g ének és kromos z ómák

Gének és kromoszómák

Törőcsik Beáta

Összefoglalás

Az eukarióta DNS osztályozása

Miniszatelliták, mikroszatelliták

Transzpozonok, retrotranszpozonok

A DNS kromoszómává történő szerveződése

A nukleoszómák mint szabályozó egységek

A replikáció és a repair kapcsolata

percek napok hetek hónapok

50%

100% E. coli DNS

Borjú ismétlődő szekvenciák

Borjú egyedi szekvenciák

renaturációs idő

Ismétlődő szekvenciák azonosítása; E. coli és borjú DNS renaturációs görbéjeeg

yes

lánc

ú D

NS

ará

nya

Az eukarióta DNS osztályozása

Fehérje kódoló gének egyedi gének (lizozim, inzulin) géncsaládok (-globinok)pseudogének (nem funkcionális duplikátumok)

Tandem módon ismétlődő génekrRNS, tRNS, hiszton,

Ismétlődő DNSnagy fokban ismétlődő DNS

szatellita DNSmérsékelten ismétlődő DNS

transzpozonok, retrotranszpozonoknem-virális retrotranszpozonok:

LINES (long interspersed elements) 1-5 kb hosszú, genom kb. 21%-a SINES (short interspersed elements) 200-300bp hosszú

pl. Alu szekvencia: kb. 1millió helyen megtalálható a genomban, a 7SLRNS (SRP) pszeudogénje, genom kb. 13%-a

rRNS karácsonyfa

Extrémek: VIII faktor gén

Mutáció: hemophilia A

Dystrophin

Néhány tény a humán genomról

~186,000 bp26 exonExon ~9,000 bp, intron ~177,000 bp

2.4 millió bp (mRNS: 14,000 bp)

A legnagyobb eddig ismert emberi gén

Duchenne-féle muscularis dystrophia

>30 exon

3.2x 109 bp

A gének kb 2%-át teszik ki a genomnak

30-40 000 gén (kontra 100 000) 3 fehérje/gén

Átlagos gén hossz: ~ 8,000 bp

Átlagos exon hossz: ~200 bp

Átlagos intron hossz : ~2,000 bp

Humán Genom Program – részletek

•3.2 milliárd bázispárnyi genom képlete

•99.9%-ban a genom minden emberben ugyanaz

•1.4 millió SNP (single-base DNA variations); közülük 60 000 helyezkedik el kódoló régióban

•A felfedezett gének közül legalább 50%-nak nem ismerjük a funkcióját

•A genom legalább 50%-a ismétlődő „junk” DNS; rearrangement

•Vannak génekben gazdag területek

•Gén-betegség-gyógyszer társítás (multifaktoriális kórképekre is; hypertónia, DM)

•Strukturális genomikára épülő funkcionális genomika

•Evolúció kutatás

1.701 (a genom döntő része)

szatellitek

1.705 1.6871.672

•Miniszatellita: 14-500bp az ismétlődő elem hossza

•Mikroszatellita: 2-14bp ismétlődő elem hossza

•DNS fingerprint (ujjlenyomat)

•Mikroszatellita expanzió (dinamikus mutáció)

•AD

•megjelenés: 30-45 éves korban

•progrediáló neurodegeneratív kórkép

•gén: 4. kromoszóma rövid karja

•a gén triplet (CAG) ismétődéseket tartalmaz

•A dopamin receptor génjének transzkripciójához szükséges

•5/100 000 (USA)

pl. Huntingon kór/Huntingon Chorea

Miniszatelliták, mikroszatelliták

ult

raib

olya

eln

yelé

s (2

60 n

m)

céziumklorid grádiens centrifugálás

DNS fingerprint vizsgálat miniszatellit próbával

vérmintákMM

bizonyítékáldozat

gyanusított 1gyanusított 2

áldozat

gyanusított 1

gyanusított 2

gcg(cccggggtttcccc)gggtttcgcg

RE hely RE hely

gcg(cccggggtttcccc)gggtaacgcg

gcg(cccggggtttcccc)aagtttcgcg

12x/20x

40x/45x

43x/4x

Transzpozonok:

evolúciós jelentőség

génterápia

rákkutatás

transzpozonok

nonreplikatív transzpozíció (“cut and paste”)

célhely

előtte

kihasadás

utána

A.

replikatív transzpozíció (“copy and paste”B.

replikáció

donorhely

utána

előtte

transzpozonok

transzpozázok

retrotranszpozonok

•virális •nem-virális

Retrotranszpozíció (copy and paste)

donorhely célhely

C.

Előtte

Utána

transzkripcióRNS

DNS

reverz transzkripció

•Virális: a retrovírus genom DNS másolatára, provírusára hasonlít, LTR

• Reverz transzkriptáz, integráz

•Nem virális: celluláris mRNS-hez hasonló (polyA) ilyen az Alu

integráz gátlók (HIV)

Retrovírus életciklus

integrázok

Transzpozon és rákkutatás

Sleeping beauty transzposon/transzpozázTöbbszörös mutációt szenvedett „őskori lelet”, „junk” DNS

Hal eredetű DNS; könnyen elkülöníthető a gazda sejt DNS-től Tumorszuppresszor és onkogén kutatásra is

Sejtspecifikussá tehetőGénterápia

interfázikus kromatinELMI

mitotikus kromatinfénymikroszkóp/fluoreszcens mikroszkóp

A DNS kromoszómává történő szerveződése

Telomer •Rövid ismétlődő szakaszokból áll (250-1000) (emberben: TTAGGG)

