måndag 12 oktober 2015

Wikipedia terminologiaa DNA korjauksesta. Korjausmenetelmä ei tunnista mutaatiota

DNA:n korjaus

DNA:n korjaus on joukko toimintoja, jotka korjaavat solujen perimään syntyneitä DNA-vaurioita. Jos DNA-vaurioita sattuisi hyvin usein, solujen toiminta estyisi. DNA-vaurioita aiheuttavat muun muassa aineenvaihdunnan reaktioissa syntyvät tuotteet ja ympäristön mutageeniset vaikutukset, muun muassa säteily. DNA-vauriot muuttavat yleensä DNA:n kaksoiskierrerakennetta , mitä solu käyttää hyväksi tunnistaessaan vauriokohtia. DNA-vauriot eroavat mutaatioista siten, että DNA:n korjausmekanismit eivät kykene tunnistamaan mutaatioita (muutoksia DNA:n nukleotidijärjestyksessä). DNA:n korjaukseen osallistuu monia erikoistuneita entsyymejä ja muita proteiineja, jotka ovat hyvin konservoituneita prokaryooteissa ja eukaryooteissa. DNA-korjausmekanismit eivät toimi täydellisesti. Pieni osa vaurioista jää aina korjaamatta, mikä saattaa johtaa mutaatioon.

Sisällysluettelo

1 Korjausmekanismit

2 Korjausmekanismin luonteesta
3 Korjausmekanismin merkitys
4 Katso myös
5 Lähteet

1. Korjausmekanismit

1.1. Suora palautus

Solussa toimii entsyymejä, jotka katalysoivat DNA vaurioita aiheuttavien kemiallisten reaktioiden käänteisreaktioita. Fotolyaasi -entsyymillä on kyky hajottaa kovalenttisesti toisissaan kiinni olevia pyrimidiini-dimeerejä, joita syntyy mm. UVB-säteilyn vaikutuksesta. esim TT erotetaan kahdeksi tymiiniksi.
Metyyli-guaniini-metyyli-transferaasi (MGMT) voi demetyloida metyyli-guaniini-emäksiä takaisin guaniini-emäksiksi. (Alkyloituneen DNA:n korjaaminen poistamalla alkyyli) .

1.2. Yhden DNA-nauhan korjaus

Kun vain toinen DNA:n nauhoista on vaurioitunut, solu kykenee hyödyntämään eheää nauhaa mallina korjatessaan vauriota.

BER. Emäksen korjaus (engl. Base excision repair) korjaa oksidaation, alkylaatio tai deaminaation aiheuttamia vaurioita DNA:n emäksissä. Emäksen korjaus käynnistyy, kun DNA glykosylaasi tunnistaa ja poistaa viallisen emäksen DNA:ssa muodostaen ns. AP-kohdan DNA:han. Seuraavaksi AP endonukleaasi poistaa nukleotidin muut osat AP-kohdasta, minkä jälkeen DNA polymeraasi I ja DNA ligaasi paikkaavat aukon käyttäen hyväksi eheää DNA nauhaa.https://www.youtube.com/watch?v=oGEYcTKub30
NER. Nukleotidin korjaus (engl. Nucleotide excision repair) kykenee korjaamaan suurempia vaurioita, joita aiheuttaa mm. kemikaalit ja säteily. Nukleotidivauriot aiheuttavat muutoksia DNA kaksoiskierrerakenteeseen, jotka mekanismi kykenee tunnistamaan. Korjaus on monimutkainen prosessi, johon osallistuu lukuisia eri proteiineja. Emäksen korjauksen tapaan siinä ensin poistetaan vaurioituneet nukleotidit ja täydennetään syntynyt aukko käyttäen hyväksi eheää nauhaa.
https://www.youtube.com/watch?v=WDZpqmg3ANY
MMR. Yhteensopimattomien nukleotidien korjaus (engl. Mismatch repair) korjaa DNA replikaatiossa tai rekombinaatiossa syntyneitä virheitä. Solussa on joukko tähän tehtävään erikoistuneita proteiineja.https://www.youtube.com/watch?v=41AJ1CFSqKA

1.3. DNA-katkokset (DSB)
NHEJ https://www.youtube.com/watch?v=xS6bJMcOrAk
MMEJ
HR

DNA:n katkeamiset ovat erityisen vaarallisia solulle, koska ne saattavat johtaa genomin uudelleen järjestymiseen. Tunnetaan kolme eri mekanismia, jotka voivat korjata katkenneen DNA:n, NHEJ (engl. Non-homologous end joining), (engl. MMEJ microhomology-mediated end joining) ja homologinen rekombinaatio.

2. Korjausmekanismin luonteesta

DNA:n jakautumisessa eli replikaatiossa syntyy hyvin paljon kopiointivirheitä.
Ensimmäinen korjausmekanismin vaihe korjaa yksittäisten emästen kopiointivirheitä eli pistemutaatioita. Toisessa vaiheessa DNA-polymeraasiin liittyvät entsyymit alentavat mutaatioita.
Kolmannessa vaiheessa DNA:n jakautumista ohjaava mekanismi alentaa vielä hyvin runsaasti mutaatioita. Korjausmekanismi on itsessään altis mutaatioille, ja saattaa joskus kytkeytyä ainakin osittain pois päältä.

