uszkodzenia DNA, rok numer trzy, biolomolo [ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->USZKODZENIA DNA1. Uszkodzenia DNA:a) Powstają podczas replikacji, jak i po niejb) Zwykle dotyczą struktury I-rzędowej i polegają na chemicznej modyfikacjizasad»powstają nietypowe wiązania kowalencyjne»ad dukty (połączeniazasad z ksenobiotykami i produktami metabolizmu)»zakłócenieregularnejbudowy helisy2. Uszkodzenie to nie mutacja!a) Uszkodzenie może być usunięte, jeśli jest dostępna informacja oprawidłowej sekwencji zasad (komplementarna nić / homologicznychromosom)b) Jeśli replikacja zajedzie przed podziałem komórki»włączenienieprawidłowej zasady naprzeciw uszkodzonej»dziedziczenie, którepowoduje,żeniemożnaodtworzyćoryginalnejsekwencji,nierozpoznawane przez enzymy naprawcze»zmiany struktury ifunkcjonowania białek»zdolność przeżycia i proliferacjic) Mutacje mogą być korzystne lub zwiększać prawdopodobieństwokancerogenezy3. Przyczyny uszkodzeń DNA:a) endogenne:błędy w replikacji (niedokładne działanie polimerazy DNA)reakcje oksydacyjne wywołane przez RFTb) egzogenne:chemiczne (ksenobiotyki, zanieczyszczenia)fizyczne (wysoka temperatura, promieniowanie)biologiczne (wirusy)c) najczęstsze uszkodzenia:włączenie nieprawidłowego nukleotyduchemiczne modyfikacje zasadpęknięcia jednej lub obu niciwytwarzanie nieprawidłowych wiązań pomiędzy łańcuchamitworzenie addkuktów4. Źródła RFT:a) w procesie zapalnym:aktywność makrofagów i granulocytów obojętnochłonnychpod wpływem COXb) w procesie niedotlenienia/reperfuzji:c) promieniowanie jonizujące i UV:radioliza wodyRFT5. UTLENIANIE:1. czynniki = RFT oraz metabolizm ksenobiotyków (np. nitrozoamin,parakwatu)2. skutki:Wojtek NaFarmacji, Anno Domini 2014a)b)c)d)utlenienie zasad azotowychutlenienie reszt cukrowychrozerwanie wiązań fosfodiestrowych (nici)tworzenie wiązań krzyżowych z oboma łańcuchami DNA/chromatyną3. utlenianie zasad azotowych:najczęściej deaminacja (cytozyna do uracylu, ademina dohipoksantyny)wywoływane mutacje – transwersje, tranzycje, np.8-hydroksyguaninapowoduje zmianę GT w genie p53o8-hydroksyadenina A do Go2-hydroksyadenina A do T, C, Go8-hydroksyguanina G do To5-hydroksyguanina C do T, G4. powstawanieAP-miejsca purynowego/pirymidynowego:hydroliza wiązania β-N-glikozydowegousunięcie zasadypęknięcie pojedynczej nici DNAmoże być przyczyną mutacji»widełki replikacyjne zatrzymują się,naprzeciw AP włączana jest adeninapowstaje spontanicznie lub jako stan przejściowy BER5.peroksydacja lipidów:a)dotyczny lipidów zawierających nienasycone kwasy tłuszczowepowstają toksyczne aldehydy (di aldehyd malonowy, aldehydkrotonowy, akroleina, trans-4-hydroksy-2-nonenal), które są utlenianedalej do epoksydów przez hydronadtlenki i nadtlenek wodorute z kolei wiążą się kowalencyjnie z DNAetenoaddukty ipropanoaddukty–pochodnezpięcio-/sześcioczłonowymidodatkowymi pierścieniami przy grupie aminowej (mogą one powstaćrównież w wyniku działania chlorku winylu i uretanu)blokada polimerazy DNAmutacje punktowe, np.transwersja AT(w Ras, p53)podwyższony poziom ETENOADDUKTÓW może być równieżspowodowany:- ekspozycją na kancerogenne metabolity- dietą bogatą w NKT (szeregu omega 6)- chorobami