DNA replicatie, reparatie, recombinatie
maandag 5 september 2022
09:02
Kennisclip I
Mutatierate: 1 fout per 10^10 per celgeneratie
- bacterieël genoom kan foutloos gekopieerd
- mensen meer delingen -> meer mutaties
> geen probleem want maar deel DNA is coderend voor eiwitten
Hoge precisie DNA replicatie
1. 5' -> 3' polymerisatie
2. 3' -> 5' proofreading door DNA polymerase
3. mismatch repair
DNA polymerase
Nucleotiden toegevoegd aan 3' (P site)
2 fosfaatgroepen van de trifosfaat afgeknipt -> energie komt vrij voor binding
Zorgt voor extra controle op baseparing
Fout is nog herstelbaar: knipt foute nucleotide eruit door exonuclease activiteit, herstelt met goede
substraat. Dit gebeurt in de editing site (E).
Heeft een DNA primase enzym nodig, plaatst een RNA primer
Replicatie lezen vindt plaats van 3 -> 5, productie van 5 -> 3. Heeft te maken met energiebron fosfaat
die aan 5' kant zit, en omdat DNA polymerase nieuwe nucleotiden bindt aan 3'OH
- Helicase haalt strengen uit replicatievork uit elkaar, energie door ATP hydrolyse
- 2 DNA polymerases, 1 voor leading en 1 voor de lagging
- Sliding clamp zodat polymerase aan streng vast zit
- Single Strand DNA binding protein voorkomt vorming stem loops
Strand Directed Mismatch Repair
Mismatch zo gerepareerd dat fout van de dochterstreng af wordt geknipt
Bacterie: ouderstreng heeft methylatie op A van GATC, hierdoor nicking. Nicking wordt herkend door
MutS en door repair DNA synthese gerepareerd. Ligase reparatie nicks.
Eukaryoten: nick in de nieuwe streng
Topoisomerase
DNA topoisomerase I verwijdert de draaispanning door single strand break. Heeft in katalytische site
een tyrosine-OH, bindt aan DNA fosfaat en breekt een fosfodiester binding. Nick kan weer opnieuw
vast worden gemaakt, gebruikt energie uit fosfotyrosine binding
DNA topoisomerase II gebruikt 2 ATP om dsbreuk te maken. Zorgt dat strengen elkaar kunnen
passeren
Overeenkomsten:
,DNA replicatie in bacteriën
Veel voedsel? -> veel replicatie
Replicatie origin: veel AT (2 waterstofbruggen -> makkelijk uit elkaar). Hier wordt helicase geplaatst -
> replicatievork. Vervolgens maak primase de primers.
Als replicatie klaar is wordt initiator afgebroken, kan tijdje geen nieuwe op starten.
Genoeg nutriënten + methylatie (gAtc)? -> replicatie kan starten
Op hemimethylated origin kan geen initiatie plaatsvinden, helemaal methylated wel competent
DNA replicatie in eukaryoten
- langzamer dan bacteriën: DNA verpakt in chromatine
- verschillende celtypen kunnen verschillende origins gebruiken
- belangrijk dat alle origins maar 1 cyclus activeren
> proces: tijdens G1 wordt ORC gevormd op AT rijke sequentie. Helicase bindt aan streng m .
(inactief) = pre replicative complex. S fase -> helicase gefosforyleerd + ORC gefosforyleerd . .
(inactief).
> Defosforylatie ORC pas weer in G1.
Nucleosomen worden los tijdens replicatie: H2A + H2B gaan weg. H3/H4 blijven zitten en worden
50/50 verdeeld tussen 2 nieuwe strengen. Tijdens S fase nieuwe histonen toegevoegd.
The End Problem
RNA primer wordt verwijderd -> 1 uiteinde heb je een overhang. Tijdens replicatie zou dit verloren
gaan. Telomerase zorgt dat telomeren worden verlengd.
Telomerase = reverse transcriptase.
