DNA-repair - medvetande.dk
DNA-repair - medvetande.dk
DNA-repair - medvetande.dk
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
KAROLINSKA INSTITUTET<br />
Department of Cell and Molecular Biology<br />
Medical Nobel Institute<br />
Cell and Molecular Biology<br />
Piergiorgio Percipalle, PhD<br />
piergiorgio.percipalle@cmb.ki.se<br />
Program<br />
Föreläsning 1 – <strong>DNA</strong> Repair<br />
Föreläsning 2 - Transkription<br />
Föreläsning 3 – Genreglering<br />
Föreläsning 4 – Genreglering och signaltransduktion<br />
Föreläsning 5 – RNA-processning<br />
Föreläsning 6 - Translation<br />
Duplikering av den genetiska informationen är en<br />
mycket säker process med få fel<br />
<strong>DNA</strong>-polymeras:<br />
1x10 5 fel/polymeriserade nukleotider<br />
<strong>DNA</strong>-<strong>repair</strong><br />
En individs överlevnad kräver<br />
genetisk stabilitet<br />
1x10 9 fel/nukleotider polymeriserade<br />
Fenotyp<br />
Felaktiv duplikering av<br />
ärftlig information<br />
Enzym eller process<br />
Mutationer<br />
Vad är genetisk variation?<br />
Möjliggör långsiktig genetisk utveckling<br />
av en art i en föränderlig miljö<br />
Coloncancer<br />
Hudcancer<br />
Cellulär UV-känslighet<br />
Bröst-och äggstockscancer<br />
Förtid åldrande<br />
Medfödda abnormaliteter<br />
Mismatch <strong>repair</strong><br />
Nucleotide excision-<strong>repair</strong><br />
Mutationer i <strong>DNA</strong>-polymeras<br />
Repair med homolog rekombination<br />
<strong>DNA</strong>-helikas<br />
<strong>DNA</strong> inter-strand crosslink <strong>repair</strong><br />
Vad är en mutation?<br />
Ärftliga förändringar i nukleotidföljden<br />
hos en kromosom<br />
Vilka typer av mutationer blir ärftliga?<br />
Endast sådana som påverkar<br />
könsceller är ärftliga<br />
1
Ärftliga sjukdomar med fel i <strong>DNA</strong>reparation<br />
Varifrån kommer<br />
mutationer?<br />
Inducerade mutationer<br />
- Ioniserade strålning (Röntgenstrålning<br />
och γ-strålning)<br />
- Kemiska mutagener<br />
Spontanmutationer<br />
- När orsaken är till mutation är okänd<br />
Inducerade mutationer<br />
Basmodifierande agenter - mispairing<br />
Basanaloger –<br />
Interkalerande agenter<br />
påverkar <strong>DNA</strong>-replikering,<br />
transkription och translation<br />
Interkalerande agenter<br />
Insertion eller deletion av ett helt baspar ger<br />
frameshift-fel<br />
2
Spontan <strong>DNA</strong>-skada<br />
Kemiska modifikationer av <strong>DNA</strong><br />
- Deaminering av cytosin<br />
- Depurinering<br />
10,000 purines are lost per 20 hour<br />
cell cycle<br />
- Tymidindimerer (Oxydatively damaged bases)<br />
Deaminering av cytosin<br />
Depurination<br />
Tyminedimer<br />
Pyrimidinbaser är mycket känsliga för UVstrålning<br />
Tymindimerer hindrar korrekt replikation<br />
Antingen dör cellen eller börjar dela sjukligt,<br />
kan ge malignanta förändringar (tumörer)<br />
(t ex Xeroderma pigmentosum)<br />
<strong>DNA</strong>-reparation<br />
Det uppstår olika typer av förändringar hos <strong>DNA</strong>molekyler<br />
kontinuerligt<br />
T ex strängar som går av, felaktivt inkorporerade<br />
nukleotider, nukleotider som skadas<br />
Det är viktigt med genetisk stabilibetet för att en<br />
organism och en art kan överleva<br />
Därmed har organismer utvecklat många olika<br />
mekanismer för reparering av skador hos <strong>DNA</strong><br />
