Ce diaporama a bien été signalé.
Nous utilisons votre profil LinkedIn et vos données d’activité pour vous proposer des publicités personnalisées et pertinentes. Vous pouvez changer vos préférences de publicités à tout moment.

Mutation and DNA repair

5 318 vues

Publié le

Mutation and DNA repair course

Publié dans : Sciences
  • Soyez le premier à commenter

Mutation and DNA repair

  1. 1. Methee Sriprapun, PhD Faculty of Medical Technology Huachiew Chalermprakiet University
  2. 2. Objectives •อธิบายความหมายและจาแนกประเภทของ mutation แบบต่างๆ ได้ •อธิบายสาเหตุและผลของการเกิด mutation ได้ •อธิบายกลไกลการซ่อมแซม DNA แบบต่างๆ ได้
  3. 3. DNA (Deoxyribonucleic acid) http://www.mun.ca/biology/scarr/iGen3_02-07.html RNA (Ribonucleic acid)
  4. 4. http://www.contentfy.com/wp-content/uploads/2012/12/dna-and-rna1.png Purine: A, G Pyrimidine: T, C, U A=T, CG : DNA A=U, CG : RNA
  5. 5. Terminology to understand Mutation (การผ่าเหล่า): “the change in genetic material (DNA, RNA)” มีผลต่อลักษณะของสิ่งมีชีวิตที่แสดงออกมา (phenotype) Mutant: “novel phenotype resulting from mutation” Wild type  mutant Wild type : normal phenotype
  6. 6. Mutation Genetic variation Wild type & mutant Selection, adaptation & evolution to survive in new environment
  7. 7. Levels of mutation •Genome mutation :  change in amount of chromosome •Chromosome mutation:  change in chromosomal structure •Gene mutation: DNA (nucleotide change)
  8. 8. DNA VS RNA genome mutation •Mutation rate: RNA >> DNA (1,000 fold) •DNA polymerase: proof reading activity •RNA polymerase : lacking of proof reading activity •ปัจจุบันเทคนิคที่นิยมใช้ในการศึกษา mutation : Sequencing
  9. 9. Mutation on DNA sequence •Base substitution or point mutation Transition: purine  purine pyrimidine  pyrimidine Transversion : purine  pyrimidine (Snustad DP & Simmons MJ, 2012)
  10. 10. Mutation on DNA sequence (II) •Nonsense mutation (nucleotide change  stop codon) Wild type (AT) Mutant (Russell PJ, 2010) Stop codon : UAG, UAA, UGA
  11. 11. •Missense mutation (nucleotide change  amino acid change: nonsynonymous substitution) •Silent mutation (nucleotide change  w/o amino acid change: synonymous substitution) (Russell PJ, 2010)
  12. 12. Mutation on DNA sequence (III) •Frame-shift mutation: insertion or deletion  การอ่าน codon เปลี่ยนแปลงไป Insertion : การแทรกของ base ใน nucleotide sequence Deletion : การขาดหายไปของ base ใน nucleotide sequence (Russell PJ, 2010)
  13. 13. http://www.biogem.org/codon.jpg
  14. 14. แบบทดสอบ •Template DNA: CTA ACA GGA TGC AAA CCC TTC L T G C K P F •Mutation 1: CTA CCA GGA TGC AAA CCC TTC L P G C K P F •Mutation 2: CTA ACA GGA TGC TAA CCC TTC L T G C Stop P F (Missense mutation) Nonsense mutation
  15. 15. แบบทดสอบ •Template DNA: CTA ACA GGA TGC AAA CCC TTC L T G C K P F •Mutation 3: CTA ACA GGA TGC AAA CCC TTT L T G C K P F •Mutation 4: CTA ACA GGA TGC A-A C CC T TC L T G C N P - Silent mutation Frameshift mutation)
  16. 16. Mutation symbol •Nucleotide sequence •Amino acid sequence C134A มีการเปลี่ยนแปลง nucleotide ที่ตาแหน่ง 134 จาก C เป็น A nt เดิม ตาแหน่ง nt ใหม่ 134 (CA) 134C>A A222K aa เดิม ตาแหน่ง aa ใหม่ มีการเปลี่ยนแปลง amino acid ที่ตาแหน่ง 222 จาก A เป็น K A= alanine; K = lysine
  17. 17. Mutation can occur in 2 ways •Spontaneous mutation •Induced mutation