3. Korjausmekanismin merkitys

DNA-vaurioon reagoiminen ja vaurion korjaaminen on erittäin tärkeää solun elossa pysymiselle ja sairauksien ehkäisemiselle. Toisaalta epätäydellisen DNA:n korjauksen seurauksena syntyvät emäsmuutokset mahdollistavat geenien ja genomin muuttumisen, mikä on evoluution perusta. Toisin sanoen epätäydellinen DNA:n korjaus synnyttää mutaatioita ja näin geneettistä variaatiota.
Geneettinen variaatio on puolestaan luonnonvalinnan "polttoainetta". Täydellinen DNA:n korjaussysteemi johtaisi evoluution pysähtymiseen.
Toisaalta biologisen yksilön kannalta geneettinen stabiilisuus on hyvä asia.
DNA:n korjauksen tärkeydestä kertoo se, että solut investoivat suhteellisen paljon DNA:n korjausentsyymien valmistamiseen. Esimerkiksi bakteeriien ja hiivojen genomien analyysissa on selvinnyt, että suuri osa niiden koodaavasta DNA:sta on omistettu pelkästään DNA:n korjaustoiminnoille.
DNA:n korjauksen tärkeyttä kuvastaa myös se, että jos jokin DNA:n korjausgeeni inaktivoidaan, mutaatioden määrä kasvaa huomattavasti kyseessä olevassa organismissa (Alberts et al. 2002).
Monet DNA:n korjaus reitit ja niitä koodaavat geenit löydettiin ensimmäisenä bakteereista. Nykyään tiedetään, että monet näistä geeneistä toimivat myös muissa eliöissä mukaan luettuna ihmisessä.

Kemian Nobel. Taustasta (2) . Fotolyaasi (Sancar) . Fotoreaktivaatio,ensimmäinen DNA:n korjausmekanismi. NER

http://www.kva.se/globalassets/priser/nobel/2015/kemi/sciback_ke_en_15.pdf
Tieteellinen tausta tämän vuoden Kemian Nobelin palkinnolle: DNA: n korjautumisen mekanistisista tutkimuksista on tehty tietue Ruotsin Kuninkaallisen Tieteellisen Akatemian Kemian luokan avulla 7. 10. 2015.
TAUSTASTA ( 2)

Fotoreaktivaatio- ensimmäinen DNA:n korjautumismekanismi

Aikoinaan 1920-luvulla havaitsi amerikkalainen geneetikko Herman Muller (1946 Fysiologian Nobelin palkinto), että röntgensäteet pystyivät tekemään mutaation soluihin ja tappamaan niitä Sen jälkeen osoitettiin, että muun kaltaisetkin agenssit, niitten joukossa UV-säteily, saattoivat vaikuttaa solun elinkykyisyyteen ja mutaatiopitoisuuteen. Siihen aikaan ei tunnettu, mikä oli se solukohde, johon röntgensäteet ja UV-valo pystyivät niin kuolettavasti vaikuttamaan. Ei tunnistettu niitä mekanismejakaan, jotka pystyisivät korjaamaan jo ilmentyneitä vaurioita.

1940-luvun lopulla tapahtui nopea edistyminen , kun Albert Kelner oli bakteeritutkimuksissaan havainnut bakteerien pystyvän toipumaan UV-valon aiheuttamista vaurioista. Kelner havaitsi, että näkyvä valo saattaisi todella tuntuvasti stimuloida kasvun toipumista siitä kasvun jarruttumasta, jonka UV-altistus oli aiheuttanut. Tätä ilmiötä alettiin kutsua fotoreaktivaatioksi ja löytö viittasi sellaisten valosta riippuvaisten solumekanismien olevan olemassa , jotka kykenivät korjaamaan UV-säteilyn aiheuttaman soluvaurion.

Vuonna 1944 Oswald Avery et al. olivat osoittaneet DNA:n olevan ainesta, joka ihmisessä vastasi perinnöllisyydestä (herediteetti).

1950-luvulla tuli selväksi, että todennäköisimmin juuri DNA oli kohde UV- valon aiheuttamissa vaurioissa. Siinä vaiheessa Renato Dulbecco ( 1975 Nobelin palkinto fyiologiassa/lääketieteessä) oli sitä mieltä, että fotoreaktivaatio oli näkyvästä valosta riippuvainen entsymaattinen reaktio. Tämän oletuksen oikeus osoitettiin Stanley Rupertin toimesta: raporttisarjallaan hän osoitti, että DNA voi reaktivoitua näkyvästä valosta soluttomassa miljöössä E-coli tai S. cerevisiae- uutteessa Tämän entsymaattisen aktiviisuuden , fotolyaasin, observointi olikin erittäin olennainen havainto, koska ensimmäistä kertaa voitiin osoittaa sellaisen DNA:ta korjaavan entsyymin olemassaolo, mikä pystyi korjaamaan UV-säteilytettyä DNA: ta.