3
Korrekturläsning av <strong>DNA</strong>-polymeras<br />
<strong>DNA</strong>-polymeras har 3’ - 5’ korrekturläsning<br />
<strong>DNA</strong>-skador kan repareras<br />
av flera olika mekanismer<br />
Singelsträngade brott i <strong>DNA</strong><br />
Dubbelsträngade brott i <strong>DNA</strong><br />
Polymerisering<br />
Editering<br />
Base Excision Repair<br />
Singelsträngade brott i <strong>DNA</strong><br />
Apurinic sites on the <strong>DNA</strong><br />
Base Excision Repair<br />
Nucleotide Excision <strong>repair</strong><br />
Nucleotide Excision Repair<br />
Ataxia<br />
ATM-protein medierar cellulära reaktioner till<br />
<strong>DNA</strong>-skador (särskilt i cellcykeln)<br />
Flera enzymer kan känna av en förändrad<br />
form av <strong>DNA</strong>-strängen<br />
Tymindimerer repareras med hjälp av denna<br />
mekanism<br />
mutation<br />
Leukemi<br />
Lymphoma<br />
Genomisk instabilitet<br />
4
Werners syndrom<br />
Tidig föråldrande<br />
Polymorfismer i genen WRN<br />
Missense-polymorphism – ger funktionella<br />
varianter<br />
Konservativa polymorphismer – ger inte<br />
funktionella förändringar<br />
Missense-mutationer<br />
Vad betyder det?<br />
Cockayne syndrom – <strong>DNA</strong>-<strong>repair</strong>-sjukdom<br />
UV-känslighet<br />
Single-stranded<br />
<strong>DNA</strong> endonuclease<br />
(XPF)<br />
3’ → 5’ exo 3’ → 5’ helicase<br />
RESULTAT – <strong>DNA</strong>-<strong>repair</strong> fungerar inte<br />
Replication Step<br />
5’ 3’ polymerization<br />
Tre steg som garanterar<br />
bra <strong>DNA</strong>-synthes<br />
3’ 5’ exonucleolytic proofreding<br />
Strand-directed mismatch <strong>repair</strong><br />
Errors per nucleotide<br />
polymerized<br />
1x10 5<br />
1x10 2<br />
1x10 2<br />
Total 1x10 9<br />
Dubbelsträngade brott i <strong>DNA</strong><br />
Ionizing radiations, oxidizing reagents, replication<br />
errors, certain metabolic products in the cell<br />
Hela kromosomen kan gå av (båda strängar)<br />
Därmed har organismer utvecklat många olika<br />
mekanismer för reparering av skador hos <strong>DNA</strong><br />
5
Williams syndrom<br />
Non-homologous end-joining<br />
Deletion av<br />
kromosom 7<br />
(elastin, LIM kinase)<br />
Homologous end-joining<br />
Breast cancer susceptibility gene 2<br />
(BRCA2)<br />
BRC2_Human<br />
Storlek: 3418 aminosyror; 384219 Da<br />
Funktion: deltar i en pathway associerad med aktivering av<br />
double-strand break <strong>repair</strong> och/eller homolog rekombinering<br />
Subenhet: Interagerar med RAD51.<br />
Vävnadsspecificitet: högsta nivåer av uttryck hos bröst och<br />
tymus, något lägre nivåer i lungan, ovarier och mjälte<br />
Likheter: innehåller 8 BRCA2 repeats<br />
6
Program<br />
Föreläsning 1 – <strong>DNA</strong>-<strong>repair</strong><br />
Föreläsning 2 – Transkription<br />
Föreläsning 3 – Genreglering<br />
Transkription<br />
Föreläsning 4 – Genreglering och signaltransduktion<br />
Föreläsning 5 – RNA-processning<br />
Föreläsning 6 - Translation<br />
Hur använder nder cellerna informationen<br />
i kromosomernas <strong>DNA</strong>?<br />
Hur ser det ut påp<br />
kromosomen?<br />
Molekylärbiologins centrala dogma<br />
RNA-syntes<br />
1
<strong>DNA</strong>-sekvenser transkriberas<br />
till RNA<br />
Transkription<br />
Ribonucleic acid (RNA)<br />
Likheter med <strong>DNA</strong><br />
