CELLEN – HOORCOLLEGE 27-34 – 2017/2018
Hoorcollege 27 + 28: DNA Repair en recombinatie (16-10-2017)
DNA-repair
• Fouten tijdens DNA-replicatie (delende cellen).
• Proofreading: enkele DNA streng.
• Mismatch repair: enkele DNA streng.
• Fouten na DNA-replicatie (niet-delende cellen).
• BER (Base Excisie Repair): enkele DNA streng.
• NER (Nucleotide(n) Excisie Repair): enkele DNA streng.
• Non-homologous end-joining: dubbele DNA streng.
Homologe recombinatie: dubbelstrengs breuk
• Homologe recombinatie tijdens S-fase en G2-fase: zuster chromatide. Homologe chromosomen
liggen dicht bij elkaar.
• Homologe recombinatie tijdens meiose: ouder chromatide. Geen DNA-schade, maar een
geïnduceerde dubbelstrengs breuk (geplande recombinatie).
Bij enkelstrengs breuken kan de andere streng gebruikt worden voor herstel van de streng d.m.v.
complementaire basenparing.
DNA schade veroorzaakt een DNA damage response. Er worden eiwitten getranscribeerd en getransleerd
voor:
• DNA repair
• Het stopzetten van de celcyclus.
• Remming/Stimulatie van transcriptie van bepaalde eiwitten.
• Apoptose van de cel.
Repair mechanismen voor fouten die tijdens DNA-replicatie ontstaan
Een ouderstreng wordt als template gebruikt om een dochterstreng te synthetiseren. DNA-replicatie is
semi-conservatief. Dit proces verloopt bijna foutloos. Het geeft onze cellen genetische stabiliteit.
Fouten tijdens DNA-replicatie kunnen worden hersteld door twee mechanismen: proofreading en
mismatch repair.
Proces Nauwkeurigheid
DNA-replicatie (zonder proofreading) 1 fout per 105 nucleotiden.
DNA-replicatie (met proofreading, zonder 7
1 fout per 10 nucleotiden.
mismatch repair)
DNA-replicatie (met mismatch repair) 1 fout per 109 nucleotiden.
De kans dat een fout in een stukje DNA zit dat codeert voor een essentieel eiwit (en het eiwit verandert) is
heel klein, want DNA bestaat slechts voor 1,5% uit stukjes die coderen voor eiwitten.
Proofreading
DNA-polymerase heeft twee activiteiten: polymerisatie en proofreading.
1
,Proofreading = Als een foute nucleotide wordt ingebouwd, wordt deze verwijderd door de exonuclease
activiteit van DNA-polymerase.
Werking:
1. Elongatie DNA-replicatie.
2. Proofreading (herkennen fout door vormverandering DNA).
3. DNA-polymerase verplaatst naar achter en verwijdert de verkeerde
nucleotide door de exonuclease activiteit.
4. Elongatie DNA-replicatie.
Nucleotiden dragen zelf de energie bij zich voor de koppeling. Het is dus makkelijk
om een nucleotide los te maken en weer te koppelen.
Mismatch repair
Fouten die gemaakt worden tijdens DNA-replicatie kunnen worden opgelost met
mismatch repair. Het is belangrijk dat er onderscheid gemaakt wordt tussen de
ouderstreng en de nieuw gesynthetiseerde streng.
Werking:
1. Mismatch wordt herkend door specifieke repair eiwitten.
2. Verwijdering van een stuk van de nieuw gesynthetiseerde streng
m.b.v. een helicase.
• Eukaryoten: 30 nucleotiden.
• Prokaryoten: 13 nucleotiden.
3. Nieuwe synthese van het ontbrekende deel door DNA-polymerase.
4. De DNA-backbone sluiten door DNA-ligase.
Onderscheid tussen de ouderstreng en de nieuw gesynthetiseerde
streng bij prokaryoten
Bij prokaryoten wordt het DNA gemethyleerd bij specifieke
sequenties:
• 3’ GGTCC 5’.
• 3’ CTAG 5’.
• 3’ GGACC 5’.
Nieuw gesynthetiseerd DNA is nog niet gemethyleerd. Eiwitten die de mismatch repair uitoefenen
kunnen het onderscheid tussen wel of niet gemethyleerd DNA maken, waardoor er onderscheid
tussen de ouderstreng en de nieuw gesynthetiseerde DNA streng gemaakt kan worden.
Mutaties
Mutaties kunnen voorkomen in germ cells (geslachtscellen) en somatic cells (lichaamscellen).