Aluksi fotolyaasi tarkoitti vain uutteessa olevaa aktiivisuutta, mutta vuonna 1978 Aziz Sancar pystyi kloonaamaan E.Coli bakteerista fotolyaasin geenin ja runsauttamaan geenituotetta in vivo. Siihen aikaan Sancar toimi PhD opiskelijana Rupertsin instituutissa. Mutta sen sijaan että olisi jatkanut fotolyaasin karakterisoimista, hän teki PhD väitöstyönsä ja valmistui. Kului toiset kuusi vuotta, ennekuin Sancar palasi tutkimaan fotolyaasia.

Entsyymi fotolyaasi ja sen reaktiomekanismi

Vuonna 1982 Aziz Sancar alkoi toimia Pohjois Karolinan Yliopiston tiedekunnassa ja samalla hän palasi PhD projektinsa aihepiiriin, fotolyaasiin. Vuosina 1964 - 1989 Sancar julkaisi i sarjan töitä, joissa hän kuvasi fotolyaasifunktion mekanismeja. Hän tunnisti myös kaksi kromoforia E.Colin entsyymistä. Sancar osoitti, että fotolyaasi pystyy konvertoimaan kemialliseen muotoon absorboituneen fotonin energian. Jolloin syntyy paikallinen vapaa radikaali, joka aloittaa tymniinidimeerin (TT) pilkkomisen erilleen toisistaan

Toinen kahdesta Sancarin fotolyaasissa identifioimasta kromoforista on täysin redusoitunut flaviini-adeniini-dinukleotidia (FADH). Tämä kromofori toimii katalyyttisenä kofaktorina ja excitaatiossa ( viritystilassa). Varsinaisen korjauksen vaikuttaa virittyneen flaviinikofaktorin elektronin siirtymä pyrimiriinidimeeriin ( esim TT, jossa tymiinit ovat kovalenttiseti kiinni toisissaan, jolloin ne eivät kelpaa DNA-aineeksi) )- ja elektronin siirtymästä seuraa varauksella toisistaan erotettu radikaalipari, kaksi tymiiniä (FADH + pyrimidiini<> pyrimidiini -). Dimeerin anioninen rengas pilkkoutuu sykloriversiolla ja liikaelektroni palaa flaviiniradikaaliin palauttaen sen katalyyttisesti pätevän muodon FADH ja päättää täten katalyyttisen fotosyklin. (Kuva 2).

Tämä reaktio on valon aktivoima, koska flaviinikofaktori saattaa virittyä suoraan fotonin absorptiosta tai resonansienergiasta, jota siirtyy toiselta kromoforilta, tuntopigmentiltä (met-TH4 tai deazaflaviini) , joka kokoaa auringonvaloa ja vahvistaa DNA:n korjaustehokkuutta.

NER korjausjärjeselmä nisäkäskehossa

Fotoreaktivaatio oli ensimmänen tunnistettu DNA:n korjausmuoto, mutta tämä prosessi ei ole nisäkäskehossa konservoitunut, vaan niissä NER- korjausjärjestelmä toimii UV-säteilyvaurion korjaajana. Kuitenkin fotolyaasilla on nisäkkässä homologinsa, ja niillä on käyttöä kirkadisen kellon asentamisessa, esim. valolle vastaavien biologisten prosessien säätelyssä.

(Kuva 1. osoittaa yksinkertaistettuna miten E. Coli-bakteerissa voi tapahtua korjaus leikkaamalla nukleotidi pois: ( NER, nukleotidi excision repair) Ensin heterotrimeerit UvrA ja UvrB asettuvat DNA-vauriokohtaan. Sitten DNA sykertyy ja osittain UvrB:n avulla oikenee ATP.stä riippuvassa reaktiossa. UvrA erkanee ja UvrC sitoutuu UvrB:n ja DNA:n muodostamaan kompleksiin, mikä aktivoi UvrB:n tekemään katkaisun 3´päästä ja sen jälkeen seuraa UvrC.stä riippuva katkaisu 5´päästä. Irtileikattu oligomeeri vapautuu UvD-helikaasilla. Polymeraasi Pol 1 täyttää syntyneen aukkokohdan ja samalla myös vapauttaa UvrB:n. Lopuksi korjauspala kiinnitetään ligaasilla paikoilleen.)

KTS: Aziz Sancar:
http://www.med.unc.edu/biochem/people/faculty/primary/asancar

Nobelkomitean tausta-artikkeli DNA korjautumisjärjestelmistä (1) DNA:n ja GENOMNIN merkitys

http://www.kva.se/globalassets/priser/nobel/2015/kemi/sciback_ke_en_15.pdf

Tieteellinen tausta tämän vuoden Kemian Nobelin palkinnolle: DNA: n korjautumisen mekanistisista tutkimuksista

