Лекция 3. Молекулярные механизмы генных мутаций. Репарация ДНК Мяндина Галина Ивановна д.б.н., профессор

Мутации - стойкие изменения структуры ДНК по сравнению с геномной ДНК вида Генные мутации – изменение последовательности нуклеотидов в пределах гена Хромосомные мутации - изменение структуры или количества хромосом в клетке Мутон – наименьший участок ДНК, изменение которого приводит к мутации (1 п.н.)

Типы генных мутаций

Типы генных мутаций: Замены пар оснований Мутации со сдвигом рамки считывания Динамические мутации (мутации экспансии тринуклеотидов)

Мутация со сдвигом рамки считывания

Мутации типа замены оснований транзиции - замена пурина на пурин или пиримидина на пиримидин трансверсии - замена пурина на пиримидин

Эритроциты больного серповидно- клеточной анемией

Мутация в гене β-цепи гемоглобина

Спонтанные мутации возникают в результате ошибок репликации У человека частота спонтанных мутаций составляет нуклеотидов/на геном Частота спонтанных мутаций в некоторых локусах выше: гемофилия 3х ретинобластома 6х дистрофия Дюшена 8х10 -5

Факторы, индуцирующие мутации, называются мутагены Физические мутагены: УФ-излучение X-Ray α-β-γ- излучение Химические мутагены: HNO 2 нитрозогуанидин формальдегид бензапирен митомицин С акридиновые красители химиопрепараты

Действие на ДНК ионизирующего излучения

УФ-лучи повреждают ДНК за одну пикосекунду

Молекулярные механизмы генных мутаций Образование пиримидиновых димеров Включение в ДНК аналогов оснований Явление таутомеризации

Репарация - это свойство живых организмов восстанавливать повреждения ДНК, которые появились в результате ошибок репликации или воздействия мутагенных факторов согласно современным данным, в геноме человека существует порядка 130 генов, продукты которых участвуют в репарации повреждений ДНК 1

Основные механизмы репарации: Прямое восстановление исходной структуры ДНК. Репарация без репликации Эксцизионная репарация: вырезание поврежденного основания или вырезание поврежденного участка ДНК Репарация неспаренных оснований SOS-индуцированная репарация Пострепликативная репарация 2

Прямое восстановление структуры ДНК: Прямая метилтрансферазная реактивация : Корректирует метилирование оснований с помощью белка метилтрансферазы Фотореактивация необходим фермент фотолиаза и видимый свет корректирует тиминовые димеры без вырезания ДНК 3

Вырезание поврежденного основания

Эксцизионная репарация у животных

Репарация неспаренных оснований

репарация неспаренных нуклеотидов

Пострепликативная репарация

SOS - индуцированная репарация Повреждения ДНК достигают критического уровня синтезируется белок RecA Он связывается с белком LexA (ингибитор генов SOS-репарации ) и разрушает его Начинается синтез белков, которые осуществляют SOS-репарацию 5

Нарушения системы репарации ДНК - причина наследственных болезней Пигментная ксеродерма (XP) - мутации генов XPB и XPD приводят к нарушениям системы эксцизионной репарации ДНК после УФ- облучения (развитие рака кожи) Синдром Вернера - мутации гена WRN (8p12) приводят к неправильной репарации (быстрое старение, риск развития диабета и рака) Синдром Линча - мутации генов hMSH2 hMLH1 приводят к нарушениям системы репарации неспаренных нуклеотидов (развитие рака прямой кишки)

Болезни экспансии тринуклеотидов Хорея Хантингтона - аутосомно- доминантное заболевание с поздней манифестацией (после 40 лет). У здоровых людей ген хантигтин содержит от 8 до 31 повтора триплета ЦАГ, у больных - от 36 до 80 добавление триплетов ЦАГ приводит к синтезу аномального белка хантигтина, который вызывает апоптоз клеток мозга, нарушениям ЦНС и смерти

Вопросы для обсуждения Почему в ДНК не используется урацил? Как ферменты репарации узнают неправильную цепь ДНК? Что такое дезаминирование ?

Список дополнительной литературы Албертс Б. и др. Молекулярная биология клетки. В 3-х томах – М.: Мир. – Горбунова Н.В., Баранов С.Н. Введение в молекулярную диагностику и генотерапию наследственных болезней. – – 286с. Мушкамбаров Н.Н., Кузнецов С.Л. Молекулярная биология. – М.: МИА. – – 447с. Рис Э., Стернберг М. Введение в молекулярную биологию. От клеток к атомам. – М.: Мир. – – 142с. Сингер М., Берг П. Гены и геномы. В 2-х томах. – М.: Мир. – Фаллер Д.М., Шилдс Д. Молекулярная биология клетки. Руководство для врачей. – М.: Бином. – – 268с.