Olikheter med <strong>DNA</strong><br />
Nukleotiderna hos RNA är ”ribonukleotider”<br />
RNA innehåller basen ”uracil” i stället för f ”thymin”.<br />
Thymin kan också basbara med adenine<br />
Den kemiska strukturen hos RNA<br />
Uracil basparar med adenine<br />
A<br />
B<br />
<strong>DNA</strong> och RNA har olika strukturer<br />
Det finns olika typer av RNA<br />
Typ av RNA<br />
Funktion<br />
mRNAs<br />
rRNAs<br />
tRNAs<br />
snRNAs<br />
snoRNAs<br />
Andra icke-kodande RNAs<br />
Budbärar<br />
rar-RNA, kodar för f r proteiner<br />
Ribosomala RNAs, ribosomstruktur<br />
RNA är r en lineär r polymer, precis som <strong>DNA</strong>, bestående<br />
ende<br />
av fyra olika nukleotider bundna med fosfodiester-<br />
bindningar<br />
Förflyttar-RNAs, , proteinsyntes<br />
Små nukleära<br />
RNAs, , RNA-processning<br />
Små nukleära<br />
RNAs, rRNA-processning<br />
I olika cellulära processer<br />
<strong>DNA</strong> som<br />
dubbelhelix<br />
Lineär r RNA<br />
2
Transkription utförs av<br />
enzymet RNA-polymeras<br />
Hur framställs RNA med <strong>DNA</strong><br />
som mall?<br />
Transkription är r en stegvis process<br />
Transkriptionscykeln<br />
Igenkänning nning av specifika <strong>DNA</strong>-sequenser<br />
sequenser:<br />
RNA-synthes<br />
börjar<br />
Promoter<br />
Termination<br />
Initiation<br />
RNA-syntes<br />
Igenkänning nning av specifika <strong>DNA</strong>-sequenser<br />
sequenser:<br />
RNA-änder<br />
Terminator<br />
RNA-polymeras<br />
Orientation av RNA-polymeras<br />
3
Riktning av transkription<br />
längs en kromosom<br />
Typ av polymeras<br />
RNA-polymeras I<br />
RNA-polymeras II<br />
RNA-polymeras III<br />
Gener som transkriberas<br />
rRNA-gener<br />
Alla proteinkodande gener<br />
tRNA-gener<br />
Strukturen av RNA-polymeras II<br />
är r mycket konserverad<br />
Signalsekvenser vid starten<br />
av transkription<br />
Eukaryot RNA-polymeras II kräver<br />
allmänna transkriptionsfaktorer……<br />
……..<br />
Eukaryoter har tre olika<br />
RNA-polymeraser<br />
……. samt aktivator-,<br />
mediator- och<br />
kromatin-remodelling<br />
remodelling-<br />
proteiner för RNA-syntes<br />
Transkription<br />
Transkription börjarb<br />
4
Skillnader mellan eukaryot<br />
och prokaryot transkription<br />
Prokaryoter<br />
Eukaryoter<br />
5
Program<br />
Föreläsning 1 – <strong>DNA</strong>-<strong>repair</strong><br />
Föreläsning 2 - Transkription<br />
Föreläsning 3 – Genreglering<br />
Genreglering<br />
Föreläsning 4 – Genreglering och signaltransduktion<br />
Föreläsning 5 – RNA-processning<br />
Föreläsning 6 - Translation<br />
Gener måste regleras<br />
för att de skall bli olika<br />
sorters celler!<br />
Är r det samma <strong>DNA</strong> i alla typer av celler?<br />
Olika celler<br />
- samma <strong>DNA</strong>?<br />
- samma proteiner?<br />
Olika proteiner i olika celler<br />
Olika vävnader v vnader har olika proteiner<br />
• Många processer gemensamma till alla celler<br />
• Vissa proteiner endast hos vissa celler<br />
– T ex hemoglobin<br />
• En typisk cell använder 10000-20000 gener<br />
• Det finns MÅNGA fler olika proteiner än så i<br />
en cell<br />
• Alternativ splitsning, sekundära modifikationer<br />
1
Kontrol av genuttryck<br />
Hur funkar genreglering<br />
på molekylär r nivå under transkription?<br />
Gene regulatory proteins<br />
Functional and structural properties<br />
How do they work?<br />