7 OCTOBER 2015 . Scientific Background on the Nobel Prize in Chemistry 2015. MECHANISTIC STUDIES OF DNA REPAIR

compiled by the Class for Chemistry of the Royal Swedish Academy of Sciences

Geneettisen materiaalin vaurio on koko organismin uhka. Solut ovat kehityksen kuluessa tehneet vastavaikuttavia strategioita, sarjan monimutkaisia DNA:n korjautumisteitä, järjestelmiä, jotka oikovat DNA-vaurioita vaikuttamalla emästen pariutumiseen tai DNA:n rakenteeseen. Nykyään ymmärretään DNA:n korjaantumisen taustalla olevia molekulaarisia mekanismeja melko paljon ja tämän alueen ymmärtämiseen ovat pioneeritutkimuksillaan panoksensa antaneet Kemian palkinnon jakavat Lindahl, Modrich ja Sancar

Damage to the genetic material poses a threat to all organisms. To counteract this threat, cells have evolved a series of intricate DNA repair pathways that correct DNA lesions affecting base pairing or structure of DNA. Today we understand the molecular mechanisms of these pathways in great detail, in large part due to the pioneering studies by Lindahl, Modrich and Sancar that opened up the field.

TAUSTASTA suomennosta (1)

IHMISEN GENOMI koodaa sen informaation, mikä tarvitaan täydellisen ihmisolennon luomiseen. Jokaisessa solun jakautumisessa replikoituu yli kolme biljoonaa DNA emäsparia ja kopioitunut genomi siirtyy tytärsoluihin. Vaikka DNA:n replikaatiokoneisto on hyvin tehokas tässä tehtävässään se tekee kuitenkin satunnaisia virheitä. Ottaen huomioon ihmisen genomin suuruuden ja ihmiskehon solujen suuren lukumäärän ( 3.7 x 10E13) on ilmiselvää, että yksilön elämän aikana kertyy näitä virheitä. Useimmat näistä virheistä pysyvät hiljaisina, mutta ne voivat aiheuttaa myös vakavia tauteja.

DNA molekyylillä on essentielli (välttämätön) tehtävä geneettisen informaation varastona, mutta siitä huolimatta sen kemiallinen stabiliteetti on äärellinen ja se saattaa altistua spontaanille hajoamiselle. Elävässä kehossa tapahtuu merkitsevästi hydrolyysiä ja oksidaatiota, osaksi senkin takia, että erilaisissa fysiologisissa prosesseissa kehkeytyy jatkuvasti reaktiivisia aineenvaihdunta-tuotteita. Näitten lisäksi vaikuttaa ulkopuoliset tekijät kuten säteily ja genotoksiset kemikaalit, jotka stimuloivat myös DNA-vaurion muodostumista.

The human genome encodes the information needed to create a complete human being. During every cell division, more than three billion DNA base pairs are replicated and copies of the

genome are transferred to the daughter cells. Although very efficient, the DNA replication

machinery responsible for this task still makes occasional mistakes. Given the size of the human

genome and the large number of cells in a human body (about 3.7 ×1013) mistakes will

inevitably accumulate during the lifetime of an individual. Most of these errors will remain silent, but they can also cause serious diseases. Despite its essential role in storing genetic information, the DNA molecule has limited chemical stability and is subject to spontaneous decay [1]. Processes such as hydrolysis and oxidation occur at significant levels in vivo, in part due to reactive metabolites continuously generated in various physiological processes. In addition, external factors like radiation and genotoxic chemicals will further stimulate of DNA damage formation.

DNA:n luontainen instabiliteetti (epävakaus) on kaksiteräinen asia: Siinä piilee mahdollisuuksia, mutta myös uhkaa. DNA vauriot voivat tukkia tärkeitä soluprosesseja kuten DNA:n replikoitumisen ( koodin tarkan DNA-kopion tekemisen) ja transkription (koodin kirjoituksen RNA- kielelle) ja ne saattavat aiheuttaa genomin epävakautta ja heikentaa geenien ilmentämistä. Vauriot ( lesio, lesiones) voivat olla myös mutageenisiä ja muuttaa genomin koodauskykyä, mistä voi seurata genomin instabiliteettiin liittyviä tuhoisia tauteja ja tiloja, kuten syöpää, neurodegeneratiivisia häiriöitä ja biologista ikääntymistä.

Samalla voidaan todeta, että Darwinin evoluutio ei olisi mutaatioitta mahdollistakaan. Edelleen tiedetään, että mutageenit kemikaalit ja säteily voivat vaikuttaa parantavasti; niitä voidaan hyödyntää esim. syöpähoidossa johtamalla DNA-leesioita kasvaimeen pysäyttämään solujen proliferoituminen ja stimuloimaan ohjelmoitua solukuolemaa ( apoptosis)

The inherent instability of DNA constitutes both an opportunity and a threat. DNA lesions can

block important cellular processes such as DNA replication and transcription, cause genome

instability and impair gene expression. Lesions can also be mutagenic and change the coding

capacity of the genome, which can lead to devastating diseases and conditions associated with

genome instability, including cancer, neurodegenerative disorders and biological ageing.

At the same time,without mutations Darwinian evolution would not be possible. Furthermore,

mutagenic chemicals and radiation can also have a healing effect; they can for instance

be used to treat cancer, by introducing DNA lesions that halt cell proliferation and stimulate

programmed cell death.