Overhang wordt beschermd door T loop (shelterin), zo beschermd tegen reparatie
Als telomerase niet aan staat wordt DNA snel te kort en gaan coderende sequenties weg ->
bescherming
,Kennisclip II
DNA schade
depurinatie: guanine wordt verwijderd door reactie met H2O
deaminatie: aminogroep cytosine verwijderd -> Uracil (hoort niet in DNA)
zonlicht: pyrimidine dimeren
> DNA repair
Enkelstrengs breuken
Base excision repair (depurinatie/deaminatie): DNA glycosylases verwijderen verkeerde bases door
uitflippen, endonuclease/fosfodiesterase verwijderen suiker, DNA polymerase voegt juist nucleotide
toe, ligase seals
Nucleotide excision repair (zonlicht): 12 basen eruit geknipt door excision nuclease, helicase
verwijderd basen, DNA polymerase + ligase repareren
Niet verwijderd? sliding clamp geubiquitineerd, DNA polymerase valt eraf, translesie DNA
polymerase bindt aan gemodificeerde sliding clamp, gokken welke base ze erin moeten zetten
, voordeel = beschadigd DNA alsnog gerepliceerd
nadeel = door educated guess vaak nog beschadiging
Dubbelstrengs breuken
Non homologous end joining: uiteinden aan elkaar geplakt, herkenning door Ku heterodimeren
Voordeel: gebeurt snel
Nadeel: litteken/mutatie ontstaat, 2 chromosomen kunnen gekoppeld worden (chromosoom
translocatie -> 2 verschillende genen aan elkaar)
Homologe recombinatie
1. breuk wordt verder gemaakt -> uitstekende 3 uiteinden
2. ssDNA vanaf 3 gaat in DNA om te zoeken naar matchende sequentie
> hoe komt het in stabiel DNA?
RecA (bacterie) / Rad51 (euk) bindt ssDNA -> interactie met dsDNA (ATP) -> invasie
-> defosforylatie
3. sequentie onbeschadigd DNA geeft perfecte kopie
4. DNA wordt compleet hersteld
5. ligatie
Functie:
- reparatie replicatie vork
- reparatie dsDNA breuken
- meiotische recombinatie
Teveel HR: tussen 2 chromosomen tussen vader en moeder -> verlies van heterozygoteit (kopiëren
van slechte kopie). Kan zorgen voor kanker
Te weinig: kan zorgen voor kanker
> Meiose: HR zorgt voor uitwisselen info vader en moeder chromosoom
Zou dit niet gebeuren? Genen nooit genetisch gescheiden
1. Crossover van stukjes chromosoom
2. Gen conversie: kleine stukjes DNA verandert op basis van sequentie anderen
Meiotic recombinatie: Mre11 nuclease en Spo11 knippen chromosoom -> nuclease verwijdert
uiteinden -> RecA zorgt voor strand exchange
Kruispunt waar invasie heeft plaatsgevonden: holliday junction
Kan geschoven worden (ATP), branch migration
Voordeel: langere stukken DNA waar heteroduplex wordt gevormd -> 2 stukken chromosoom van 2
ouders
Kan op 2 stukken geknipt worden
Kennisclip III
maandag 5 september 2022
09:02
Kennisclip I
Mutatierate: 1 fout per 10^10 per celgeneratie
- bacterieël genoom kan foutloos gekopieerd
- mensen meer delingen -> meer mutaties
> geen probleem want maar deel DNA is coderend voor eiwitten
Hoge precisie DNA replicatie
1. 5' -> 3' polymerisatie
2. 3' -> 5' proofreading door DNA polymerase
3. mismatch repair
DNA polymerase
Nucleotiden toegevoegd aan 3' (P site)
2 fosfaatgroepen van de trifosfaat afgeknipt -> energie komt vrij voor binding
Zorgt voor extra controle op baseparing
Fout is nog herstelbaar: knipt foute nucleotide eruit door exonuclease activiteit, herstelt met goede
substraat. Dit gebeurt in de editing site (E).
Heeft een DNA primase enzym nodig, plaatst een RNA primer
Replicatie lezen vindt plaats van 3 -> 5, productie van 5 -> 3. Heeft te maken met energiebron fosfaat
die aan 5' kant zit, en omdat DNA polymerase nieuwe nucleotiden bindt aan 3'OH
- Helicase haalt strengen uit replicatievork uit elkaar, energie door ATP hydrolyse
- 2 DNA polymerases, 1 voor leading en 1 voor de lagging
- Sliding clamp zodat polymerase aan streng vast zit
- Single Strand DNA binding protein voorkomt vorming stem loops
Strand Directed Mismatch Repair
Mismatch zo gerepareerd dat fout van de dochterstreng af wordt geknipt
Bacterie: ouderstreng heeft methylatie op A van GATC, hierdoor nicking. Nicking wordt herkend door
MutS en door repair DNA synthese gerepareerd. Ligase reparatie nicks.
Eukaryoten: nick in de nieuwe streng
Topoisomerase
DNA topoisomerase I verwijdert de draaispanning door single strand break. Heeft in katalytische site
een tyrosine-OH, bindt aan DNA fosfaat en breekt een fosfodiester binding. Nick kan weer opnieuw
vast worden gemaakt, gebruikt energie uit fosfotyrosine binding
DNA topoisomerase II gebruikt 2 ATP om dsbreuk te maken. Zorgt dat strengen elkaar kunnen
passeren
Overeenkomsten:
,DNA replicatie in bacteriën
Veel voedsel? -> veel replicatie
Replicatie origin: veel AT (2 waterstofbruggen -> makkelijk uit elkaar). Hier wordt helicase geplaatst -
> replicatievork. Vervolgens maak primase de primers.