Transkriptional reglering viktigast - och mest<br />
ekonomiskt<br />
Typiska kontakter mellan <strong>DNA</strong> och<br />
reglerande protein<br />
Helix-turn<br />
turn-helix<br />
(HTH) motif<br />
major groove<br />
minor groove<br />
Bindning av ett reglerande protein<br />
schematiskt – t ex HTH<br />
Zinc-finger (ZF) motif<br />
Cluster of 4 amino acids co-ordinate<br />
ordinate a Zn atom<br />
Palyndromic symmetry<br />
2
<strong>DNA</strong>-bindning av Zinc-<br />
fingrar på p protein<br />
Leucine zippers<br />
Mer variation genom<br />
heterodimerisering<br />
Kombinatorisk kontroll<br />
Specific protein modules regulate<br />
<strong>DNA</strong>-binding<br />
activity<br />
Helix-loop-<br />
-loop-helix-motivet<br />
Reglering av tryptofanoperonet<br />
Genetic switches<br />
Ingen tryptofan i cellen - operonet aktiveras!<br />
Hur gener slås på och av hos<br />
prokaryoter<br />
(och mitt i mellan)<br />
3
Genreglering hos eukaryoter<br />
Mera komplexa switchar<br />
Reglerande proteiner kan binda tusentals<br />
baspar från själva promotern; på det<br />
sättet kan en enda promoter regleras av<br />
väldigt många olika reglerproteiner<br />
Eukaryota RNA-polymeraser kräver<br />
assemblering av transkriptionsfaktorer<br />
Eukaryot-<strong>DNA</strong> packas i kromatin; detta<br />
kan utnyttjas för genreglering<br />
Genkontrollområde av en typisk<br />
eukaryotgen<br />
Transcription factors not assembled on linear <strong>DNA</strong><br />
Transcription factors display concerted actions on polymerase<br />
Genaktivatorproteiner är modulära<br />
Aktivering kan vara synergisk<br />
Aktivatorproteiner kan ändra<br />
kromatinstrukturer och därmed d<br />
aktivera<br />
gener<br />
Chromatin remodeling<br />
complex<br />
4
En sammanfattning om en<br />
transkriptions-initationsprocess<br />
initationsprocess<br />
hos en eukaryot<br />
(Saccharomyces)<br />
Repressorer hos eukaryoter<br />
Men hur regleras aktivitet av<br />
genreglerande proteiner hos<br />
eukaryoter?<br />
5
Locus control region reglerar<br />
kromatinets kondensation hos globin-<br />
gencluster<br />
Insulatorelement hindrar<br />
”spridning” av enhancereffekten<br />
Ett enda reglerprotein kan<br />
reglera många m<br />
olika gener<br />
6
Program<br />
Föreläsning 1 – <strong>DNA</strong>-<strong>repair</strong><br />
Föreläsning 2 - Transkription<br />
Föreläsning 3 – Genreglering<br />
Föreläsning 4 – Genreglering och signaltransduktion<br />
Genreglering och<br />
signaltransduktion<br />
Föreläsning 5 – RNA-processning<br />
Föreläsning 6 - Translation<br />
Cellkommunikation<br />
Intracellulär signalväg<br />
• Biokemisk kommunikation från en del av<br />
cellen till en annan<br />
• Viktiga steg i cellkommunikation:<br />
– Mottagning av signal (med receptormolekyl)<br />
– Biokemisk processning av signalen (amplifiering,<br />
integrering)<br />
– Reaktion (t ex ändring i cellens aktivitet eller<br />
genuttryck)<br />
• Det finns många olika signalvägar<br />
Varför finns cellkommunikation?<br />
• Celler i flercelliga organismer måste kunna<br />
kommunicera med varandra<br />
• Cellerna måste kunna integrera komplex<br />
information som kommer från olika källor<br />
Cellkommunikation<br />
Signalmolekyler binder till specifika receptorer<br />
• Signalmolekyler: Ligander som utsöndras av den<br />
signalerande cellen<br />