Solu on kehittänyt tapoja, joilla se voi vastavaikuttaa DNA-vaurioihin ja saada DNA-mutaatio - pitoisuuden pysyttelemään siedettävänä. Joukko DNA:n korjautumismekanismeja pyrkii oikaisemaan vaurioita ja turvaamaan genomista integriteettiä. Tämän vuoden Nobelin palkinnon saajat ovat hahmottaneet neljä fundamentaalista DNA:n korjautumismekanismia, joista jatkossa. (Nobelin palkinnossa tällä kertaa 2015 rajoitutaan DNA:n korjausjärjestelmiin, eikä RNA tai proteiinien korjausjärjestelmiin tai niiden laadunkontrollijärjestelmiin)

The cell has developed ways to counteract DNA lesions and to keep DNA mutations at a

tolerable level. A number of different DNA repair mechanisms correct lesions and safeguard the

integrity of the genome. Four fundamental DNA repair pathways delineated by this year’s Nobel

Prize laureates will be discussed here.

DNA-tutkimusalasta uusi väitöskirja

https://gupea.ub.gu.se/handle/2077/40087

DNA physics

Equilibrium statistics of channel-confined DNA
Författare:	Werner, Erik

Polymer physics

Sammanfattning:

This thesis is devoted to the study of DNA molecules in nanochannels. In the last ten years, a large number of studies have been conducted wherein DNA molecules were confined to channels with a width of about 100 nm. These studies are motivated both by biotechnical applications, and by the potential for using nanochannels as a model system for studying the physics of confined DNA. The results of this thesis increase our understanding of the equilibrium statistics of such channel-confined DNA. The results can be divided into three parts. In the first, we derive novel predictions for the extension statistics of channel-confined polymers. Specifically, we map out a phase diagram of scaling regimes for a polymer in a rectangular channel. Further, in an important special case known as the extended de Gennes regime, we show that the configurational statistics are equivalent to those of a one-dimensional model known as the weakly self-avoiding random walk. Exact results for that model yield rigorous predictions for the confined polymer. In the second part we report experimental measurements of the extension statistics of confined DNA. We find that the measurements agree very well with theoretical predictions, except at low ionic strengths. Finally, the third part of the thesis concerns the melting of DNA, i.e. the partial disassociation of its two strands at elevated temperatures. We solve a simple model of DNA melting and show that, within this model, channel confinement makes the transition to the molten state less abrupt, despite the fact that the order of the phase transition is unchanged by confinement.

torsdag 8 oktober 2015

Nobelin kemian palkinto: DNA:n korjausmekanismista

ressmeddelande 2015-10-07

Nobelpriset i kemi 2015

Kungl. Vetenskapsakademien har beslutat utdela Nobelpriset i kemi 2015 till
Tomas Lindahl, Francis Crick Institute och Clare Hall Laboratory, Hertfordshire, Storbritannien,
Paul Modrich, Howard Hughes Medical Institute och Duke University School of Medicine, Durham, NC, USA och
Aziz Sancar, University of North Carolina, Chapel Hill, NC, USA

”för mekanistiska studier av DNA-reparation”.

Cellens verktygslåda för DNA-reparation

2015 års Nobelpris i kemi går till Tomas Lindahl, Paul Modrich och Aziz Sancar för att de på molekylär detaljnivå har kartlagt hur celler lagar skadat DNA och felsäkrar den genetiska informationen. Deras arbete har gett fundamental kunskap om hur den levande cellen fungerar och ligger också till grund för exempelvis utveckling av nya cancerbehandlingar. Varje dag skadas vårt DNA av UV-strålning, syreradikaler och andra cancerogena ämnen, men även utan dessa yttre angrepp är DNA-molekylen instabil. I en cells arvsmassa uppstår dagligen tusentals spontana förändringar. Dessutom tillkommer felaktigheter varje gång DNA kopieras när celler delar sig, vilket sker miljontals gånger per dygn i människokroppen.
Att vår arvsmassa inte förfaller i ett kemiskt kaos beror på att en rad molekylära system kontinuerligt övervakar och reparerar DNA. 2015 års Nobelpris i kemi belönar tre pionjärer som har kartlagt hur flera av dessa reparationssystem fungerar på molekylär detaljnivå.

BER, base excision repair

I början av 1970-talet trodde forskarna att DNA var en extremt stabil molekyl, men Tomas Lindahl visade att DNA sönderfaller i en takt som borde ha omöjliggjort livets utveckling på jorden. Den insikten ledde honom till upptäckten av ett molekylärt maskineri, base excision repair, som kontinuerligt motverkar DNA:s kollaps.

NER, nucleotide excision repair

Aziz Sancar har kartlagt nucleotide excision repair, den mekanism som cellen använder för att laga UV-skador på DNA. Människor som föds med defekter i detta reparationssystem drabbas av hudcancer om de vistas i solen. Cellen använder även nucleotide excision repair för att laga defekter orsakade av bland annat skadliga ämnen som cigarettrök.