Als replicatie klaar is wordt initiator afgebroken, kan tijdje geen nieuwe op starten.
Genoeg nutriënten + methylatie (gAtc)? -> replicatie kan starten
Op hemimethylated origin kan geen initiatie plaatsvinden, helemaal methylated wel competent
DNA replicatie in eukaryoten
- langzamer dan bacteriën: DNA verpakt in chromatine
- verschillende celtypen kunnen verschillende origins gebruiken
- belangrijk dat alle origins maar 1 cyclus activeren
> proces: tijdens G1 wordt ORC gevormd op AT rijke sequentie. Helicase bindt aan streng m .
(inactief) = pre replicative complex. S fase -> helicase gefosforyleerd + ORC gefosforyleerd . .
(inactief).
> Defosforylatie ORC pas weer in G1.
Nucleosomen worden los tijdens replicatie: H2A + H2B gaan weg. H3/H4 blijven zitten en worden
50/50 verdeeld tussen 2 nieuwe strengen. Tijdens S fase nieuwe histonen toegevoegd.
The End Problem
RNA primer wordt verwijderd -> 1 uiteinde heb je een overhang. Tijdens replicatie zou dit verloren
gaan. Telomerase zorgt dat telomeren worden verlengd.
Telomerase = reverse transcriptase.
Overhang wordt beschermd door T loop (shelterin), zo beschermd tegen reparatie
Als telomerase niet aan staat wordt DNA snel te kort en gaan coderende sequenties weg ->
bescherming
,Kennisclip II
DNA schade
depurinatie: guanine wordt verwijderd door reactie met H2O
deaminatie: aminogroep cytosine verwijderd -> Uracil (hoort niet in DNA)
zonlicht: pyrimidine dimeren
> DNA repair
Enkelstrengs breuken
Base excision repair (depurinatie/deaminatie): DNA glycosylases verwijderen verkeerde bases door
uitflippen, endonuclease/fosfodiesterase verwijderen suiker, DNA polymerase voegt juist nucleotide
toe, ligase seals
Nucleotide excision repair (zonlicht): 12 basen eruit geknipt door excision nuclease, helicase
verwijderd basen, DNA polymerase + ligase repareren
Niet verwijderd? sliding clamp geubiquitineerd, DNA polymerase valt eraf, translesie DNA
polymerase bindt aan gemodificeerde sliding clamp, gokken welke base ze erin moeten zetten
, voordeel = beschadigd DNA alsnog gerepliceerd
nadeel = door educated guess vaak nog beschadiging
Dubbelstrengs breuken
Non homologous end joining: uiteinden aan elkaar geplakt, herkenning door Ku heterodimeren
Voordeel: gebeurt snel
Nadeel: litteken/mutatie ontstaat, 2 chromosomen kunnen gekoppeld worden (chromosoom
translocatie -> 2 verschillende genen aan elkaar)
Homologe recombinatie
1. breuk wordt verder gemaakt -> uitstekende 3 uiteinden
2. ssDNA vanaf 3 gaat in DNA om te zoeken naar matchende sequentie
> hoe komt het in stabiel DNA?
RecA (bacterie) / Rad51 (euk) bindt ssDNA -> interactie met dsDNA (ATP) -> invasie
-> defosforylatie
3. sequentie onbeschadigd DNA geeft perfecte kopie
4. DNA wordt compleet hersteld
5. ligatie
Functie:
- reparatie replicatie vork
- reparatie dsDNA breuken
- meiotische recombinatie
Teveel HR: tussen 2 chromosomen tussen vader en moeder -> verlies van heterozygoteit (kopiëren
van slechte kopie). Kan zorgen voor kanker
Te weinig: kan zorgen voor kanker
> Meiose: HR zorgt voor uitwisselen info vader en moeder chromosoom
Zou dit niet gebeuren? Genen nooit genetisch gescheiden
1. Crossover van stukjes chromosoom
2. Gen conversie: kleine stukjes DNA verandert op basis van sequentie anderen
Meiotic recombinatie: Mre11 nuclease en Spo11 knippen chromosoom -> nuclease verwijdert
uiteinden -> RecA zorgt voor strand exchange
Kruispunt waar invasie heeft plaatsgevonden: holliday junction
Kan geschoven worden (ATP), branch migration
Voordeel: langere stukken DNA waar heteroduplex wordt gevormd -> 2 stukken chromosoom van 2
ouders
Kan op 2 stukken geknipt worden
Kennisclip III
