HCO2 DNA mutatie en repair
Mutatie, bij een mutatie wordt het DNA structureel veranderd. Mutaties komen van nature voor en
dat is essentieel. Dit is namelijk de drijvende kracht achter evolutie. Alternatieve vormen van een gen
worden allelen genoemd. Allelen zijn de basis van genetische studies (ontwikkeling, ziektes en
omgeving).
Gevolg mutatie, meestal heeft een mutatie geen gevolgen, doordat de betreffende locatie
bijvoorbeeld niet coderend is (denk aan intronen). Als een mutatie wel plaatsvind in een eiwit-
coderend gebied kan dat gevolgen hebben voor de activiteit van het eiwit. Mutaties kunnen dus
resulteren in fenotypes:
- Morfologisch, deze verandering is zichtbaar, bv oogkleur, vleugelvorm of de bloeitijd van een
plant.
- Nutritioneel of biochemisch, denk hierbij bv aan auxotrofe bacteriën en schimmels of
inactiviteit van bepaalde enzymen.
- Gedrag, denk aan veranderingen in paargedrag of aan psychische aandoeningen (depressie).
- Lethaal, resulteert in de (vervroegde) dood van een organisme, bv Huntington.
- Deleterious (nadelig), zijn mutaties die resulteren in een verminderde fitness van een
organisme.
Spontane mutaties, ontstaan doordat DNA polymerase weleens een foutje maakt bij DNA replicatie.
Ook kan het zijn dat er reactieve zuurstof ontstaat in de cel die DNA schade als gevolg heeft.
Geïnduceerde mutaties, in het lab worden vaak mutaties geïnduceerd door het gebruik van hoge
energie bestraling of chemicaliën.
Type puntmutaties, als we kijken naar eiwit-coderende genen kennen we meerdere mutaties:
- Silent, heeft geen gevolg voor de eiwit sequentie. Dat kan komen doordat er meerdere
codons zijn die voor één AZ coderen (synonymous substitution) of doordat de mutatie in een
intron, de 5’ UTR of 3’ UTR regio plaatsvindt.
- Missense, een nucleotideverandering in de ORF verandert een AZ (non-synonymous
substitution). Dit kan wel of niet in een functioneel eiwit resulteren.
- Nonsense, resulteert in een stopcodon (UGA, UAG en UAA). Terminatie treedt dus al eerder
op en vaak levert dit een niet-functioneel eiwit.
- Frameshift, wordt veroorzaakt door insertie/deletie van een base, waardoor het leesraam
dus verschuift. Dit resulteert ook vaak in een niet-functioneel eiwit.
ORF, is een open leesraam. Dat wil zeggen dat er een startcodon aan vooraf gaat en een
terminatiecodon volgt.
Conditionele mutaties, afhankelijk van de condities resulteert een mutatie wel of niet in een
fenotype. Zo kan een gen functioneel zijn onder de ene conditie en niet-functioneel onder de andere.
Op deze manier kunnen genen onderzocht worden die anders lethaal zijn. Voorbeelden van
conditionele mutaties zijn:
- Auxotroof, als een bacterie zelf een bepaald AZ niet aan kan maken, maar op een
voedingsbodem leeft waar dit AZ aanwezig is, zal die niks van de mutatie merken. Wordt de
voedingsbodem echter aangepast, waardoor het betreffende AZ niet meer aanwezig is, heeft
die en probleem.
- Temperatuur gevoelige mutanten, het wild type en mutant fenotype is bij andere
temperaturen aanwezig. Zo kan een gemuteerd eiwit bijvoorbeeld tot een bepaalde
temperatuur nog wel functioneren, maar daarboven niet meer. Dit komt vaak door missense
mutaties waarbij de eiwit vouwing verkeerd gaat bij hogere temperaturen.
- Andere condities zijn stress, licht, hormonen etc.
Mechanisme spontane mutaties, er zijn meerdere soorten spontane mutaties:
- Transitie mutatie, vervangt een pyrimidine met een andere pyrimidine of een purine met
een andere purine.
- Transversie mutatie, vervangt een pyrimidine met een purine of andersom.
, - Depurinatie, de purinegroep/base komt los van de backbone.
- Deaminatie, hierbij verliest de base zijn aminogroep. Dit gebeurt
met name bij cytosine, waardoor deze omgezet wordt in uracil.
Purine, A en G zijn purines. Zij bevatten twee ringen in hun structuur.
Pyrimidine, C en T zijn pyrimidines. Zij bevatten één ring in hun structuur.
Voorbeeld transverse mutatie, guanine kan geoxideerd worden tot 8-
oxoguanine. 8OG zal baseparen met adenine i.p.v. cytosine. In dit geval
wordt G-C omgezet in T-A. Dit is rechts in de afbeelding ook te zien. Deze
mutatie kan plaatsvinden door oxidatieve stress (dan is er teveel reactieve zuurstof in de cel
aanwezig). Deze mutatie komt in veel kankers voor.