MMR, mismatch repair

Paul Modrich har visat hur cellen korrigerar felaktigheter som uppstår när DNA kopieras under celldelningen. Mekanismen, mismatch repair, minskar DNA-kopieringens felfrekvens ungefär tusen gånger. Medfödda fel i mismatch repair orsakar bland annat en ärftlig form av tarmcancer.
2015 års Nobelpristagare i kemi har gett oss grundläggande insikter i hur celler fungerar, kunskaper som till exempel går att använda för att utveckla nya cancerbehandlingar.

Illustration: Johan Jarnestad.

Tomas Lindahl, svensk medborgare. Född 1938 (77 år) i Stockholm, Sverige. Disputerad 1967 vid Karolinska Institutet, Stockholm, Sverige. Professor i medicinsk och fysiologisk kemi vid Göteborgs universitet 1978–82. Emeritus group leader vid Francis Crick Institute och Emeritus director of Cancer Research UK vid Clare Hall Laboratory, Hertfordshire, Storbritannien.

Paul Modrich, amerikansk medborgare. Född 1946. Fil.dr 1973 vid Stanford University, Stanford, CA, USA. Investigator vid Howard Hughes Medical Institute och James B. Duke Professor of Biochemistry vid Duke University School of Medicine, Durham, NC, USA.

Aziz Sancar, amerikansk och turkisk medborgare. Född 1946 (69 år) i Savur, Turkiet. Fil.dr 1977 vid University of Texas, Dallas, TX, USA. Sarah Graham Kenan Professor of Biochemistry and Biophysics, University of North Carolina School of Medicine, Chapel Hill, NC, USA.

Prissumma: 8 miljoner svenska kronor, delas lika mellan pristagarna.

Kungl. Vetenskapsakademien, stiftad år 1739, är en oberoende organisation som har till uppgift att främja vetenskaperna och stärka deras inflytande i samhället. Akademien tar särskilt ansvar för naturvetenskap och matematik, men strävar efter att öka utbytet mellan olika discipliner.

Nobelpriset® och Nobelmedaljen är Nobelstiftelsens registrerade varumärken.

Mer information

Pristagarna
Tomas Lindahl, Francis Crick Institute
Paul Modrich, Duke University School of Medicine
Aziz Sancar, University of North Carolina School of Medicine
Populärvetenskapliga artiklar
Howard Hughes Medical Institute, Biografi Paul Modrich
Weston, K. (2014) Country Life: Repair and Replication. I Blue Skies and Bench Space: Adventures in Cancer Research. Long Island, New York, Cold Spring Harbor Laboratory Press
Zagorski, N. (2005) Profile of Aziz Sancar, Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 102(45), 16125–16127
Video
Howard Hughes Medical Institute (2003) Mismatch repair
Intervju med T. Lindahl (2015) Cancer Research UK
Vetenskapliga artiklar
Lahue, R. S, Au, K. G. och Modrich, P. (1989) DNA Mismatch Correction in a Defined System, Science, 245(4914), 160–164.
Lindahl, T. (1974) An N-Glycosidase from Escherichia coli That Releases Free Uracil from DNA Containing Deaminated Cystosine Residues, Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 71(9), 3649–3653.
Sancar, A. och Rupp, W. D. (1983) A Novel Repair Enzyme: UVRABC Excision Nuclease of Escherichia coil Cuts a DNA Strand on Both Sides of the Damaged Region, Cell, 33(1), 249–260.
Offentliggörande
Presskonferens med offentliggörandet av Nobelpriset i kemi 2015

De officiella Nobelföreläsningarna, 8 december 2015

Nobelprize.org

DNA:n korjausmekanismien (BER, NER, MMR) löytämisestä palkitut T Lindal, A Sancar ja P Modrich

https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2015/advanced-chemistryprize2015.pdf

The Nobel Prize and Mechanistic DNA Repair

Tomas Lindahl, Paul Modrich, and Aziz Sancar are sharing this year’s prize in chemistry.

This year’s Nobel Prize in Chemistry has been awarded jointly to Tomas Lindahl, Paul Modrich, and Aziz Sancar for their work on the mechanistic studies of DNA repair.

Their worked mapped at a molecular level how cells repair damaged DNA and protect genetic information.

“Their work has provided fundamental knowledge of how a living cell functions and is, for instance, used for the development of new cancer treatments,” the Nobel committee said in a statement.

Tomas Lindahl,

of the Francis Crick Institute and Clare Hall Laboratory, in Hertfordshire, showed the rate at which DNA decayed should have made life on Earth impossible. His work led him to base excision repair (BER), a molecular machinery that constantly counteracts our DNA’s collapse.

Aziz Sancar,

of the University of North Carolina, Chapel Hill, mapped nucleotide excision repair (NER), which cells use to repair damage to DNA by UV radiation. An improperly functioning repair mechanism can lead to skin cancer.

Paul Modrich,

of the Howard Hughes Medical Institute and Duke University School of Medicine, in Durham, North Carolina, showed how mismatch repair (MMR) works. Mismatch repair is the mechanism by which cells correct errors that occur when DNA is replicated during cell division—reducing the error frequency by about a thousandfold. Congenital defects in mismatch repair can cause a hereditary variant of colon cancer.

