DNA TAMİR MEKANİZMALARI. Prof. Dr. Filiz ÖZBAŞ GERÇEKER

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "DNA TAMİR MEKANİZMALARI. Prof. Dr. Filiz ÖZBAŞ GERÇEKER"

Ilker Akagündüz
8 yıl önce
İzleme sayısı:

1 DNA TAMİR MEKANİZMALARI Prof. Dr. Filiz ÖZBAŞ GERÇEKER

2 Baz kaybı DNA hasarları Baz modifikasyonları Deaminasyon Kimyasal modifikasyon Işık hasarı (UV) Replikasyon hataları Zincirler arası çapraz bağlantıları DNA-protein çapraz bağlantıları Zincir kırıkları

Replikasyon hataları Zincirler arası çapraz

4 DNA Tamiri Her gün insan hücresinde (ısı, metabolik hasar, radyasyon, çevresel faktörler..vb nedenlerle) DNA da meydana gelen binlerce baz değişiminden sadece çok azı mutasyon olarak kalıcıdır. 1/1000 den az baz değişimi mutasyon, geri kalanı tamir mekanizmaları ile ortadan kaldırılıyor. Hücre çok miktarda DNA tamir enzimi sentezler = DNA tamirinin önemi DNA tamir mekanizmasında rol alan genlerin inaktivasyonu = mutasyon hızında ciddi artış DNA tamir mekanizmalarının çoğu ilk olarak bakterilerdeki yüksek mutasyon hızına sahip veya DNA hasarına çok duyarlı mutantların izolasyonu ve tanımlanması sonucunda keşfedilmiştir.

1/1000 den az baz değişimi mutasyon, geri kalanı tamir mekanizmaları ile ortadan kaldırılıyor.

5 Tamir mekanizmaları olmasaydı DNA dizisi hızla değişirdi!! İnsanda ısı değişimine bağlı olarak hergün ~ 5000 pürin bazı depurinasyon olayı nedeniyle kaybediliyor. Sitozinin urasile deaminasyonu günde ~ 100/hücre UV ışığı T dimerlerinin oluşumuna neden oluyor.

depurinasyon olayı nedeniyle kaybediliyor.

6 DNA çift zincir yapısı tamir için ideal!! Genetik bilginin iki bağımsız kopyası Bir zincirde bir değişim olduğunda diğer zincir doğru bilgiyi taşıyor, tamir için kolaylık. Genellikle tüm organizmalarda çift zincir DNA bulunması!! Tek zincirli virüslerde; baz değişimlerinin kalıcı olma şansı Her hücrede çok sayıda tamir mekanizması ve özgül enzimler mevcut.

doğru bilgiyi taşıyor, tamir için kolaylık.

7 DNA Hasarı birden fazla mekanizma ile ortadan kaldırılabilir. Direk tamir mekanizmaları Fotoreaktivasyon onarımı DNA ligaz Eksizyon tamir mekanizmaları Baz eksizyon Nükleotid eksizyon Proofreading ve yanlış eşleşme ( mismatch ) onarımı Replikasyon sonrası onarımı SOS tamiri Zincir kırıklarının onarımı

mekanizmaları Baz eksizyon Nükleotid eksizyon Proofreading ve yanlış

8 Fotoreaktivasyon Onarımı UV ışığı T dimer Bakterilerde UV hasarının onarımı Fotoreaktivasyon onarım işlevi ısıya duyarlı ışıkla uyarılan mekanizmaenzimler!! Fotoreaktivasyon enzimi (PRE) DNA fotoliaz : timin dimerleri arasındaki bağı kırar. Enzim dimere karanlıkta bağlanabilir ancak dimeri kırmak için ışığa gereksinim duyar.

! Fotoreaktivasyon enzimi (PRE) DNA fotoliaz : timin dimerleri arasındaki bağı

10 Direk tamir mekanizmaları - DNA ligaz 5 fosfat veya 3 OH kırıklarının tamiri Enerji gerektiren bir reaksiyon ile 5' fosfat grubu ile 3'OH grubu arasındaki fosfodiester bağını oluşturur.

