Fall 4: DNA och genomet

Kromatin är uppbygt av nukleinsyror (ATGC – DNA alltså) samt proteiner.

DNA består av fyra olika nukleinsyror: Adenin-Thymin samt Guanin-Cytosin.

• Puriner = två kväveringar i dess struktur.
  • Guanin och Adenin är puriner.
• Pyrimidiner = en kvävering.
  • Cytosin, Uracil och Thymine är pyrimidiner.

Minnesregel: CUT PYe (skär i paj) = Cytosin Uracil Thymin är PYrimidiner. Övriga (A & G) är puriner.

Adenin binder till Thymin med 2 st vätebindningar medan Guanin binder till Cytosin med 3 st vätebindingar.

Minnesregel: Man gör AT i 2 år.

Mellan sockermolekylen och kvävebasen i en nukleotid finns en glykosylbindning. Det är därför enzymet som klipper mellan ryggrad i DNA och kvävebas vid en skada orsakad av kemikalier heter Glykosylas.

Histonprotein består av många positivt laddade aminosyror vilket gör att det negativt laddade DNA:t attraheras.

Man kan endast syntetisera en nukleotidkedja i en riktning: i 3′-änden (i 5′ till 3′ riktningen).

Bonus: 3′-TACCACGTG-5′.

1. Initiering: DNA-kedjan säras vid origin (pre-replication complex) och SSBP (single-stranded binding proteins) binder in samt helikas och topoisomeras.
   • SSBP – hindrar vätebindningarna mellan de komplementära kvävebaserna att återupprätta sig vilket ger en stabil ensträngad kedja.
   • Helikas – bryter vätebindningar mellan komplementära kvävebaser vilket särar på DNA:s dubbelsträngade kedja.
   • Topoisomeras – lättar på ”knutar” som kan uppstå då man separerar DNA:s dubbelsträngade kedja genom att interagera med fosfatgrupper.
2. Elongering: DNA-polymeras syntetiserar en ny komplimentär kedja med hjälp av RNA-primers.
   • Leading strand (3′)
     • DNA-polymeras kräver endast en primer och sedan går den kontinuerligt mot helikaset.
   • Lagging strand (5′)
     • Krävs ständigt nya primers. DNA-polymeras arbetar effektivt genom att det nysyntetiserade fragmentet (okazaki) organiserar sig i ”loops”, vilket sparar energi. Krävs ligas för att foga ihop fragmenten och primerarna.
3. Terminering: Polymeras kommer till TTAGGG (telomer) och hoppar av. Lite DNA blir inte elongerat vilket resulterar i kortare telomer för varje replikation.

1. Mismatch/SNP innebär fel komplementär bas.
   • ”Proofreading” = DNA polymeras ”ser sig över axeln” och agerar som exonukleas och syntetiserar sedan rätt bas.
   • MSH-proteiner tillkallar ^endo- + exonukleas -> klipper bort felaktig nukleotid/kvävebas -> polymeriserar nytt -> ligas fogar ihop = mekanism 1 (M1, återkommande).
2. Kemikalier kan orsaka deaminering av kvävebaser vilket resulterar i att komplementära kvävebaser inte kan binda in.
   1. Glykosylas klipper bort den deaminerade basen (klipper glykosylbindningen) vilket lämnar ett hålrum kallat ”AP-site”
   2. AP-endonukleas 
   3. exonukleas
   4. polymeriserar nytt
   5. ligas fogar ihop .
3. UV-ljus kan ge upphov till pyrimidin-dimerer vilket deformerar DNA:s helix.
   1. endonukleas (klipper bort 12-24 baser)
   2. exonukleas
   3. polymeriserar nytt
   4. ligas fogar ihop.
4. Joniserande strålning orsakar DSBs (double-stranded breaks) eller också ge single-stranded breaks, men DSBs återkommer som viktigt senare i kursen (mest värd att lägga på minnet).
   • För DSBs: NHEJ (icke-homolog) och homolog rekombination.
     • NHEJ
       1. DNA-proteinkinas binder trasiga ändar
       2. Artemis klipper utsickande ändar (gör de ”släta”) 
       3. ligas fogar ihop (deletion kan framkomma!).
     • Homolog (bara då det finns en identisk systerkromatid!)
       1. MRN + exonukleas tar bort utstickande ändar + lite extra på ena sidan
       2. homolog DNA-sekvens i systerkromatid
       3. DNA polymeras kopierar
       4. sätter på ena söndriga strängen + nysyntetiserar resten
       5. ligas.

Finns det ingen identisk systerkromatid som kan användas för homolog rekombination kommer cellen vara tvungen att använda sig av NHEJ (non-homologous end joining).

NHEJ medför att genetiskt material kan deleteras vilket i sin tur kan ge ”frame-shift” (förskjuten läsram med 1 eller 2 baser) vilket kan resultera i ett väldigt defekt protein.