SOLUNETTI sitaatti:

DNA:n korjausmekanismit

Muista makromolekyyleistä poiketen DNA-molekyyleillä on omat korjausmekanisminsa. DNA.n korjaus on solujen toiminnalle tärkeää ja korjaamattomat vauriot voivat aiheuttaa mm. syövän. Kaikilla soluilla onkin useita korjausmekanismeja. DNA:n korjauksen tärkeyttä kuvaa myös se, että kun muissa metabolisissa reaktioissa käytetään mahdollisimman pieniä, tilanteeseen optimoituja määriä energiaa (ATP:tä), DNA:n korjaukseen käytetään varsin runsaasti ATP:tä.

Oikolukukorjaus replikaation aikana

Jo DNA:n polymerisaation eli replikaation yhteydessä toimiva DNA-polymeraasi oikolukee tuottamaansa DNA:ta eli poistaa lisäämänsä väärät nukleotidit (nk. 3'-5'-eksonukleaasiaktiivisuus).

Replikaation jälkeinen korjaus

Jos DNA:han kuitenkin jää virheitä replikaation jälkeen, ne korjataan nopeasti. DNA on solussa normaalisti metyloituna ja vain hetken replikaation jälkeen uusi juoste on metyloimaton. Tämän perusteella solu voi erottaa uuden ja vanhan juosteen ja korjata väärin pariutuneet emäsparit vanhan juosteen sekvenssin mukaisiksi.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/95/Nucleotides_1_FR.svg/1320px-Nucleotides_1_FR.svg.png
DNA:n nukleotidien emäkset (adeniini, tymiini, sytosiini, guaniini)
voivat vaurioitua, esimerkkinä sytosiinin deaminaation (typpiryhmä poistuu) seurauksena syntyvä urasiili (normaalisti vain RNA:ssa esiintyvä emäs). Tällaisia vaurioituneita emäksiä poistavat DNA:sta omat entsyyminsä (DNA-glykosylaasit).

(Kommentti: Emäkset adeniini ja guaniini omaavat PURIINI-rakenteen.
Emäkset tymiini, sytosiini ja urasiili omavat PYRIMIDIINI-rakenteen.
Emäs liittyy riboosisokeriin ennen kuin siitä voi tulla geneetisen amteriaalin jäsen.
emäs + sokeri saa toisen nimen vastaavasti (nukleosidi ):
Adenosiini, Tymidiini, Sytidiini, Guanidiini, Uridiini
DNA:ssa oleva sokeri on desoxy--muodossa (d) . Siitä muodosta voi glykosylaasi irrottaa emäsosan.
Mutta nämä sokeriset emäkset ovat DNA:ssa fosforyloituja. Jotta ne voivat rakentua DNA-runkoon ne tehdään ensin fosfaateikseen adenosyyli-, tymidyyli-,, sytidyyli- guanidyyli- uridyyli- fosfaateiksi: nukleotidifosfaateiksi (NTP, NDP, NMP)
Nukleosidi joka on ottanut fosfaatin muuttaa nimensä nukleotidiksi (nt) ja fosfaatit ovat nukleotidimonofosfaatti, nukleotididifosfaatti, nukleotiditrifosfaatti.
Kun nukleotiditrifosfaatti tai difosfaatti (NTP) (NDP) liitetään replikaatiossa liittämisessä irtoutuu fosfaattia fosfaattia ja yksi P-ryhmä jää. tukirunkoon. Genomin ylläpito vaatii luonnollisesti paljon energiaa ja sitä varten ihminen tarvitsee RUOKAA joka on se ihmisen ENERGIA, joka muutetaan DNA:n tarvitsemaan muotoon.
Energisin muoto näitä rakennusmolekyylejä on energiapakkaukset ATP, TTP, CTP, GTP, UTP.
Jos sokeri on desoxy- muodossa voidaan kirjoittaa dATP, dTTP, dCTP, dUTP.
Vastaavasti kahden fosfaatin muoto on ADP, TDP, CDP, GDP, UDP ja d- muodot dADP, dTDP, dCDP, dGDP. dUDP) Yhden fosfaatin muodot ovat AMP, TMP, CMP, UMP ja d- muodot dAMP, dTMP, dCMP, dGMP, dUMP.
Pelkkä fosfaatiton ja sokeriton muoto (emäs, base) merkataan isolla kirjaimella A, T, C, G, U.
Puriinit ovat A ja G, pyrimidiinit ovat T, C ja U.
Molekulaarisesti parhaiten sopivat Watson Crick - emäsparit (puriini-pyrimidiini-pari) (bp, base pair) kuten A-T ja G-C, ja silloin DNA- kaksoishelix on struktuuriltaan ja stabiliteetiltaan- kuten myös normaalilta ihmeellisesltä fysiologiselta käyttökykyisyydeltään ideaalisin.)

(Alla olevassa kuvassa on pariutumaton DNA juoste. ssDNA, joka ei todellakaan ole niin stabiiliraeknne kuin kaksoisjuoste, josas on niitä Watson Crick- parejaa. Tämä yksinekertainen perustuu fosfaatisiltoihin sokereiten välillä. Tosin vierekkäisten emäisten kesekn lie jotain säännönmukaisuutta olemassa.

