
1. Verandering van nucleotide type → basenvolgorde
2. Deletie of insertie van nucleotide
Kan allebei ook bij grotere delen DNA zijn
Gen mutaties kunnen de aminozuurvolgorde veranderen (als dat gen belangrijk is voor codering eiwit)
- Missense mutation (non-synonymous) → door de mutatie verandert het codon voor een
aminozuur in de sequentie, waardoor er 1 ander aminozuur in het eiwit zit
- bv Sickle-cell anemie en hemoglobin mutatie
- Silent mutation (non-synonymous) → nieuwe aminozuur lijkt erg op oorspronkelijke aminozuur
- Silent mutation (synonymous) → gemuteerd codon geeft hetzelfde aminozuur
- Codon codes zijn gedegenereerd
- Nonsense mutation → normaal codon muteert naar stop codon
- Gecodeerd eiwit is korter (truncated), mist deel van de functies normale eiwit
- Frameshift mutation → insertie of deletie van 1 of 2 nucleotides (niet 3 of 6 ofz)
- Geeft frameshift → genen verschuiven in de codons
- Compleet andere aminozuurvolgorde achter de insertie/deletie
- Meest ernstige vorm van mutatie in genen
Regulatoire sequenties → mutaties buiten coderende sequentie van een gen
- Een mutatie kan promotor treffen en heeft dan invloed op de mate van initiatie van transcriptie
- Kan zowel hogere als lagere genexpressie
- Zowel puntmutaties als inserties/deleties
- Een mutatie van in de regulatory elements (enhancers, silencers)
- Binding-site voor Transcriptie Regulator verandert door mutatie en daardoor binding
- Zowel puntmutaties als inserties/deleties
Mutaties in kiemlijn vs somatische cellen
Wanneer & waar mutatie bepaalt ernst effect (kan mutatie worden doorgegeven?)
- Germ-line cells → kiemlijn maakt gameten (geslachtscellen)
- Ei- en spermacellen en hun voorlopers
- Mutaties worden doorgegeven aan nageslacht
- Somatic cells → cellen in weefsels (niet betrokken bij voortplanting). Mutaties kunnen
vroeg of laat in ontwikkeling plaatsvinden
- Mozaïek patroon door mutaties vroeg in ontwikkeling weefsel
, Genen & Cellen
Genen
Spontane mutaties door biologische processen
- Veroudering nucleotides
- Fouten DNA replicatie, DNA repair en effect van transposons
- Toxische stoffen uit cellulair metabolisme (bv zuurstof radicalen)
- Frequentie in mens: 1 mutatie per 1 miljoen genen per celdeling (laag door DNA-repair)
- Kleine kans dus (meer kans in grote genen)
- Gevaar van schade:
- Verandering functie eiwitten
- Mutaties gevaarlijk bij replicatie → celdeling geblokkeerd
- Puntmutaties (1 nucleotide)
- Deleties/inserties (1 nucleotide/transposon)
- Breuken in DNA strengen → deleties en inserties
- Re-arrangement van chromosomen (bij heel veel breuken), doordat verkeerde
stukken aan elkaar worden gezet, kunnen genen door verstoord raken
Geïnduceerde mutaties gevolg van omgevingsfactoren (chemische stoffen/straling)
- Mutatiefrequentie door omgevingsfactoren hoger dan door spontane reacties
- Meer mutaties per cel
- Sommige typen geïnduceerde mutaties zijn moeilijker te herstellen
- Grotere kans op chromosoombreuken → herstel geeft soms toch schade
Radioactieve straling: hoog energetisch, dringt diep door in weefsels
X-rays en gamma rays
Base-deleties, base cross-links en DNA breuken
UV-licht: minder hoog energetisch, dringt niet door huid
Base-dimeren door cross-links
Ames test for identifying mutagenic compounds:
- Gemuteerde salmonella typhimurium kan
geen histidine (His; aminozuur) maken als gevolg
van puntmutatie in gen
- Groeit als:
- Histidine in medium aanwezig is
- OF wanneer mutatie is geïnduceerd
die synthese van HIS mogelijk maakt
- Test bepaalt mutatiefrequentie → mutageniciteit stof
, Genen & Cellen
Genen
Ames test op sigarettenrook
- Negatieve controle: geen rook
- Positieve controle: bekend mutagene stof (EMS)
- Test stof: concentraat sigarettenrook
DNA repair → herstel van DNA aanwezig in alle organismen
(system lijkt op elkaar → homoloog (verwant))
- Proofreading door DNA polymerase tijdens replicatie
- DNA polymerase herkent en hersteld fouten, omdat baseparing verstoort is, dan kan
DNA polymerase namelijk niet verder. Schuift dan terug (3’ naar 5’) over het DNA en
haalt het verkeerde basepaar er daarmee af. Gaat dan weer verder
- Other DNA repair (onafhankelijk van replicatie en vlak voor de cel deelt):
- DNA damage detection
- Repair of DNA damage
DNA repair tussen replicatierondes (voor de cel deelt)
- Direct repair
- Enzymen herkennen en verwijderen DNA schades
- Enzyme specifiek voor schade
- Thymine dimers, methylering en alkylering
- Verwijdering beschadigde DNA streng gevolgd door synthese nieuw DNA zonder schade
- Meerdere typen schades, NER (Nucleotide Excision Repair)
- Algemeen systeem in alle organismen aanwezig (eu- en prokaryoten)
- DNA streng met schade erin wordt eerst verwijderd
- Daarna is onbeschadigde overblijvende DNA streng template voor DNA
synthese en klopt DNA sequentie weer
NER and human genetic disease
- Human NER systems were discovered by the analysis of genetic diseases due to defects in DNA
repair processes
- Xeroderma pigmentosum (XP), Cockayne’s syndrome (CS), Trichothiodystrophy
(PIBIDS)
- All syndromes give Photosensitivity, because of an inability to repair UV-induced lesions
Kanker en tumorvorming
- Kanker (in multicellulaire organismen) → ongecontroleerde/ongeremde celdeling
- 100.000 mensen per jaar gediagnosticeerd en 40.000 sterfgevallen in Nederland
- 10% vd gevallen: kans op kanker hoger door erfelijke eigenschap (borstkanker)
- 90% vd gevallen: Meeste kankervormen ontstaan uit genetische verandering tijdens je leven
Carcinogenen → stoffen die kans op tumor-ontwikkeling verhogen (mutagene stof die DNA in
somatische cellen verandert)
- Van blootstelling hieraan zijn 80% vd kankers het gevolg