•A genom stabilitásának őrzője •Telomeráz hiányában minden egyes sejtciklusban rövidül (testi sejtek nagy része)

•Telomeráz aktivitás: tumor sejtekben •Specifikus telomeráz gátlás:

kisérleti stádiumban lévő tumor ellenes szerek

Centromer Nagyszámú szatellita DNS: kinetochor fehérjék kapcsolódása

Artificial (mesterséges) kromoszóma

centomer telomer

replikációs origó

http://www.wadsworth.org/BMS/SCBlinks/mcewen/Media/mitosis_movie.avi

A telomeráz

A késlekedő templátlánc5’

3’

A vezető templátlánc5’

3’ 5’

3’

3’

5’

A telomeráz


3’

A vezető templátlánc5’

3’ 5’

3’

3’

A telomeráz


3’

Telomeráz fehérje

Telomeráz RNS3’

5’


3’primáz

DNS polimeráz 3’

5’

Nukleoszóma / Szolenoid

H3

H4

H2A

H2B

+

H1/H5

Szolenoid (30nm)

2db

2db

2db

2db

A nukleoszómák mint szabályozó egységek

Kovalens modifikációk:

acetiláció (lizin) csökken a hiszton affinitása a DNS-hez; transzkripcióhiszton aciltranszferáz, hiszton deacetiláz

foszforiláció (H1, szerin, treonin)mitózis, kromoszóma kondenzáció

ubikvitináció (lizin) a transzkripció szabályozásameiózis/ gametogenezis szabályozásajel a metilációra

metiláció (lizin, arginin) gén silencing kromatin kondenzáció transzkripció aktivációaciltranszferáz asszociáció

metafázikus kromoszóma(1400nm)

magi scaffold (álványzat) fehérjék(kromoszómaváz)

(300nm)

szolenoid (30nm)

nukleoszóma(11nm)

kettősláncú DNS(2nm)

gyöngyfüzér

szolenoid

hurok

rozetta

metafázikuskromoszóma

A DNS polimeráz szerepe a replikáció hitelességében

1. A megfelelő nukleotid kiválasztása 10-4 hiba 2. Proofreading (“korrekció”) 10-9 hiba

1. megfelelő nukleotid; ; katalízis. 2. nem-komplementer bázisok;

prokarióta: DNS polimeráz I, DNS polimeráz III alegységeukarióta: DNS polimeráz , az enzim megáll, a 3’ vég az exonukleáz részre kerül. Hibajavítás után az enzim folytatja a szintézist.

megfelelő hidrogén hidak3’-5’ exonukleáz aktivitás

Nem komplementer láncvég:

Károsító ágens Következmény

sejtciklus stop

Transzkripció gátlásReplikáció gátlásKromoszóma szegregáció gátlás

MutációkKromoszóma rendellenességek

apoptózis

tumor aging

veleszületett betegségek

replikációshiba


A-G mismatchT-G mismatch

inzerció, deléció

Kettős lánc törés

RöntgenIonizáló sugárzás

Anti-tumor szerek

AP-hely (apurin, apirimidin)

Bázis exciziós repair

KO egér intrauterin elpusztul

Nukleotid exciziós repair

xeroderma pigmentosum

Rekombinációs repair Mismatch

repair HNPCC

Herediter nonpolyposis colon carcinoma

RöntgenSzabadgyökök

Alkiláló ágensek

UVPoliciklusos

aromás szénhidrogének

Pirimidin dimérek

tumorképződés

Mismatch repair (Hibás bázispárok korrekciója)

CH3 CH3

5’5’3’3’

felismerő fehérjék

5’3’endonukleáz

CH3 CH3

5’ 3’

CH3 CH3

5’ 3’

3’

helikáz

exonukleáz

5’3’

CH3

3’CH3

DNS polimeráz

CH3

5’3’

CH3

5’3’

DNS ligáz

5’

5’

Herediter nonpolyposis colon carcinoma (HNPCC)

A diagnosztizált vastagbél tumorok kb. 3-7 százalékaLynch szindróma:

egyéb (gyomor, vékonybél, máj, endometrium, ovárium) tumor is megjelenikAD (a tumor megnövekedett esélye öröklődik; mutátor fenotípus)Szűrés jelentősége!


sejtciklus stop



apoptózis

tumor aging


replikációshiba






Anti-tumor szerek







repair HNPCC



Alkiláló ágensek

UVPoliciklusos


Pirimidin dimérek

tumorképződés


DNS-glikoziláz (hibás bázist felismeri, hasítja)AP-endonukleáz DNS polimeráz bétaDNS ligáz

www.nature.com


sejtciklus stop



apoptózis

tumor aging


replikációshiba






Anti-tumor szerek







repair HNPCC



Alkiláló ágensek

UVPoliciklusos


Pirimidin dimérek

tumorképződés

UV

endonukleáz(excinukleáz)

helikáz

(Baktérium: dezoxi-pirimidin-fotoliáz)

DNS polimeráz béta/I

DNS-ligáz


sejtciklus stop



apoptózis

tumor aging


replikációshiba






Anti-tumor szerek







repair HNPCC



Alkiláló ágensek

UVPoliciklusos


Pirimidin dimérek

tumorképződés

DNS ligáz

g ének és kromos z ómák

Documents