"Poistetun emäksen kohdalle tehdään myös sokerifosfaattirankaan katkos (endonukleaasi-entsyymi). Joissakin tapauksissa vaurioituneet nukleotidit poistetaan suoraan kokonaan (ei emästä erikseen, eksinukleaasi-entsyymi). Emäksen/nukleotidin poistamisen jälkeen DNA-polymeraasi ja ligaasi korjaavat vauriokohdan. Lisäksi joitakin emäsvaurioita voidaan korjata katkaisematta juostetta. Esimerkkinä O⁶-metyyliguaniinin korjaaminen, missä ylimääräisen metyyliryhmän poistamiseen kulutetaan yksi metyylitransferaasiproteiini jokaista vauriota kohti.

Replikaation aikana kohdattavat vauriot voidaan E. colissa korjata kahdella eri tavalla. Normaalisti DNA-polymeraasi III ei voi kahdentaa virhekohtaa, vaan hyppää sen yli ja jatkaa replikaatiota vähän matkan päästä. Replikaation jälkeen tämä kohta korjataan rekombinaation avulla. Jos vaurioita on paljon, normaali replikaatio pysähtyy. Tällaisessa stressitilanteessa replikaatiota hoitavat entsyymit, joiden kanssa DNA-polymeraasi III voi kahdentaa myös vaurioituneita kohtia, mutta samalla syntyy mutaatioita. Stressitilanteen replikaatio johtaakin usein solun kuolemaan.

Vertaa kaksoishelix ja sen mahdollisuus olla stabiili:

tisdag 6 oktober 2015

NHEJ, Ku, IP6, DNApäädyt, DNA.PK(cs)

PubMed antaa kaksi vastausta:

Synthesis of biotinylated inositol hexakisphosphate to study DNA double-strand break repair and affinity capture of IP6-binding proteins.

Jiao C, Summerlin M, Bruzik KS, Hanakahi L.

Biochemistry. 2015 Sep 23. [Epub ahead of print]

PMID:: 26397942

Biochemistry. 2015 Sep 23. [Epub ahead of print]
Synthesis of biotinylated inositol hexakisphosphate to study DNA double-strand break repair and affinity capture of IP6-binding proteins.

Jiao C, Summerlin M, Bruzik KS, Hanakahi L.

Abstract

Inositol hexakisphosphate (IP6) is a soluble inositol polyphosphate, which is abundant in mammalian cells. Despite participation of IP6 in critical cellular functions, few IP6-binding proteins have been characterized.

We report on synthesis, characterization and application of biotin-labeled IP6 (IP6-biotin), which has biotin attached at the 2-position of myo-inositol ring via an aminohexyl linker. Like natural IP6, IP6-biotin stimulated DNA ligation by non-homologous end joining (NHEJ) in vitro.

The Ku protein is a required NHEJ factor that has been shown to bind IP6. We found that IP6-biotin could affinity-capture Ku and other required NHEJ factors from human cell extracts, including the DNA-dependent protein kinase catalytic subunit (DNA-PKcs), XRCC4 and XLF.

Direct binding studies with recombinant proteins show that Ku is the only NHEJ factor with affinity for IP6-biotin. DNA-PKcs, XLF and the XRCC4:Ligase IV complex interact with Ku in cell extracts and likely interact indirectly with IP6-biotin.

IP6-biotin was used to tether streptavidin to Ku, which inhibited NHEJ in vitro. These proof-of-concept experiments suggest that molecules like IP6-biotin might be used to molecularly target biologically important proteins that bind IP6. IP6-biotin affinity capture experiments show that numerous proteins specifically bind IP6-biotin, including casein kinase 2 (CK2), which is known to bind IP6, and nucleolin

. Protein binding to IP6-biotin is selective, as IP3, IP4 and IP5 did not compete for binding of proteins to IP6-biotin. Our results document IP6-biotin as a useful tool to investigate the role of IP6 in biological systems.
PMID:: 26397942; [PubMed - as supplied by publisher]

Abstract (2002)

The nonhomologous DNA end joining (NHEJ) pathway is responsible for repairing a major fraction of double strand DNA breaks in somatic cells of all multicellular eukaryotes. As an indispensable protein in the NHEJ pathway, Ku has been hypothesized to be the first protein to bind at the DNA ends generated at a double strand break being repaired by this pathway. When bound to a DNA end, Ku improves the affinity of another DNA end-binding protein, DNA-PK(cs), to that end. The Ku.DNA-PK(cs) complex is often termed the DNA-PK holoenzyme. It was recently shown that myo-inositol hexakisphosphate (IP(6)) stimulates the joining of complementary DNA ends in a cell free system. Moreover, the binding data suggested that IP(6) bound to DNA-PK(cs) (not to Ku). Here we clearly show that, in fact, IP(6) associates not with DNA-PK(cs), but rather with Ku. Furthermore, the binding of DNA ends and IP(6) to Ku are independent of each other. The possible relationship between inositol phosphate metabolism and DNA repair is discussed in light of these findings.

SOLUSYKLI

Leta i den här bloggen