Ze kunnen ontstaan door:
• Fouten van DNA-polymerase. (Iedere nucleotide kan muteren.) Tijdens DNA-replicatie.
(Onderscheid tussen ouderstreng en de nieuw gesynthetiseerde DNA streng.)
• Chemische reacties in een cel. Na DNA-replicatie. (Geen onderscheid tussen ouderstreng en de
nieuw gesynthetiseerde DNA streng. Repair mechanisme weet na DNA-replicatie niet in welke
streng de fout is ontstaan.)
• Depurinering.
• Deaminering.
2
, • UV-licht/Straling. Na DNA-replicatie. (Geen onderscheid tussen ouderstreng en de nieuw
gesynthetiseerde DNA streng. Repair mechanisme weet na DNA-replicatie niet in welke streng
de fout is ontstaan.)
• Thymine dimeren.
Deaminering
Een aminogroep (NH2-groep) wordt van de base (C,
A of G) afgehaald. De suikerfosfaat-backbone blijft
behouden.
Cytosine verandert door deaminering in uracil.
Er ontstaat een RNA-DNA-koppeling. Dit wordt
herkend als een fout.
Ook guanine en adenine kunnen gedeamineerd worden. Er ontstaat een
base die niet bestaat in een normale cel. Dit wordt herkend als een fout.
Gevolg (als de fout niet wordt opgelost) bij DNA-replicatie:
• 50% kans dat er een mutatie ontstaat in de nieuw gesynthetiseerde
streng. Puntmutatie.
• 50% kans dat er niets verandert in de nieuw gesynthetiseerde streng.
Depurinering
De gehele base wordt van de nucleotide gehaald. Alleen de suikergroep en fosfaatgroep blijft over. Dit is
een hydrolyse reactie. De suikerfosfaat-backbone blijft behouden.
Dit gebeurt alleen op purine basen: adenine en guanine.
Gevolg (als de fout niet wordt opgelost) bij DNA-replicatie:
• 50% kans dat er een deletie optreedt.
• 50% kans dat er niets verandert in de nieuw
gesynthetiseerde streng.
Thymine dimeren
Twee basen aan dezelfde streng worden covalent met elkaar verbonden. Dit vormt een barrière voor DNA-
polymerase en RNA-polymerase.
Mogenlijk tussen:
• Twee thymines (TT).
• Twee cytosines (CC).
• Een cytosine en een thymine (CT).
3
Hoorcollege 27 + 28: DNA Repair en recombinatie (16-10-2017)
DNA-repair
• Fouten tijdens DNA-replicatie (delende cellen).
• Proofreading: enkele DNA streng.
• Mismatch repair: enkele DNA streng.
• Fouten na DNA-replicatie (niet-delende cellen).
• BER (Base Excisie Repair): enkele DNA streng.
• NER (Nucleotide(n) Excisie Repair): enkele DNA streng.
• Non-homologous end-joining: dubbele DNA streng.
Homologe recombinatie: dubbelstrengs breuk
• Homologe recombinatie tijdens S-fase en G2-fase: zuster chromatide. Homologe chromosomen
liggen dicht bij elkaar.
• Homologe recombinatie tijdens meiose: ouder chromatide. Geen DNA-schade, maar een
geïnduceerde dubbelstrengs breuk (geplande recombinatie).
Bij enkelstrengs breuken kan de andere streng gebruikt worden voor herstel van de streng d.m.v.
complementaire basenparing.
DNA schade veroorzaakt een DNA damage response. Er worden eiwitten getranscribeerd en getransleerd
voor:
• DNA repair
• Het stopzetten van de celcyclus.
• Remming/Stimulatie van transcriptie van bepaalde eiwitten.
• Apoptose van de cel.
Repair mechanismen voor fouten die tijdens DNA-replicatie ontstaan
Een ouderstreng wordt als template gebruikt om een dochterstreng te synthetiseren. DNA-replicatie is
semi-conservatief. Dit proces verloopt bijna foutloos. Het geeft onze cellen genetische stabiliteit.
Fouten tijdens DNA-replicatie kunnen worden hersteld door twee mechanismen: proofreading en
mismatch repair.
Proces Nauwkeurigheid
DNA-replicatie (zonder proofreading) 1 fout per 105 nucleotiden.
DNA-replicatie (met proofreading, zonder 7
1 fout per 10 nucleotiden.
mismatch repair)
DNA-replicatie (met mismatch repair) 1 fout per 109 nucleotiden.
De kans dat een fout in een stukje DNA zit dat codeert voor een essentieel eiwit (en het eiwit verandert) is
heel klein, want DNA bestaat slechts voor 1,5% uit stukjes die coderen voor eiwitten.
