Förändringar i genomet - mutationer och rekombination Molekylärbiologi, T3 Ht-11 Biomedicinska analytikerprogrammet Karolinska Institutet Annica Nordvall.

En presentation över ämnet: "Förändringar i genomet - mutationer och rekombination Molekylärbiologi, T3 Ht-11 Biomedicinska analytikerprogrammet Karolinska Institutet Annica Nordvall."— Presentationens avskrift:

1 Förändringar i genomet - mutationer och rekombination Molekylärbiologi, T3 Ht-11 Biomedicinska analytikerprogrammet Karolinska Institutet Annica Nordvall Bodell

2 Kunskapsmål för detta avsnitt
Från kursplan: på ett övergripande sätt förklara de mekanismer som ligger bakom förändringar i genomet och dra slutsatser av vad detta kan få för konsekvenser för celler och individer

3 Lite mer utförligt: Olika typer av mutationer och hur de benämns
Hur DNA-skador kan uppstå och hur dessa skador kan ge upphov till mutationer Vilka konsekvenser mutationer kan få för celler och individer Vilka reparationssystem som är viktiga för våra celler, samt principen för hur dessa fungerar Varför mutationer är vanligare i mitokondrie-DNA Terminologi (nonsense- missense- silent-mutationer, substitution, deletion, insertion/addition, transition/transversion, frameshift m.m.) Huvudtyperna av rekombination; homolog, platsspecifik och transposition Principerna för respektive rekombination. Exempel på var och när dessa typer av rekombination sker. Att rekombination kan användas inom gentekniken.

4 Vad är en mutation?

5 Olika typer av mutationer
Små mutationer De flesta mutationer är små mutationer Punktmutationer – Transition/Transversion Frameshift mutationer – Insertion/deletion Strukturella kromosomförändringar Deletioner ( DE / ) Duplikationer Translokationer Inversioner Numeriska förändringar Aneuploidier Polyploidier

6 Olika typer av punktmutationer

7 Olika typer av punktmutationer forts.

8 Hur uppstår en mutation?

9 Ex på anledningar till spontana skador
Replikationsmisstag Deaminering av baser Ex C U , Cmet T Depurinering/depyrimidering Ca AP-sites / dag och human cell

10 Deaminering Spontana skador på DNA Depurinering

11 Ex på kemiska faktorer som kan inducera DNA-skada
Interkalerande ämnen Ex EtBr – DNA sträcks ut, extra nt kan sättas in Ämnen som ändrar basers struktur och förmåga att baspara korrekt Ex alkylering, epoxider, DNA addukter

12 Interkalerande ämnen

13 Examples of DNA base Damage Induced by Chemicals
Benzo-(a)pyrene

14 Strålning som kan orsaka DNA-skada
Joniserande strålning (röntgen, gamma) Strängbrott, Crosslinking, Basförluster UV-strålning framförallt pyrimidindimerer (Tymindimerer)

15 Damage by UV-radiation

16 Reparationsmekanismer
De flesta DNA-skador repareras innan de ger upphov till mutationer Om reparation ej skett innan skadat DNA replikeras kan mutation uppstå Reparationsmekanismer kan delas upp i Direct repair Excision repair Error prone repair Recombinational repair

17 Direct repair of ss break in DNA
DNA ligase + ATP

18 Direct repair of O6-Methylguanine
6.20

19 Excision repair Base-Excision Repair (BER)
6.21

20 Nucleotide-Excision Repair (NER)
Videolänk 6.22

21 Mismatch Repair

22 Error prone repair (E.coli)

23 Repair of double strand break

24 Recombinational repair

25 Varför rekombination? Rekombination innebär omlagring i genomet till skillnad från mutationer som introducerar ny information i genomet Viktigt för Variabilitet Reparation Immunförsvaret

26 Olika typer av rekombination
Homolog/generell rekombination Platsspecifik rekombination Transposition

27 Homolog rekombination
Kräver längre homologa sekvenser för rekombination Sker reciprokt – ömsesidigt utbyte Sker tex vid Meiosen (spermatogenes och oogenes) Recombination repair Omlagring av repetitiva sekvenser Mellan homologa bakteriekromosomer

28 Homolog rekombination under meiosen
The Cell 16.34

29 Första steget i homolog rekombination enligt Holliday modellen
Mest studerad i E.coli 1. Rec BCD särar på DNA strängen och introducerar nick The Cell 6.30

30 2. Rec A binder ssDNA och underlättar rekombination

31 Branch migration 3. Ruv A,B,C möjliggör ”branch migration” och klyver de överkorsade strängarna

32 Isomerisering och upplösning av Holliday modellen
videolänk

33 Översikt homolog rekombination

34 Rekombinationen initieras förmodligen av ds brott i en av strängarna

35 Vad blir resultatet av homolog rekombination
vid equal cross over? vid unequal crossover?

36 Unequal cross over

37 Platsspecifik rekombination
Sker vid specifika sekvenser – ofta korta homologa sekvenser Medieras av proteiner som binder till de specifika sekvenserna Mest studerat är lambdas integrering i E.coil kromosomen Ex. i humana celler ; Ig-genernas rearrangering

38

39 Rearrangering av antikropps-gener

40 VDJ-rekombination The Cell 6.40

41 Transposition Förflyttning av transposoner (transposabla element) kräver ingen sekvenshomologi DNA transposoner förflyttar sig som DNA (vanligt i bakterier, har tidigare under evolutionen även skett i humana genomet) Retrotransposoner förflyttar sig via en RNA kopia (vanligt i högre eukaryoter)

42 Transposition av DNA-tranposon i bakterier

43 Modell för retrotransposition i eukaryoter

44 Hur kan rekombination utnyttjas inom gentekniken – några exempel
Transgena djur Slumpmässigt införande av ny gen Utslagning av en specifik gen (”knock out”) Utbyte av en gen mot en annan (”knock in”) Genterapi?

45 Vad kan förändringar i genomet innebära
för en gen? för en cell? för en individ?

46 Transgena möss – slumpmässig integrering av ny gen i kromosom

47 Specifik integrering (tex ”knock out möss”) kräver att man kan screena odlade ES-celler

48