zapalnymi (NLPZ spełniają rolę chemoprewencyjną,hamując kancerogenezę; podobna funkcja diety bogatej wantyoksydanty: karotenoidy, tokoferole, Wit. C, polifenole)- nieprawidłowym spichrzaniem metali (hemochromatoza, chorobaWilsona)6. Ekspozycja na UVBa) Tworzą się wiązania krzyżowe pomiędzy sąsiednimi resztamicytozyny i/lub tyminy»dimery pirymidynoweWojtek NaFarmacji, Anno Domini 2014b) Dimery zatrzymują replikację»przestrzennie nie dopasowują się dohelisy DNAc)Ponadto transwersja CC -> TT(gł. W nowotworach skóry)7. Czynniki chemiczne, będące przyczynami uszkodzeń DNA:formaldehyd, chlorek winylu, nitrozaminy, akroleina, kwas azotowyPWA,8. Psolareny (roślinne furanokumaryny) – po aktywacji światłem UVA tworząwiązania kowalencyjne furan – tymina»zahamowanie replikacji»śmierćkomórki (w warunkach kontrolowanych w terapii fotodynamicznej)9. Indukcja uszkodzeń DNA a leki przeciwnowotworowe:a) Powstawanie wiązań krzyżowych (jedna / obie nici / DNA / białka),tworzenie adduktów i alkilowanie (najczęściej metyzacja)b) Alkilacja wywołana także przez gazy bojowe (iperyt) i nitrozaminyc) Najczęstsze metylowe pochodne: 7-metyloguanina, 1-metyloadenina, 6-O-metyloguaninad) W leczeniu nowotworów pomocneAnalogi zasad purynowych (fludarabina)Analogi zasad pirymidynowych (cytarabina, fluorouracyl)Analogi nukleozydów (antymetabolity)Acyklowir– analog 2-deoksyguanozyny, w leczeniu zakażeńwirusami DNA, wbudowanie kończy syntezę nici DNA»brakgrupy 3 – hydroksylowej (podobnie działa zidowudyna przyHIV)10. Uszkodzenia DNA przez zwiążki interkalujące (barwniki akrydynowe,bromek etydyny)a)Jako płaskie cząsteczki wnikają pomiędzy zasady w obu niciach»zniekształcenie helisy DNAb) Przyczyny insercji i delecji11. Uszkodzenia DNA przez zaktywowane ksenobiotyki:a) Działanie ksenobiotyków zależy od aktywacji i powstania reaktywnej,elektrofilowej pochodnejb) Produktem ubocznym mogą być RFT (nitrozoaminy)c) PWA tworzą pochodne zdolne do wytwarzania wiązańkowalencyjnych z DNA, np. benzo[a]piren (B[a]P) – w szeregu reakcjikatalizowanych przez cytochromo P450-zależne enzymy powstajemetabolit, który występuje jako para diastereoizomerów»pochodnereagują z grupami aminowymi DNA i RNA i resztą fosforanową»addkutyd) Inne związki o analogicznym mechanizmie: 3-metylocholantren,benzo[a]antracen, DMBA –większość łączy się z guaniną(DMBA zadeniną)Wojtek NaFarmacji, Anno Domini 2014e) Addukty zlokalizowane w mniejszym rowku helisy DNA»utrudniająaktywację polimerazy RNApodczas transkrypcji»opóźniająrozpoznawanie przez enzymy naprawcze»prekursory mutacji, np.protoonkogeny c-Ha Ras»aktywacja szlaków sygnałowych»aktywacja czynników transkrypcyjnych»reakcje immunologiczne izapalne12. Odpowiedź komórki na uszkodzone DNA:a) Naprawa – ominięcie/tolerancja – apoptozab) Następuje indukcja/supresja genów»zablokowanie widełekreplikacyjnych»zatrzymanie cyklu komórkowego i hamowaniepodziałówc) Komórka nie przechodzi do następnego cyklu, jeśli wszystko nie jest ok–rola produktów genu p53: kinazy ATM/ATR w etapach G1/S iG2/MATM uaktywnia się po przerwaniu podwójnej nici i uszkodzeniachromatynyATR uaktywnia się po blokadzie widełek replikacyjnychAktywowane kinazy fosforyzują