Proofreading
DNA-polymerase heeft twee activiteiten: polymerisatie en proofreading.
1
,Proofreading = Als een foute nucleotide wordt ingebouwd, wordt deze verwijderd door de exonuclease
activiteit van DNA-polymerase.
Werking:
1. Elongatie DNA-replicatie.
2. Proofreading (herkennen fout door vormverandering DNA).
3. DNA-polymerase verplaatst naar achter en verwijdert de verkeerde
nucleotide door de exonuclease activiteit.
4. Elongatie DNA-replicatie.
Nucleotiden dragen zelf de energie bij zich voor de koppeling. Het is dus makkelijk
om een nucleotide los te maken en weer te koppelen.
Mismatch repair
Fouten die gemaakt worden tijdens DNA-replicatie kunnen worden opgelost met
mismatch repair. Het is belangrijk dat er onderscheid gemaakt wordt tussen de
ouderstreng en de nieuw gesynthetiseerde streng.
Werking:
1. Mismatch wordt herkend door specifieke repair eiwitten.
2. Verwijdering van een stuk van de nieuw gesynthetiseerde streng
m.b.v. een helicase.
• Eukaryoten: 30 nucleotiden.
• Prokaryoten: 13 nucleotiden.
3. Nieuwe synthese van het ontbrekende deel door DNA-polymerase.
4. De DNA-backbone sluiten door DNA-ligase.
Onderscheid tussen de ouderstreng en de nieuw gesynthetiseerde
streng bij prokaryoten
Bij prokaryoten wordt het DNA gemethyleerd bij specifieke
sequenties:
• 3’ GGTCC 5’.
• 3’ CTAG 5’.
• 3’ GGACC 5’.
Nieuw gesynthetiseerd DNA is nog niet gemethyleerd. Eiwitten die de mismatch repair uitoefenen
kunnen het onderscheid tussen wel of niet gemethyleerd DNA maken, waardoor er onderscheid
tussen de ouderstreng en de nieuw gesynthetiseerde DNA streng gemaakt kan worden.
Mutaties
Mutaties kunnen voorkomen in germ cells (geslachtscellen) en somatic cells (lichaamscellen).
Ze kunnen ontstaan door:
• Fouten van DNA-polymerase. (Iedere nucleotide kan muteren.) Tijdens DNA-replicatie.
(Onderscheid tussen ouderstreng en de nieuw gesynthetiseerde DNA streng.)
• Chemische reacties in een cel. Na DNA-replicatie. (Geen onderscheid tussen ouderstreng en de
nieuw gesynthetiseerde DNA streng. Repair mechanisme weet na DNA-replicatie niet in welke
streng de fout is ontstaan.)
• Depurinering.
• Deaminering.
2
, • UV-licht/Straling. Na DNA-replicatie. (Geen onderscheid tussen ouderstreng en de nieuw
gesynthetiseerde DNA streng. Repair mechanisme weet na DNA-replicatie niet in welke streng
de fout is ontstaan.)
• Thymine dimeren.
Deaminering
Een aminogroep (NH2-groep) wordt van de base (C,
A of G) afgehaald. De suikerfosfaat-backbone blijft
behouden.
Cytosine verandert door deaminering in uracil.
Er ontstaat een RNA-DNA-koppeling. Dit wordt
herkend als een fout.
Ook guanine en adenine kunnen gedeamineerd worden. Er ontstaat een
base die niet bestaat in een normale cel. Dit wordt herkend als een fout.
Gevolg (als de fout niet wordt opgelost) bij DNA-replicatie:
• 50% kans dat er een mutatie ontstaat in de nieuw gesynthetiseerde
streng. Puntmutatie.
• 50% kans dat er niets verandert in de nieuw gesynthetiseerde streng.
Depurinering
De gehele base wordt van de nucleotide gehaald. Alleen de suikergroep en fosfaatgroep blijft over. Dit is
een hydrolyse reactie. De suikerfosfaat-backbone blijft behouden.
Dit gebeurt alleen op purine basen: adenine en guanine.
Gevolg (als de fout niet wordt opgelost) bij DNA-replicatie:
• 50% kans dat er een deletie optreedt.
• 50% kans dat er niets verandert in de nieuw
gesynthetiseerde streng.
Thymine dimeren
Twee basen aan dezelfde streng worden covalent met elkaar verbonden. Dit vormt een barrière voor DNA-
polymerase en RNA-polymerase.
Mogenlijk tussen:
• Twee thymines (TT).
• Twee cytosines (CC).
• Een cytosine en een thymine (CT).
3