  18. 18. Spontaneous mutation •เป็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นได้เองโดยธรรมชาติ •Randomly occur without a known cause •Mostly occur during DNA replication •Error rate in DNA replication: 10-6 to 10-7 per kilobase pair/each replication •Deamination, depurination and tautomerization
  19. 19. Deamination •Removal of amino group (NH2) from base •Cytosine  Uracil  binding with A instead of G •Adenine  Hypoxantine  binding with C instead of T •DNA repair: base excision repair •Uracil-DNA-glycosidase ดึง U ออกจาก DNA และใส่ C แทนที่  reduce mutation
  20. 20. Deamination http://bio3400.nicerweb.com/Locked/media/ch15/deamination.html NH3 NH3 H2O H2O
  21. 21. Depurination •Loss of purine from DNA sequence •Apurinic site •Weak covalent bond between sugar & purine •Spontaneous or induced mechanism http://en.wikipedia.org/wiki/File:Apurinic_Site.png
  22. 22. Tautomerization •Keto form  enol form (T,G) •Amino form  imino form (A, C) •Changing base complementary during replication •สภาวะปกติ: G (keto) จับกับ C (amino) •Tautomerization:  G (enol) จับกับ T (keto)  C (imino) จับกับ A (amino)
  23. 23. Tautomeric shift (Snustad DP & Simmons MJ, 2012)
  24. 24. (Snustad DP & Simmons MJ, 2012)
  25. 25. Induced mutation •Resulting from the exposure with physical or chemical agent •Agent  “mutagen” •Agent cause cancer  “carcinogen”
  26. 26. Radiation •Ionizing radiation * X-ray, gamma ray, cosmid ray  เครื่องกาเนิดรังสี * alpha, beta & gamma rays  radio isotopes * ทาให้เกิดอิออน, free radical: mutation & DNA and chromosome damage * อานาจทะลุทะลวงสูง http://serc.carleton.edu/details/images/38143.html
  27. 27. Radiation (II) •Non-ionizing radiation * UV light อานาจทะลุทะลวงต่า * Mutation > damage cell, DNA and chromosome * Thymine dimer (T=T) อาจเกิด C=C, C=T, T=C ได้บ้าง (Snustad DP & Simmons MJ, 2012)
  28. 28. Chemical agents •Alkylating agents - nitrogen, sulfur mastard, methyl & ethyl methane sulfonate (MMS & EMS) - Adding methyl or ethyl group  “alkylation” - transition, transversion or frameshift mutations - chromosome alteration http://bio3400.nicerweb.com/Locked/media/ch15/alkylating.html
  29. 29. Chemical agents (II) •Nitrous acid (HNO2) : “deamination”, transition mutation (Russell PJ, 2010)
  30. 30. Chemical agents (III) •Intercalating agents or acridine dyes * Proflavin, acridine orange, ICR-170, ICR-191 * Ethidium bromide * แทรกระหว่างโครงสร้าง DNA  interfere DNA replication * Frameshift mutation
  31. 31. http://2008.igem.org/File:Ethidium2.jpg Ethidium bromide “Minor groove of dsDNA”
  32. 32. Chemical agents (IV) •Base analogs * 5-bromouracil (analog with thymine) * 2-amino purine * transition mutation (Snustad DP & Simmons MJ, 2012)
  33. 33. Chemical agents (V) •Hydroxylamine (NH2OH) * Adding OH group to amino group of cytosine * Hydroxylaminocytosine จับกับ Adenine * Transition mutation GC to A=T only. (Russell PJ, 2010)
  34. 34. Mutation results in 2 different ways http://fposts.com/fbpost/429873190357625_635470786464530 http://www2.med.umich.edu/prmc/media/newsroom/details.cfm?ID=656
  35. 35. DNA repair •Direct reversal repair of DNA damage (การแก้ไขสู่สภาพเดิมของ DNA ที่ถูกทาลายโดยตรง) •Excision repair of DNA damage (การตัดส่วนที่ถูกทาลายออกไปและสร้างส่วนที่ถูกต้องแทนที่)