-För att känna av sin position och funktion<br />
-Koordinera rörelse<br />
-Utföra specifika uppgifter, t.ex celldelning,<br />
metabolism eller producera en specifik molekyl<br />
• Receptorer:<br />
Binder signalmolekyler och<br />
initierar ett svar i målcellen<br />
1
Signalmolekyler<br />
• signalmolekyler utsöndras från den signalerande cellen<br />
Receptorer<br />
Proteiner<br />
Små peptider<br />
Amino syror<br />
Nukleotider<br />
Steroider (små lipofila molekyler)<br />
Retinoider<br />
Fettsyror<br />
Gaser: ex. NO, CO och O 2<br />
•Sitter på målcellen<br />
-låg ligand koncentration - hög receptor affinitet<br />
-hög ligand koncentration - låg receptor affinitet<br />
•Binder specifika signalmolekyler och<br />
initierar ett svar i målcellen<br />
Olika typer av receptorer<br />
”Cross-talk”, Amplifiering<br />
och Integrering<br />
-Membranbundna receptorer<br />
Binder hydrofila signalmolekyler<br />
-Intracellulära receptorer<br />
Binder hydrofoba signalmolekyler<br />
• Olika signalvägar interagerar<br />
(”Cross-talk”)<br />
• Kan vara samverkan eller motverkan<br />
• Amplifiering<br />
• Integrering<br />
Signalering<br />
Avståndet mellan signalcellen och målcellen<br />
avgör typen av signalering<br />
Signalering<br />
-lokal<br />
-snabb<br />
• kontakt beroende signalering<br />
• parakrin signalering<br />
• synaptisk signalering<br />
• endokrin signalering<br />
2
Signalering<br />
-långa avsånd (blodomloppet)<br />
-långsam<br />
Långsamt och<br />
snabbverkande signaler<br />
• Snabba signaler<br />
– Effekt på några sekunder, t ex på metabolismen<br />
– T ex aktivering av ett inaktivt enzym<br />
– Signalen bryts snabbt ner - det är viktigt att kunna stänga av<br />
signalen<br />
• Långsamma signaler<br />
– Hormoner som verkar över timmar och dagar<br />
– Ändrar t ex i nivån i genutrycket<br />
Multipla extracellulära signaler<br />
Multipla extracellulära signaler<br />
Varje cell är programmerad för att tolka olika kombinationer<br />
av signalmolekyler….<br />
…detta kan ge upphov till olika svar i målcellen<br />
-ett hundratal signalmolekyler kan ge upphov till<br />
tusental cellulära svar!<br />
Intracellulära receptorer<br />
Kärnreceptorer<br />
Signalmolekyler - hydrofoba och/eller små<br />
Ligand-aktiverade<br />
transkriptionsfaktorer<br />
Exempel:<br />
NO<br />
CO<br />
O 2<br />
steroidhormoner<br />
tyroidhormoner (sköl<strong>dk</strong>örtelhormon)<br />
retinoider<br />
vitamin D3<br />
orphan receptorer =<br />
receptorer utan<br />
identifierad ligand<br />
3
Glukokortikoid-<br />
Receptorn (GR)<br />
• Receptorn är inaktiv och<br />
befinner sig i cytoplasman.<br />
• Glukokortikoider binder till<br />
receptorn - complexet<br />
transporteras in i kärnan. Binder<br />
<strong>DNA</strong>t och reglerar transkription.<br />
Tyroidhormon-receptorn<br />
•Receptorn binder till <strong>DNA</strong>t<br />
men kan inte stimulera<br />
transkription om inte<br />
tyroidhormonet binder till<br />
receptorn<br />
Cooper 13.3<br />
Cooper 13.4<br />
Primärt svar….<br />
Sekundärt svar….<br />
Struktur av ligand-bindande<br />
domänen<br />
Membranbundna Receptorer<br />
4
Network of intracellular<br />
signaling molecules<br />
Signal Transducers<br />
Molecular Switches<br />
Fem parallella intracellulära signalvägar<br />
Gene transcription activated by a<br />
G-protein linked receptor<br />
Increased level of cAMP produces<br />