Depurinatie, per celcyclus in zoogdieren gaan maar liefst 10.000 purines verloren per cel. Het is dus
maar goed dat we over een DNA repair machinerie beschikken. Het gevaar van depurinatie is dat er
een deletie optreedt bij replicatie.
Deaminatie, kan ervoor zorgen dat cytosine omgezet wordt in uracil. Uracil hoort echter niet thuis in
het DNA en kan dan ook makkelijk gedetecteerd worden door het DNA repair. Als uracil echter niet
vervangen wordt voor cytosine zal bij replicatie een adenine base worden ingebouwd tegen U,
waardoor T-A ontstaat i.p.v. het oorspronkelijk C-G.
Deaminatie 2.0, wanneer een gemethyleerd cytosine gedeamineerd
wordt, heeft de cel een groter probleem. Als 5-methyl cytosine namelijk
gedeamineerd wordt, zal er thymine ontstaan. T komt wel gewoon voor in
het DNA en dit wordt dan ook minder efficiënt gerepareerd. Dit wordt dus
vaker meegenomen in de DNA replicatie, waarbij ook T-A i.p.v. C-G
gevormd wordt.
Methylatie, DNA methylatie is een manier van genexpressie regulatie.
Mutational hotspot, is een plek waar vaak mutaties plaatsvinden. Denk bijvoorbeeld aan
gemethyleerde C’s.
Carcinogeen, er zijn meerdere stoffen in onze omgeving die mutaties kunnen induceren doordat ze
bijvoorbeeld reageren met basen op het DNA.
EMS, ethyl methanesulfonate, wordt op het lab
gebruikt om random mutaties te induceren. Dit
molecuul kan zijn ethylgroep (C2H2) doneren aan
het DNA. Dit kan transversie of transitie mutaties
als gevolg hebben, afhankelijk van de alkylatie
site. Met name de guanines worden geëthyleerd,
waardoor een transitie van G-C naar A-T ontstaat. In de afbeelding is namelijk te zien dat als gevolg
O-6-ethylguanine ontstaat en daardoor zal een T i.p.v. C er tegenover geplaatst worden.
Intercalerende mutagenen, een voorbeeld van een intercalerend mutageen is ethidium bromide. Dit
kan gebruikt worden om DNA te kleuren in gels. EtBr gaat namelijk tussen de basen van het DNA
Mutatie, bij een mutatie wordt het DNA structureel veranderd. Mutaties komen van nature voor en
dat is essentieel. Dit is namelijk de drijvende kracht achter evolutie. Alternatieve vormen van een gen
worden allelen genoemd. Allelen zijn de basis van genetische studies (ontwikkeling, ziektes en
omgeving).
Gevolg mutatie, meestal heeft een mutatie geen gevolgen, doordat de betreffende locatie
bijvoorbeeld niet coderend is (denk aan intronen). Als een mutatie wel plaatsvind in een eiwit-
coderend gebied kan dat gevolgen hebben voor de activiteit van het eiwit. Mutaties kunnen dus
resulteren in fenotypes:
- Morfologisch, deze verandering is zichtbaar, bv oogkleur, vleugelvorm of de bloeitijd van een
plant.
- Nutritioneel of biochemisch, denk hierbij bv aan auxotrofe bacteriën en schimmels of
inactiviteit van bepaalde enzymen.
- Gedrag, denk aan veranderingen in paargedrag of aan psychische aandoeningen (depressie).
- Lethaal, resulteert in de (vervroegde) dood van een organisme, bv Huntington.
- Deleterious (nadelig), zijn mutaties die resulteren in een verminderde fitness van een
organisme.
Spontane mutaties, ontstaan doordat DNA polymerase weleens een foutje maakt bij DNA replicatie.
Ook kan het zijn dat er reactieve zuurstof ontstaat in de cel die DNA schade als gevolg heeft.
Geïnduceerde mutaties, in het lab worden vaak mutaties geïnduceerd door het gebruik van hoge
energie bestraling of chemicaliën.
Type puntmutaties, als we kijken naar eiwit-coderende genen kennen we meerdere mutaties:
- Silent, heeft geen gevolg voor de eiwit sequentie. Dat kan komen doordat er meerdere
codons zijn die voor één AZ coderen (synonymous substitution) of doordat de mutatie in een
intron, de 5’ UTR of 3’ UTR regio plaatsvindt.
- Missense, een nucleotideverandering in de ORF verandert een AZ (non-synonymous
substitution). Dit kan wel of niet in een functioneel eiwit resulteren.
- Nonsense, resulteert in een stopcodon (UGA, UAG en UAA). Terminatie treedt dus al eerder
op en vaak levert dit een niet-functioneel eiwit.