  36. 36. รูปแบบความผิดปกติที่พบได้บ่อย •การแตกหักของ DNA จากการโค้งหรือบิดงอ •การเปลี่ยนแปลง pH ในเซลล์มีผลต่อ purine base •โครงสร้าง DNA เปลี่ยนไป •การเปลี่ยนแปลงที่นิวคลีโอไทด์ เช่น thymine dimer ของ T ที่อยู่ติดกันในสาย DNA
  37. 37. Direct reversal repair of DNA damage •Mismatch repair by proofreading activity mutation frequency in bacterial gene: 10-7 – 10-11 errors/generation •3’-to-5’ exonuclease of DNA polymerase •Backspacing to remove wrong nucleotide and resuming synthesis in the forward direction
  38. 38. http://www.uic.edu/classes/phar/phar331/lecture4/
  39. 39. Direct reversal repair of DNA damage (II) •Photorectivation or light-dependent repair - UV light  thymine dimers - Reparing thymine dimers (T=T) using visible light (320-370 nm) - DNA Photolyase or photoreactivating enzyme - Also repairing cytosine or cytosine-thymine dimers - Eukaryotes : photolyase like enzyme (defect  xeroderma pigmentosum)
  40. 40. “Light repair” (Snustad DP & Simmons MJ, 2012)
  41. 41. Direct reversal repair of DNA damage (III) •Removal of methyl groups: แก้ไข DNA ที่ถูกทาลาย โดยการเติมหมู่ methyl ด้วย DNA methyltransferase http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9900/figure/A801/?report=objectonly
  42. 42. Excision repair of DNA damage •เป็นกลไกที่พบได้มากที่สุดใน DNA ที่ถูกทาลายจากสาเหตุ ต่างๆ •“ตัดส่วนที่ถูกทาลายออกแล้วสร้างส่วนที่ถูกต้องเติมลงไป” •Using many mechanisms and enzymes •Base excision repair & nucleotide excision repair
  43. 43. Mechanism of excision repair •Endonuclease recognizes, binds to and excises damaged base or bases in DNA •Repair mechanism in excision gap by DNA polymerase using the undamaged complementary strand as template •DNA ligase seals the break left by DNA polymerase  complete repair process
  44. 44. “Dark repair” (Snustad DP & Simmons MJ, 2012)
  45. 45. SOS repair •Response after exposing with high dose of DNA-damaging agents  high DNA mutation •Error-prone repair for cell survival •Occurring during DNA replication •การทางานของ DNA polymerase ในการสุ่มเบสมาสร้าง สายใหม่ในบริเวณตาแหน่ง template ที่เกิด damage •ควบคุมโดย sos genes  regulon
  46. 46. References •เอกสารประกอบการสอน MT4021 เทคโนโลยีชีวภาพ เรื่อง การกลายพันธุ์และการซ่อมแซมการกลายพันธุ์ คณะเทคนิคการแพทย์ มหาวิทยาลัยหัวเฉียวเฉลิมพระเกียรติ 2556. •นวลทิพย์ กมลวารินทร์. กรดนิวคลีอิกและการทางานของยีน. ใน: เมตาบอลิสมและโภชนาการ.กรุงเทพฯ: ภาควิชา ชีวเคมี คณะแพทยศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย; 2541. •Snustad DP, Simmons MJ. Mutation, DNA repair, and recombination. In: Principles of genetics. 5th ed. Asia: John Wiley & Sons; 2010. •ตรีทิพย์ รัตนวรชัย. มิวเทชันและกระบวนการซ่อมแซมดีเอ็นเอ. ใน: อณูพันธุศาสตร์เบื้องต้น มหัศจรรย์ของดีเอ็นเอ. พิมพ์ครั้งที่ 1. กรุงเทพฯ: โรงพิมพ์แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย; 2552 •Madigan MT, Martinko JM, Dunlap PV, Clark DP. Brock Biology of microorganism. 12ed. San Francisco, CA: Pearson Education; 2009. •Russell PJ.DNA mutation, DNA repair and transposable elements. In: iGenetics a molecular approach. 3rd ed. San Francisco, CA: Pearson Education; 2010. •ธีระชัย ธนานันต์. การกลายและการซ่อมดีเอ็มเอ. ใน พันธุศาสตร์โมเลกุล. พิมพ์ครั้งที่ 1. กรุงเทพฯ: แดเน็กซ์ อินเตอร์คอร์ปอเรชั่น; 2553.

×