increased gene activity<br />
-Adrenalin<br />
-Glucagon<br />
5
Jak-STAT signalering<br />
Jak-STAT signalering<br />
Anti-viral response<br />
Ras signalering<br />
TGF-β signaling pathway<br />
• Embryonic development<br />
Immune System<br />
Aktivering av NF-κB<br />
-Cell proliferation<br />
-Differentiation<br />
• Anti Inflammatory Response<br />
Cancer och signalvägar<br />
• Mutationer hos ras-proteiner är vanliga<br />
hos cancerceller<br />
• Muterade onkogena Ras-proteiner förblir<br />
låsta i den aktiva formen, stimulerande<br />
MAP-signalvägen konstitutivt<br />
• Därmed blir cancercellens tillväxt<br />
oberoende av mängden av tillväxtfaktor i<br />
omgivning<br />
Receptorstörningar<br />
• Cellerna har möjlighet att reglera antalet<br />
receptorer på målcellens yta<br />
• Desensitisering kan uppnås via förändrad<br />
receptor<br />
– Fosforylering eller proteiner som binder<br />
• Exempel är insulinresistens<br />
– Hormonen finns men har inte någon verkan<br />
6
Aktivering av<br />
NF-κB<br />
-Proteolys<br />
av det inhibitoriska<br />
proteinet IκB aktiverar<br />
NF-κB<br />
-NF-κB transporteras<br />
till kärnan och reglerar<br />
transkription av sina<br />
målgener<br />
-NF-κB aktiverar även IκB<br />
negative feedback<br />
7
Program<br />
Skillnader mellan eukaryot<br />
och prokaryot transkription<br />
Föreläsning 2 - Transkription<br />
Föreläsning 3 – Genreglering<br />
Föreläsning 4 – Genreglering och signaltransduktion<br />
Procaryotes<br />
Föreläsning 5 – RNA-processning<br />
Föreläsning 6 - Translation<br />
Eucaryotes<br />
Föreläsning 1 – <strong>DNA</strong>-<strong>repair</strong><br />
RNA-<br />
processing<br />
Elongering av transkription hos<br />
eukaryoter sker samtidigt<br />
med RNA-processing<br />
RNA-splitsning<br />
RNA-polyadenylering<br />
(3’ end)<br />
RNA-capping<br />
(5’ end)<br />
RNA-capping<br />
5’ -fosfat avlägsnas<br />
GMP adderas<br />
(5’ to 5’) 5<br />
Metylering av guanosin<br />
Splitsning av RNA<br />
Hos eukaryota celler, det primära ra RNA-transkriptet<br />
transkriptet,<br />
(pre-mRNA),, innehåller både b<br />
kodande och<br />
Icke-kodande sekvenser<br />
Hos pre-mRNA<br />
mRNA, kodande sekvenser kallas Exoner<br />
medan icke-kodande sekvenser kallas<br />
Introner<br />
1
Strukturen hos två gener<br />
Under splitsningen klyvs<br />
Intronsekvenserna bort<br />
A<br />
RNA-splitsning<br />
görs i spliceosomen<br />
Alternativ splitsning av<br />
α-tropomyosingenen<br />
hos råtta<br />
B<br />
E<br />
C<br />
F<br />
D<br />
RNA-polyadenylering<br />
Termineringssekvens på RNA<br />
som syntetiseras<br />
Klyvning av RNA<br />
RNA-editering<br />
RNA-editing<br />
är r en process som förändrarf<br />
nucleotidsekvenser hos mRNA-molekyler efter<br />
själva transkriptionen<br />
PAP tillsätter tter 200 nukleotider<br />
(3’)<br />
2
Mekanismen för RNA-editering<br />
Plants, Trypanosoma (mitochondria)<br />
Mekanismen för A→I mRNA-editering<br />
Adenosine deaminases (ADAR) act directly on<br />
mRNA by deaminating adenines<br />
Example: Transmitted-gated ion channel in<br />
brain (Glu→ Arg editing alters Ca permeability of<br />
the channel))<br />
The Cell Nucleus by Ramon y Cajal<br />
(Nobel Prize, Medicine and Physiology)<br />
Cellkärnans struktur<br />
Nukleolen och ribosomala gener<br />
Nukleolära<br />
avdelningar<br />
3
Mekanismen för rRNA-processning<br />