11 Eksizyon tamir mekanizmaları Baz eksizyon Nükleotid eksizyon 3 temel basamak : Hatanın algılanması ve enzimatik olarak çıkarılması DNA pol I tarafından boşlukların doldurulması DNA ligaz tarafından yapıştırma işlemi

enzimatik olarak çıkarılması DNA pol I tarafından

12 Baz eksizyon tamiri DNA bazlarının spontan hidrolizi ve onları kimyasal yolla değiştiren etkenler nedeniyle oluşan azotlu bazların hasarının onarılması DNA glikozilaz enzimleri : her biri belirli bir değişmiş nükleotidi algılayıp kesip çıkarabilir. (ör. Deamine olmuş C, deamine olmuş A, alkillenmiş ve okside olmuş bazlar, açılmış halkalı bazlar, C=C nin C-C dönüştüğü bazlar) Çok sayıda özgül DNA glikozilaz

değişmiş nükleotidi algılayıp kesip çıkarabilir. (ör.

14 Nükleotid eksizyon tamiri DNA çift zincirindeki büyük değişimlerin tamiri Primidin dimerler (T-T, T-C), karsinojen benzopiren gibi büyük hidrokarbonlarla bazların kovalent reaksiyonları vb. Tüm organizmalarda ortak basamaklar : Hasarın algılanması Multiprotein kompleksinin hasarlı bölgeye bağlanması Hasarlı bölgenin her iki ucunda (5 ve 3 ) birkaç nükleotid uzağından kesim Hasarlı bölgeyi içeren parçanın uzaklaştırılması DNA pol ile boşluğun doldurulması DNA ligaz ile yapıştırma

Tüm organizmalarda ortak basamaklar : Hasarın algılanması Multiprotein kompleksinin hasarlı bölgeye bağlanması Hasarlı

15 Prokaryotlarda NER ABC ekzonükleaz uvra - hasarın algılanması uvrb - çift zincirin ayrılması uvrc - endonükleaz aktivitesi uvrd (Helikaz): hasarlı bölgeyi içeren parçanın çıkarılması

17 İnsanda NER

18 NER ve genetik hastalıklar XP Xeroderma pigmentosum Kanser XPA-G genleri - 7 genden herhangi birindeki mutasyon --- XP Cockayne sendromu (CS) Yaşlanma CS-A CS-B XPB/CS XPD/CS XPG/CS Trichothiodystrophy (TTD) Yaşlanma TTD-A XPB/TTD XPD/TTD

Cockayne sendromu (CS) Yaşlanma CS-A CS-B XPB/CS XPD/CS

20 Yanlış eşleşme ve mismatch tamir mekanizması DNA replikasyonu sırasında yanlış eşleşmeler DNA pol III hata okuma (proofreading) özelliğine sahip Hata okuma sırasında düzeltilmeyen hataların onarımı: mismatch tamir mekanizması İlk çalışmalar E.coli de MutS, MutL, MutH

özelliğine sahip Hata okuma sırasında düzeltilmeyen hataların

21 Mismatch tamir sistemi MutS yanlış eşleşmeyi algılar ve bölgeye bağlanır. MutL nin bağlanması ile kompleks kararlılık kazanır. MutS-MutL kompleksi MutH yi aktive eder, muth yakın bölgedeki metil grubu ekler ve karşı zincirde kesik oluşturur. UvrD (Helicase II) proteini kesip-çıkarma işlemine yardımcı olur. DNA pol sentez ve DNA ligaz-yapıştırma

22 Hangi zincirde hata var? E.coli de yeni sentezlenen zincir henüz metillenmemiş olduğu için bu seçim kolay. Metillenmiş zincir eski zincir büyük olasılıkla doğru bilgi

23 Eski zincir Yanlış eşleşme Yeni zincir MutS, MutL, helikaz, ekzonükleaz DNA polimeraz DNA ligaz

24 Mismatch tamirinde rol alan genler E.coli Maya İnsan

25 İnsanda mismatch tamiri Kırığın olduğu zincirde yeni bir kırık oluşturulması Ekzonükleaz I ile kesip çıkarma DNA pol δ ile boşluk doldurma ve DNA ligaz ile ligasyon

26 Mismatch tamir mekanizması hastalık ilişkisi Herediter non-polipozis kolon kanseri (HNPCC) Erken yaşta görülen kolon kanseri tipi Hastaların büyük bir kısmında MSH2 ve MLH1 genlerinde mutasyonlar ve ayrıca MSH6, PMS2 ve PMS1 genlerinde defektler mevcuttur.