białka docelowe»zatrzymaniecyklu»apoptoza uszkodzonych komórekd) Ważna rola znajomości regulacji cyklu w terapii nowotworówPoczątkowo zdrowe i chore komórki mają podobną długośćcyklu, ale zdrowe są w fazie G0Po I fazie leczenia wzrost tlenu i substancji wzrostowych –więcej komórek przechodzi do G1II etap – usunięcie replikujących komórek rakowych (najbardziejwrażliwe na cytotoksyny w G2/M, najmniej w S)13. Naprawa uszkodzeń DNA:a) Ułatwiona gdy dochodzi do odwracalnego zahamowania cyklukomórkowegob) Jeśli nie zachodzi przerwanie nici DNA»niepotrzebna matryca»chemiczne odwrócenie zmian»np. naprawa dimerów tyminy izmetylowanej guaninyDimery tyminy rozcinane przez aktywowana światłemfotoliazęDNAmetylowana guanina –reakcja stechiometryczna(niekatalityczna!) zależna od MGMT (białko o funkcjachmetylotransferazy); 1 cząsteczka MGMT przenosi 1 grupęmetylową, potem degradacja ALE wzrost tworzenia MGMT podwpływem leków alkilujących»mechanizm opornościnowotworów na chemioterapię lekami alkilującymic) W przypadku pojawienia się utlenionych zasad, adduktów, przerwaniapojedynczej lub podwójnej nici inne machnizmy:Wojtek NaFarmacji, Anno Domini 2014Wycinanie zasad (BER)– dotyczy pojedynczej zasadyuszkodzonej przez alkilację, utlenianie, hydrolizę, deaminację(tu także naprawa etenoadduktów)owiązanie N-glikozydowe między deoksyrybozą azmienioną zasadą rozcinane przez glikozydazymonofunkcyjne = powstanie miejsc APoglikozydazy dwufunkcyjne także tworzą miejsca AP, aleusuwają je w procesieβ-eliminacjiWycinanie nukleotydów (NER)- dotyczy adduktówobjętościowych, uszkodzeń zakłócających podwójną spiralę:dimerów pirymidynowych, fotoproduktówopierwszy etap- wycięcie segmentu 12 nukleotydów wrazz uszkodzonym fragmentemobrakujący fragment- syntetyzowany przez polimerazęDNA I od końca 3’ nici uszkodzonej na matrycy nicinieuszkodzonejonastępnie ligaza DNA łączy łańcuchyopoziom naprawy większy w genach aktywnychtranskrypcyjnie,aszybszanaprawawnicitranskrybowanej»model TCR (naprawy powiązanej ztranskrypcją)–zatrzymaniewydłużanianicitranskrybowanej (przez blokadę aktywności polimerazyRNA II) uruchamia naprawę szkodyNaprawa błędnie sparowanych zasad (MMR)- koryguje błędyreplikacji i rekombinacji DNA wynikające z tautomerii zasadoodrębne enzymy identyfikują pojedyncze błędne zasady ikrótkie insercje/delecje oraz defekty obejmujące wielezasadobłędne fragmenty wycinane, zastępowane prawidłowymikopiami, całość łączy ligaza DNAoenzymy MMR współpracują z mechanizmami kontrolicyklu komórkowego w G2 i regulatorami apoptozynaprawa przez łączenie niehomologicznych końców DNA(NHEJ)– mechanizm ważny przed replikacją DNA, aktywny wG0/G1 i we wczesnej fazie Sona przerwane końce działa ligaza DNA IVowymaga obecności białka Ku i zależnej od DNA kinazybiałkowejodokładność tego procesu zapewniają krótkie sekwencjemikrohomologiczne obecne na końcach pojedynczychnici, ulegające połączeniuomożliwe delecje (oraz translokacje)naprawa przez łączenie mikrohomologicznych końców DNA(MMEJ)- istotne znaczenie mają mikrohomologiczne sekwencje5-25 pz usytuowane wzdłuż pękniętych nici przed połączeniemWojtek NaFarmacji, Anno Domini 2014 [ Pobierz całość w formacie PDF ]