Cajal Bodies: visualisering<br />
Funktion av Cajal Bodies<br />
Humana celler<br />
Cajal Bodies/GEMS<br />
Assembly of<br />
of<br />
Transcription-Processing<br />
Machinery<br />
Xenopus Oocyter<br />
Speckles: visualisering<br />
Visualisering av kromatin och<br />
nukleär struktur<br />
Speckles<br />
Cajal Body<br />
Cajal Body<br />
Speckles<br />
Stockpiles of fully mature snRNPs<br />
ready to be used in RNA-splicing<br />
4
Cajal Bodies och Speckles är fysiskt sammanlänkade<br />
Cellkärnans struktur<br />
Cajal Body<br />
Speckles<br />
Nukleocytoplasmisk transport av<br />
RNA-molekyl<br />
Protein synthesis<br />
factors<br />
Protein-<br />
syntes<br />
5
Program<br />
Föreläsning 1 – <strong>DNA</strong>-<strong>repair</strong><br />
Föreläsning 2 - Transkription<br />
Föreläsning 3 – Genreglering<br />
Translation<br />
Föreläsning 4 – Genreglering och signaltransduktion<br />
Föreläsning 5 – RNA-processning<br />
Föreläsning 6 – Translation<br />
Huvudpunkter<br />
mRNA fungerar som en informationsbärare<br />
mellan <strong>DNA</strong> och protein<br />
• Vad är translation?<br />
• Mekanismerna<br />
• Komponenterna<br />
• Medicinsk relevans (antibiotika)<br />
• Reglering<br />
Hur kan informationen i den<br />
lineära sekvensen av nukleotider i<br />
mRNA översättas till en lineär<br />
sekvens av aminosyror för att<br />
skapa proteiner?<br />
Transkription<br />
Samma språk:<br />
1 dNTP ≡ 1 rNTP<br />
Proteinsyntes<br />
Olika språk:<br />
1 rNTP ≠ 1 aa<br />
RNA-translation<br />
1
Specifika problem<br />
Alla celler måste m<br />
kunna översätta<br />
nukleotidspråket<br />
ket<br />
till ett proteinspråk<br />
Denna översättning kan inte göras g<br />
bokstav förf<br />
bokstav eftersom det finns fyra olika baser hos<br />
<strong>DNA</strong>/RNA och 20 olika aminosyror<br />
Den genetiska koden<br />
mRNA läses i kodoner (kodontripletter), t ex ATG<br />
Varje kodon specifierar en aminosyra eller ”STOP” i<br />
translationssprocessen<br />
Den genetiska koden är r universal - den används nds av<br />
alla organismer.<br />
Den genetiska koden är reduntant - flera av<br />
aminosyror kan kodas på p flera olika sätt. s<br />
Den genetiska koden<br />
Hur görs kopplingen mellan<br />
nukleotider och aminosyror?<br />
Svarta bokstäver:<br />
kodontripletter<br />
Röda bokstäver: aminosyror<br />
Adaptormolekyler matchar aminosyror<br />
till kodoner i mRNA<br />
Adaptormolekylerna kallas förflyttar-RNA f<br />
(tRNA(<br />
tRNA)<br />
tRNA i form av en L<br />
med specifika bindningsställen<br />
3’ end<br />
Amino acid binding site<br />
Codon binding site<br />
Anticodon<br />
2
Den genetiska koden<br />
”Wobble” i basparning mellan<br />
kodoner och antikodoner<br />
Svarta bokstäver:<br />
kodontripletter<br />
Röda bokstäver: aminosyror<br />
Ett specifikt enzyme laddar<br />
tRNA-molekylen med en aminosyra<br />
Den genetiska koden översätts<br />
med hjälp av två olika adaptorer<br />
Enzymet heter aminoasyl-tRNA syntetas<br />
1<br />
2<br />
Amino acyl tRNA<br />
Nettoresultat: en aminosyra väljs v<br />
ut av en kodon<br />
Den nya aminosyran inkorporeras<br />
i den växande<br />
polypeptiden<br />
Men var sker denna process?<br />
3
A<br />
B<br />
Ribosomer<br />
C<br />
Ribosomer<br />
Ribosomen är r en mycket komplex katalytisk maskin<br />
innehållande fler än n 50 olika proteiner och flera olika<br />
RNA-molekyler (rRNA(<br />