- Frameshift, wordt veroorzaakt door insertie/deletie van een base, waardoor het leesraam
dus verschuift. Dit resulteert ook vaak in een niet-functioneel eiwit.
ORF, is een open leesraam. Dat wil zeggen dat er een startcodon aan vooraf gaat en een
terminatiecodon volgt.
Conditionele mutaties, afhankelijk van de condities resulteert een mutatie wel of niet in een
fenotype. Zo kan een gen functioneel zijn onder de ene conditie en niet-functioneel onder de andere.
Op deze manier kunnen genen onderzocht worden die anders lethaal zijn. Voorbeelden van
conditionele mutaties zijn:
- Auxotroof, als een bacterie zelf een bepaald AZ niet aan kan maken, maar op een
voedingsbodem leeft waar dit AZ aanwezig is, zal die niks van de mutatie merken. Wordt de
voedingsbodem echter aangepast, waardoor het betreffende AZ niet meer aanwezig is, heeft
die en probleem.
- Temperatuur gevoelige mutanten, het wild type en mutant fenotype is bij andere
temperaturen aanwezig. Zo kan een gemuteerd eiwit bijvoorbeeld tot een bepaalde
temperatuur nog wel functioneren, maar daarboven niet meer. Dit komt vaak door missense
mutaties waarbij de eiwit vouwing verkeerd gaat bij hogere temperaturen.
- Andere condities zijn stress, licht, hormonen etc.
Mechanisme spontane mutaties, er zijn meerdere soorten spontane mutaties:
- Transitie mutatie, vervangt een pyrimidine met een andere pyrimidine of een purine met
een andere purine.
- Transversie mutatie, vervangt een pyrimidine met een purine of andersom.
, - Depurinatie, de purinegroep/base komt los van de backbone.
- Deaminatie, hierbij verliest de base zijn aminogroep. Dit gebeurt
met name bij cytosine, waardoor deze omgezet wordt in uracil.
Purine, A en G zijn purines. Zij bevatten twee ringen in hun structuur.
Pyrimidine, C en T zijn pyrimidines. Zij bevatten één ring in hun structuur.
Voorbeeld transverse mutatie, guanine kan geoxideerd worden tot 8-
oxoguanine. 8OG zal baseparen met adenine i.p.v. cytosine. In dit geval
wordt G-C omgezet in T-A. Dit is rechts in de afbeelding ook te zien. Deze
mutatie kan plaatsvinden door oxidatieve stress (dan is er teveel reactieve zuurstof in de cel
aanwezig). Deze mutatie komt in veel kankers voor.
Depurinatie, per celcyclus in zoogdieren gaan maar liefst 10.000 purines verloren per cel. Het is dus
maar goed dat we over een DNA repair machinerie beschikken. Het gevaar van depurinatie is dat er
een deletie optreedt bij replicatie.
Deaminatie, kan ervoor zorgen dat cytosine omgezet wordt in uracil. Uracil hoort echter niet thuis in
het DNA en kan dan ook makkelijk gedetecteerd worden door het DNA repair. Als uracil echter niet
vervangen wordt voor cytosine zal bij replicatie een adenine base worden ingebouwd tegen U,
waardoor T-A ontstaat i.p.v. het oorspronkelijk C-G.
Deaminatie 2.0, wanneer een gemethyleerd cytosine gedeamineerd
wordt, heeft de cel een groter probleem. Als 5-methyl cytosine namelijk
gedeamineerd wordt, zal er thymine ontstaan. T komt wel gewoon voor in
het DNA en dit wordt dan ook minder efficiënt gerepareerd. Dit wordt dus
vaker meegenomen in de DNA replicatie, waarbij ook T-A i.p.v. C-G
gevormd wordt.
Methylatie, DNA methylatie is een manier van genexpressie regulatie.
Mutational hotspot, is een plek waar vaak mutaties plaatsvinden. Denk bijvoorbeeld aan
gemethyleerde C’s.
Carcinogeen, er zijn meerdere stoffen in onze omgeving die mutaties kunnen induceren doordat ze
bijvoorbeeld reageren met basen op het DNA.
EMS, ethyl methanesulfonate, wordt op het lab
gebruikt om random mutaties te induceren. Dit
molecuul kan zijn ethylgroep (C2H2) doneren aan
het DNA. Dit kan transversie of transitie mutaties
als gevolg hebben, afhankelijk van de alkylatie
site. Met name de guanines worden geëthyleerd,
waardoor een transitie van G-C naar A-T ontstaat. In de afbeelding is namelijk te zien dat als gevolg
O-6-ethylguanine ontstaat en daardoor zal een T i.p.v. C er tegenover geplaatst worden.
Intercalerende mutagenen, een voorbeeld van een intercalerend mutageen is ethidium bromide. Dit
kan gebruikt worden om DNA te kleuren in gels. EtBr gaat namelijk tussen de basen van het DNA