27 Replikasyon sonrası onarımı Hasarlı DNA nın onarımdan kaçmasından ve tam olarak replike edilmede başarısız olmasından sonra aktif hale gelmektedir. Hasarlı DNA replike olurken, DNA pol lezyonda duraklar, yeni sentezlenen zincir boyunca boşluk bırakarak onun üzerinden atlar. Tek zincir boşluklarına yanıt olarak, RecA proteini rekombinasyonel bir değiş-tokuş işlemi ile başlangıçta hasarsız komplementer zincirde bulunan bir segmenti bu boşluğa sokup onu tamamlar. Sonuçta verici zincirde boşluk kalır, replikasyon ilerlerken doldurulur.

29 SOS tamir mekanizması DNA daki hasar büyük ölçekli ise ve diğer tamir mekanizmaları işe yaramadıysa ya da devre dışı kaldıysa bu sistem aktive olur. DNA sentezi sırasında, DNA polimerazın hataya rağmen replikasyona devam etmesi sağlanır. Boşluk oluşturulmaz, replikasyonun doğruluğundan fedakarlık edilir. Hataya-meyilli tamir sistemi Yaşamak için mutasyona göz yummak! lexa, reca, uvra, uvrb, uvrc, umudc, sula, sulb, ve ssb ~20 gen SOS sisteminde görev alır.

30 Zincir kırıklarının onarımı Çift zincir kırıklarının onarımı Tek zincir kırıklarının onarımı

31 Çift zincir kırıklarının onarımı İki farklı yol: 1. Homolog rekombinasyon 2. Serbest uçların homolog olmayan şekilde birleşmesi

32 Homolog rekombinasyon Serbest 3 oluşturacak şekilde uçların işlenmesi Homolog DNA nın çağrılması Zincir değişimi, D-halka oluşumu 3 uçların uzatılması (homolog DNA kalıp olarak kullanılır) Çift Holliday yapısının oluşması Holliday yapısının hareketi Holliday yapısının bozulması Gen dönüşümü Kros-over

33 Serbest uçların homolog olmayan şekilde birleşmesi Kromozom kırıkları sonrasında doğru çift zincir uçlarını birleştirerek kromozom mutasyonlarını engeller. Doğru çift zincir uçların yeniden birleştirilebilmesi için iki ucun tamir edilene kadar birarada tutulması (sinapsis) gerekiyor!

34 DNA da çift zincir kırığının oluşması Ku proteininin uçlara bağlanması Ku tarafından diğer proteinlerin çağırlması Uçların yaklaştırılması Nükleaz, polimeraz..vb.ile tamir DNA ligaz ile yapıştırma

35 Tek zincir kırıkların tamiri poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) kırık bölgesine bağlanır. XRCC1 ve ligaz 3 bağlanır. Memelilerde PNK ile uçların modifikasyonu Polβ ile boşlukların doldurulması Ligaz 3 ile yapıştırma

36 İnsanda tamir mekanizması bozuklukları Gen / Protein Fenotip Etkilenen olay MSH2, MSH3, MSH6, MLH1, PMS2 XPA-G BRCA-2 Kolon kanseri Cilt kanseri, Uv duyarlılık, nörolojik anomaliler Yanlış eşleşme tamiri Nükleotid eksizyon tamiri Meme ve over kanseri Homolog rekombinasyon tamiri

Benzer belgeler

DNA Tamiri ve Rekombinasyonu

DNA Tamiri ve Rekombinasyonu Bitkilerdeki 3 genom UV ve radyosyonun diğer formları, kimyasallar, ve diğer streslerle (örneğin oksidatif, ısı vb.) devamlı hasar görür. Bazı proteinler onarımda ve rekombinasyonda