rRNA)<br />
Aktiva ribosomer består r av en stor och en liten<br />
enhet<br />
Ribosomer är r mycket konserverade hos prokaryoter<br />
och eukaryoter<br />
Eukaryotisk ribosom<br />
Prokaryotisk ribosom<br />
Hos eukaryoter, ribosomer finns i cytoplasman<br />
endast (och i mitokondrier)<br />
Antibiotika och translation<br />
Proteinsyntes är en dynamisk process<br />
Antibiotika är r riktade mot processer och strukturer<br />
som är r unika för f r mikrober och inte finns hos<br />
eukaryota celler (alltså människan)<br />
Den eukaryota ribosomen skiljer sig något n<br />
från n den<br />
prokaryota ribosomen<br />
Det finns antibiotika (t ex kanamycin) ) som specifikt<br />
hindrar translation hos prokaryota ribosomer<br />
Därmed påverkar p<br />
dessa antibiotika endast kroppens<br />
prokaryota beståndsdelar<br />
Ribosomen innehåller fyra<br />
bindnindssäten<br />
Hur kan ribosomen facilitera de<br />
många samordnade molekylära<br />
förflyttningarna som krävs för<br />
effektiv translation?<br />
tRNA-bindningss<br />
-bindningssäten<br />
mRNA-bindningss<br />
-bindningssätet<br />
4
Det finns tre huvudsteg<br />
i translationen<br />
Translation av en mRNA-molekyl…..<br />
Bindning av aminoasyl-tRNA<br />
till A-sätet<br />
Den C-terminala ändan av peptiden i P-<br />
sätet kopplas till N-terminus<br />
av<br />
aminosyran i A-sätet<br />
Peptidyltransferas<br />
Konformationella förändringar flyttar<br />
mRNA exakt 3 nukleotider så att A-sätet<br />
blir åter tillgängligt<br />
Konformationella<br />
förändringar hos mRNA<br />
….kräver hjälp av elongeringsfaktorer<br />
A<br />
D<br />
Initiering och terminering av translation<br />
kräver specifika signaler<br />
B<br />
C<br />
E<br />
F<br />
Initiering kräver ett specifikt AUG-kodon<br />
kodon, , som binder<br />
nästan alltid en tRNA som bär b r på p en metionin<br />
Translationen termineras när stopkodoner (UAA, UAG,<br />
UGA) ) kommer fram till ribosomen<br />
Inga vanliga tRNA-molekyler binder till stopkodoner<br />
Initiering kräver initieringsfaktorer<br />
Initierande tRNA laddas på p den lilla<br />
ribosomala enheten<br />
Den lilla enheten känner k<br />
igen 5’-5<br />
capstrukturen hos mRNA (behövs<br />
även<br />
initieringsfaktorer, eIF4E och eIF4G)<br />
Den lilla enheten flyttar sig framåt t påp<br />
mRNA tills den kommer till en AUG<br />
Den stora enheten binder till den lilla och<br />
initiationsfaktorerna dissocieras<br />
A<br />
B<br />
C<br />
Initiation av translation<br />
D<br />
E<br />
F<br />
5
Termination av translation<br />
Proteiner skapas på polyribosomer<br />
De flesta proteiner syntetiseras klart mellan 20 s och<br />
några minuter<br />
A<br />
B<br />
Det färdiga f<br />
proteinet<br />
lämnar<br />
ribosomen<br />
Ribosomen disassocierar<br />
Hur kontrolleras kvaliteten hos<br />
nysyntetiserade proteiner ?<br />
Proteiner veckas co-translationellt<br />
Proteiner får f r sitt sekundära struktur under<br />
translationsprocessen<br />
Flera mekanismer garanterar den<br />
korrekta veckningen<br />
Abnormalt veckade proteiner kan aggregera och ge<br />
upphov till sjukdomar<br />
Prionsjukdomar, Huntington och Alzheimers är r alla<br />
resultat av ackumulering av felaktigt veckade<br />
proteiner som bildar filament som kroppen inte klarar<br />
av att hydrolysera<br />
6
En lång väg från <strong>DNA</strong> till protein<br />
7
Change language